CN113047858A - 用于裂缝含水软岩地层闭胸式tbm施工系统及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于地下工程技术领域，具体涉及一种用于裂缝含水软岩地层闭胸式TBM施工系统及其施工方法，包括单护盾TBM、排水系统和电法超前探测系统，所述排水系统包括排水管路、单护盾TBM的盾首泄水孔以及靠近单护盾TBM盾尾的储水仓；所述电法超前探测系统包括兼做发射电极的止水塞和兼做聚焦电极的沿巷道周向布置的钢管片，钢管片上设有注浆孔，注浆孔与钢管片间通过边缘绝缘的止水塞密封，相邻两个钢管片间设有橡胶带。上述施工方法能够充分发挥单护盾敞开式TBM和闭胸式TBM的优点，同时有针对性的考虑西部裂缝含水软岩地层特点，实现支护、止水、探测、掘进功能的有机融合。
Description
技术领域
本发明属于地下工程技术领域，具体涉及一种用于裂缝含水软岩地层闭胸式TBM施工系统及其施工方法。
背景技术
TBM（Tunnel Boring Machine，全断面岩石隧道掘进机，简称TBM）。根据支护原理和防治水方式的不同可划分为敞开模式、闭胸模式两种类型。一、敞开模式TBM掘进机。常用于水患威胁小、岩层较为稳定的硬岩地层。在敞开式TBM掘进机上，配置了钢拱架安装器和喷锚等辅助设备，以适应地质的变化；当采取有效支护手段后，也可应用于软岩隧道，但在富水岩层段施工时，效率会大大降低甚至出现工程风险。二、闭胸模式TBM掘进机。在敞开式TBM掘进机的基础上，通过增强刀盘的密闭性、增加盾尾防水结构、采用可重复利用的临时钢管片支护等方式，可相对隔绝TBM掘进机内部空间与外部地层的水力联系，可极大地改善施工条件、提高施工效率。但是对于裂缝软岩地层仍然面临注浆效果不佳，拆除钢管片后渗漏严重的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种用于裂缝含水软岩地层闭胸式TBM施工系统及其施工方法，该施工系统和施工方法能够充分发挥单护盾敞开式TBM和闭胸式TBM的优点，同时有针对性的考虑西部裂缝含水软岩地层特点，实现支护、止水、探测、掘进功能的有机融合。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种用于裂缝含水软岩地层闭胸式TBM施工系统，包括单护盾TBM、排水系统和电法超前探测系统，所述排水系统包括排水管路、单护盾TBM的盾首泄水孔以及靠近单护盾TBM盾尾的储水仓；所述电法超前探测系统包括兼做发射电极的止水塞和兼做聚焦电极的沿巷道周向布置的钢管片，钢管片上设有注浆孔，注浆孔与钢管片间通过边缘绝缘的止水塞密封，相邻两个钢管片间设有橡胶带。
本发明还提供了一种采用上述用于裂缝含水软岩地层闭胸式TBM施工系统的施工方法，包括如下步骤：
步骤一、启动排水系统对单护盾TBM的刀盘进行泄压；
步骤二、启动单护盾TBM向前推进，并在紧邻单护盾TBM后施工钢管片，相邻两块钢管片间放置橡胶带，钢管片上的注浆孔内塞入止水塞；
步骤三、采用电法超前探测系统对围岩进行径向超前含水构造精细探测，确定注浆靶域对应的钢管片；
步骤四、拆除需要注浆的钢管片上的止水塞，通过钢管片上注浆孔对确定的注浆靶域压注细石混凝土；
步骤五、继续推进单护盾TBM，待细石混凝土养护时间满足要求后，同步拆除单护盾TBM后面50m范围以外的钢管片并对拆除后钢管片循环利用；
步骤六、在拆除钢管片的范围内实施支护；
步骤七、循环步骤一至步骤六，直至巷道进深满足设计要求。
步骤一中，控制单护盾TBM掘进水压在0.2MPa以内。
步骤五中，细石混凝土养护时间不低于24h。
步骤六中，在拆除钢管片的范围内实施钢筋网、锚杆和锚索联合支护。
本发明的有益效果是：①单护盾双模式TBM掘进机通过模块对接即可实现敞开模式与闭胸模式的灵活转换，更好适应稳定、软弱破碎和含水地层等不同地层快速安全的施工；②集支护、止水、探测、掘进功能于一体的多功能有机融合理念，可有效针对我国西部主要含煤盆地的地层特点；③闭胸模式施工时，掌子面涌水通过排水管路排放至靠近单护盾TBM盾尾的储水仓，方便实现盾体水压可控。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中，1、单护盾TBM，2、泄水孔，3、排水管路，4、储水仓，5、止水塞，8、钢管片，9、注浆孔，10、橡胶带。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种用于裂缝含水软岩地层闭胸式TBM施工系统，包括单护盾TBM1、排水系统和电法超前探测系统。排水系统包括单护盾TBM1的盾首泄水孔2，排水管路3和位于单护盾TBM1盾尾附近的储水仓4；钢管片8沿着施工巷道的四周朝掘进方向布置，钢管片8上设有注浆孔9，注浆孔9由边缘绝缘的止水塞5密封，相邻两个钢管片8间设有橡胶带10；钢管片8自身为聚焦电极，边缘绝缘的止水塞5为发射电极，钢管片8和止水塞5组成围岩径向电法超前探测系统。基于裂缝含水软岩地层闭胸式TBM施工系统的施工方法如下：
步骤一、采用基于地面预注浆的明挖法施工单护盾始发段巷道，在此段巷道内完成单护盾TBM1、排水系统安装，启动排水系统对单护盾TBM1的刀盘进行泄压，通过盾首泄水孔2和排水管路3将单护盾TBM1后涌水转移至单护盾TBM1盾尾附近的储水仓4，实现单护盾TBM1刀盘后水压有效释放，压力控制标准不超过0.2MPa；
步骤二、启动单护盾TBM1向前推进，并在紧邻单护盾TBM1后方巷道周向施工钢管片8，钢管片8宽度不超过0.5m，相邻两块钢管片8间放置橡胶带10，橡胶带10厚度15~30cm，钢管片8上的注浆孔9（直径50mm）内塞入边缘绝缘的止水塞5，使得钢管片8、橡胶带10组成临时密封止水系统；
步骤三、采用电法超前探测系统对巷道围岩进行径向超前含水构造精细探测，探测精度cm级，寻找巷道围岩中裂缝位置、宽度等信息，确定注浆靶域对应的钢管片8，为精准注浆奠定基础；
步骤四、拆除需要注浆的钢管片8上边缘绝缘的止水塞5，通过钢管片8上注浆孔9对确定的注浆靶域压注细石混凝土，注浆压力不高于0.5MPa，细石混凝土养护时间不低于24h；
步骤五、继续往前推进单护盾TBM1，并进行相应的钢管片8支护、超前电法探测、细石混凝土注浆，直至施工巷道长度达到50m以上，然后拆除单护盾TBM1后面50m范围以外的钢管片8并对拆除后钢管片8循环利用，保持单护盾TBM1后方钢管片临时支护长度50m；
步骤六、在拆除钢管片8的范围内实施钢筋网、锚杆和锚索联合支护，形成永久巷道；
步骤七、循环步骤一至步骤六，直至巷道进深满足设计要求。
当巷道施工完成后，施工单护盾TBM1吊出巷道，完成单护盾TBM1的吊出。
Claims (5)
1.一种用于裂缝含水软岩地层闭胸式TBM施工系统，其特征在于，包括单护盾TBM（1）、排水系统和电法超前探测系统，所述排水系统包括排水管路（3）、单护盾TBM（1）的盾首泄水孔（2）以及靠近单护盾TBM（1）盾尾的储水仓（4）；电法超前探测系统包括发射电极（边缘绝缘的止水塞（5））和聚焦电极（沿着巷道四周布置的钢管片（8））；钢管片（8）上设有注浆孔（9），注浆孔（9）与钢管片（8）间通过边缘绝缘的止水塞（5）密封，相邻两个钢管片（8）间设有橡胶带（10）。
2.一种采用权利要求1所述的用于裂缝含水软岩地层闭胸式TBM施工系统的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、启动排水系统对单护盾TBM（1）的刀盘进行泄压；
步骤二、启动单护盾TBM（1）向前推进，并在紧邻单护盾TBM（1）后施工钢管片（8），相邻两块钢管片（8）间放置橡胶带（10），钢管片（8）上的注浆孔（9）内塞入止水塞（5）；
步骤三、采用电法超前探测系统对围岩进行径向超前含水构造精细探测，确定注浆靶域对应的钢管片（8）；
步骤四、拆除需要注浆的钢管片（8）上的止水塞（5），通过钢管片（8）上注浆孔（9）对确定的注浆靶域压注细石混凝土；
步骤五、继续推进单护盾TBM（1），待细石混凝土养护时间满足要求后，同步拆除单护盾TBM（1）后面50m范围以外的钢管片（8）并对拆除后钢管片（8）循环利用；
步骤六、在拆除钢管片（8）的范围内实施支护；
步骤七、循环步骤一至步骤六，直至巷道进深满足设计要求。
3.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于，步骤一中，控制单护盾TBM（1）掘进水压在0.2MPa以内。
4.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于，步骤五中，细石混凝土养护时间不低于24h。
5.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于，步骤六中，在拆除钢管片（8）的范围内实施钢筋网、锚杆和锚索联合支护。
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