CN112177623A - 一种不同富水破碎程度地层隧道tbm分级施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及全断面岩石隧道掘进机施工技术领域，特别是一种不同富水破碎程度地层隧道TBM分级施工方法，步骤如下：S1.通过对隧道围岩现场测试，并对照TBM卡机分级准则，判断TBM掘进状态：不卡机、不易卡机、易卡机、卡机；S2.不卡机时，TBM正常掘进；S3.不易卡机时，降低TBM掘进速度，采用盾尾支锚喷及时支护方法；S4.易卡机时，TBM停止掘进，采用超前钻注一体化加固方法，再采用步骤三中的方法掘进；S5.卡机时，TBM停止掘进，采用人工开挖绕洞再钻爆法开挖前方围岩，TBM再空推通过。本发明能够量化TBM在不同富水破碎地层的卡机风险，并针对不同分级等级卡机趋势，采取分级施工措施，有利于TBM安全、高效掘进，提高TBM施工效率。
Description
技术领域
本发明涉及全断面岩石隧道掘进机施工技术领域，特别是一种不同富水破碎程度地层隧道TBM分级施工方法。
背景技术
全断面岩石隧道掘进机（TBM）作为隧道施工的重要工具，具有施工安全、高效的优点，TBM法已经成为了隧道修建的主要方法。但与之不相适应的是，TBM在富水破碎地层施工，掘进速度受地层富水破碎程度的影响显著，在极端富水破碎地层，如不采取及时支护和超前加固的辅助掘进措施，TBM容易被卡被困，一旦发生卡机，严重影响成本和工期；另外，对不同富水破碎地层，TBM辅助掘进措施的实施无量化依据，导致有效的及时支护和超前加固措施难以实施，因此如何针对不同富水破碎程度地层，采取有效的TBM辅助掘进措施，对于TBM安全、高效掘进至关重要。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种不同富水破碎程度地层隧道TBM分级施工方法，能够实现不同富水破碎程度地层TBM分级量化处理及掘进，有利于提高TBM在富水破碎地层的掘进速度。
本发明的具体方案是：
设计一种不同富水破碎程度地层隧道TBM分级施工方法，包括下列步骤：
S1.通过现场测试获取隧道围岩的岩体完整性和渗水量数据，将岩体完整性和渗水量数据与不同富水破碎程度地层TBM卡机分级准则相对照，判断出TBM掘进状态趋势属于以下状态的其中之一：不卡机、不易卡机、易卡机、卡机；
S2.当TBM掘进状态趋势为不卡机时，TBM正常掘进；
S3.当TBM掘进状态趋势为不易卡机时，TBM控制刀盘转速和贯入度，降低TBM掘进速度，采用盾尾支锚喷及时支护方法后再使TBM掘进；
S4.当TBM掘进状态趋势为易卡机时，TBM停止掘进，采用超前钻注一体化加固方法，对TBM刀盘前方超前加固后，再采用盾尾支锚喷及时支护方法后再使TBM掘进；
S5.当TBM掘进状态趋势为卡机时，TBM停止掘进，采用人工开挖导洞后钻爆法开挖前方围岩，TBM再空推通过。
优选的，在步骤S1中，不同富水破碎程度地层TBM卡机分级准则的建立方法为：通过已施工的多个TBM法隧道工程案例的岩体完整性、渗水量与TBM实际掘进卡机状态对应关系建立。
优选的，在步骤S3和步骤S4中，所述盾尾支锚喷及时支护方法是采用钢拱架和钢筋排形成支撑骨架，所述钢拱架沿开挖隧道的圆周方向呈环形布置，且钢拱架与隧道同轴设置，所述钢筋排由布设在钢拱架的上半部圆周面上的钢筋组成，且所述钢筋排与钢拱架的轴线平行，钢筋排沿隧道轴线方向连续搭接，在所述钢拱架上位于相邻钢筋之间的位置径向设有锚杆，以形成支锚一体支护结构；最后采用湿喷早强、低回弹混凝土材料的方法封闭支护结构，及时控制围岩的变形。
优选的，在步骤S3中，相邻的钢拱架之间的间距设置为1.5m，相邻的锚杆之间的间距设置为1.5m，其中，钢拱架采用H125断面的型钢，锚杆的长度为3-4m。
优选的，在步骤S4中，相邻的钢拱架之间的间距设置为0.5-1.0m，相邻的钢筋之间、相邻的锚杆之间的间距设置为1m，其中钢拱架采用H150断面的型钢，锚杆的长度为5-6m。
优选的，在步骤S4中，钢拱架采用柔性可伸缩拱架、钢筋排用钢板排，以形成封闭式加强支撑骨架。
优选的，在步骤S4中，所述超前钻注一体化加固方法是刀盘前方掌子面采用手风钻通过刀盘上的预留孔洞密布玻璃纤维注浆锚杆，并注入化学浆液，封闭隧道掌子面、防止刀盘被固结；然后在刀盘周边采用超前钻机在隧道上半周密布钢管管棚，并注入水泥浆液加固隧道围岩。
本发明的有益效果在于：
1.本发明通过现场测试获取隧道围岩的岩体完整性和渗水量，量化TBM掘进状态趋势；当TBM掘进状态趋势为不卡机时，TBM正常掘进；当TBM掘进状态趋势为不易卡机时，采取盾尾支锚喷及时支护辅助措施；当TBM掘进状态趋势为易卡机时，采用超前钻注一体化加固辅助措施；当TBM掘进状态趋势为卡机时，采用人工开挖绕洞后钻爆法开挖前方围岩，TBM再空推通过。
本发明能够及时有效掌握不同富水破碎地层对TBM掘进状态的影响程度，并及时将信息反馈给现场施工人员，使施工人员能够及时掌握各方面的信息，及时施作TBM及时支护和超前加固等辅助掘进措施，可有效降低TBM被卡风险，降低TBM卡机对工期的影响，提高TBM施工效率。
附图说明
图1是施工方法的整体流程图；
图2是不同富水破碎程度地层TBM卡机分级准则图；
图3、图4是盾尾支锚喷及时支护方法的结构示意图；
图5、图6是超前钻注一体化加固方法的结构示意图；
图中标号为：1TBM护盾、2钢拱架、3钢筋排、4锚杆、5玻璃纤维注浆锚杆、6钢管管棚、7掌子面、8化学浆液、9水泥浆液。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种不同富水破碎程度地层隧道TBM分级施工方法，如图1至图6所示，设计一种不同富水破碎程度地层隧道TBM分级施工方法，包括下列步骤：
S1.通过现场测试获取隧道围岩的岩体完整性和渗水量数据，将岩体完整性和渗水量数据与不同富水破碎程度地层TBM卡机分级准则相对照，判断出TBM掘进状态趋势属于以下状态的其中之一：不卡机、不易卡机、易卡机、卡机；
不同富水破碎程度地层TBM卡机分级准则的建立方法为：通过已施工的多个TBM法隧道工程案例的岩体完整性、渗水量与TBM实际掘进卡机状态对应关系建立。
S2.当TBM掘进状态趋势为不卡机时，TBM正常掘进；
S3.当TBM掘进状态趋势为不易卡机时，TBM控制刀盘转速和贯入度，降低TBM掘进速度，采用盾尾支锚喷及时支护方法后再使TBM掘进；
盾尾支锚喷及时支护方法是采用钢拱架2和钢筋排3形成支撑骨架，所述钢拱架2沿开挖隧道的圆周方向呈环形布置，且钢拱架2与隧道同轴设置，所述钢筋排3由布设在钢拱架2的上半部圆周面上的钢筋组成，且所述钢筋排3与钢拱架2的轴线平行，钢筋排3沿隧道轴线方向连续搭接，在所述钢拱架2上位于相邻钢筋之间的位置径向设有锚杆4，以形成支锚一体支护结构，最后采用湿喷早强、低回弹混凝土材料的方法封闭支护结构，及时控制围岩的变形；
在上述步骤S3中，相邻的钢拱架2之间的间距设置为1.5m，相邻的锚杆4之间的间距设置为1.5m，其中，钢拱架2采用H125断面的型钢，锚杆5的长度为3-4m，根据围岩破碎程度，可以适当在其范围内调整相邻的钢拱架2之间、相邻的锚杆4之间的间距。
S4.当TBM掘进状态趋势为易卡机时，TBM停止掘进，采用超前钻注一体化加固方法，对TBM刀盘前方超前加固后，再采用盾尾支锚喷及时支护方法后再使TBM掘进；
在上述步骤S4中，超前钻注一体化加固方法是刀盘前方掌子面7采用手风钻通过刀盘上的预留孔洞密布玻璃纤维注浆锚杆4，并注入化学浆液8，封闭隧道掌子面7、防止刀盘被固结；然后在刀盘周边采用超前钻机在隧道上半周密布钢管管棚6，并注入水泥浆液9加固隧道围岩。
在上述步骤S4中，相邻的钢拱架2之间的间距设置为0.5-1.0m，相邻的钢筋之间、相邻的锚杆4之间的间距设置为1m，其中钢拱架2采用H150断面的型钢，锚杆4的长度为5-6m，可根据围岩破碎程度，在其范围内适当调整相邻的钢拱架2之间、相邻的锚杆4之间的间距，以加强支撑强度；或者钢拱架2采用柔性可伸缩拱架，以防止钢拱架受力过大而断裂，钢筋排3采用钢板排，以形成封闭式加强支撑骨架；
S5.当TBM掘进状态趋势为卡机时，TBM停止掘进，采用人工开挖导洞后钻爆法开挖前方围岩，TBM再空推通过。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种不同富水破碎程度地层隧道TBM分级施工方法，其特征在于，包括下列步骤：
S1.通过现场测试获取隧道围岩的岩体完整性和渗水量数据，将岩体完整性和渗水量数据与不同富水破碎程度地层TBM卡机分级准则相对照，判断出TBM掘进状态趋势属于以下状态的其中之一：不卡机、不易卡机、易卡机、卡机；
S2.当TBM掘进状态趋势为不卡机时，TBM正常掘进；
S3.当TBM掘进状态趋势为不易卡机时，TBM控制刀盘转速和贯入度，降低TBM掘进速度，采用盾尾支锚喷及时支护方法后再使TBM掘进；
S4.当TBM掘进状态趋势为易卡机时，TBM停止掘进，采用超前钻注一体化加固方法，对TBM刀盘前方超前加固后，再采用盾尾支锚喷及时支护方法后再使TBM掘进；
S5.当TBM掘进状态趋势为卡机时，TBM停止掘进，采用人工开挖导洞后钻爆法开挖前方围岩，TBM再空推通过。
2.如权利要求1所述的一种不同富水破碎程度地层隧道TBM分级施工方法，其特征在于，在步骤S1中，不同富水破碎程度地层TBM卡机分级准则的建立方法为：通过已施工的多个TBM法隧道工程案例的岩体完整性、渗水量与TBM实际掘进卡机状态对应关系建立。
3.如权利要求1所述的一种不同富水破碎程度地层隧道TBM分级施工方法，其特征在于，步骤S3和步骤S4中,所述盾尾支锚喷及时支护方法是：采用钢拱架（2）和钢筋排（3）形成支撑骨架，所述钢拱架（2）沿开挖隧道的圆周方向呈环形布置，且钢拱架（2）与隧道同轴设置，所述钢筋排（3）由布设在钢拱架（2）的上半部圆周面上的钢筋组成，且所述钢筋排（3）与钢拱架（2）的轴线平行，钢筋排（3）沿隧道轴线方向连续搭接，在所述钢拱架（2）上位于相邻钢筋之间的位置径向设有锚杆（4），以形成支锚一体加强支护结构，最后采用湿喷早强、低回弹混凝土材料的方法封闭支护结构，及时控制围岩的变形。
4.如权利要求3所述的一种不同富水破碎程度地层隧道TBM分级施工方法，其特征在于，在步骤S3中，相邻的钢拱架（2）之间的间距设置为1.5m，相邻的锚杆（4）之间的间距设置为1.5m，其中，钢拱架（2）采用H125断面的型钢，锚杆（5）的长度为3-4m。
5.如权利要求3所述的一种不同富水破碎程度地层隧道TBM分级施工方法，其特征在于，在步骤S4中，钢拱架（2）采用柔性可伸缩拱架、钢筋排（3）用钢板排，以形成封闭式支撑骨架。
6.如权利要求3所述的一种不同富水破碎程度地层隧道TBM分级施工方法，其特征在于，在步骤S4中，相邻的钢拱架（2）之间的间距设置为0.5-1.0m，相邻的钢筋之间、相邻的锚杆（4）之间的间距设置为1m，其中钢拱架（2）采用H150断面的型钢，锚杆（4）的长度为5-6m。
7.根据权利要求1所述的一种不同富水破碎程度地层隧道TBM分级施工方法，其特征在于，在步骤S4中，所述超前钻注一体化加固方法是刀盘前方掌子面（7）采用手风钻通过刀盘上的预留孔洞密布玻璃纤维注浆锚杆（4），并注入化学浆液（8），封闭隧道掌子面（7）、防止刀盘被固结；然后在刀盘周边采用超前钻机在隧道上半周密布钢管管棚（6），并注入水泥浆液（9）加固隧道围岩。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210105 |