CN117759260A - Tbm下穿浅覆盖层断层破碎带半洞施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TBM下穿浅覆盖层断层破碎带的半洞施工方法，属于隧洞技术领域，该施工方法包括如下步骤：S1：根据断层破碎位置和隧道轴线确定加固竖井位置，并进行竖井支护结构施工、基坑开挖、内衬墙施工；S2：在竖井内凿除进出洞口，采用钻爆法半洞施工断层破碎带隧洞上半段；S3：TBM掘进至竖井位置，步进至二次始发洞口；S4：TBM半洞掘进断层破碎带段隧洞下半段。本发明通过提前施工的加固竖井，用钻爆法处理位于浅覆盖层断层破碎带，待TBM掘进该掌子面时直接半洞掘进，无需被动等待采用迂回导坑法挖导洞处理TBM掌子面前方的断层破碎带，防止隧洞坍塌，能大幅节约工期。

Description

TBM下穿浅覆盖层断层破碎带半洞施工方法

技术领域

本发明属于隧洞技术领域，具体涉及一种TBM下穿浅覆盖层断层破碎带半洞施工方法。

背景技术

TBM又称全断面岩石掘进机，是一种集掘进、出碴、导向、支护和通风防尘等多功能为一体的大型高效隧道施工机械。近年来TBM在水利水电工程、轨道交通等行业得到了广泛应用，但由于其特殊的机体结构和掘进方式，使其对断层破碎带等不良地质条件适应性较差。

目前对于TBM施工隧洞中一般的断层破碎带洞段，主要采用先掘进，再针对掘进中出现的问题进行相应处理；对于较为严重断层破碎带洞段，当TBM已无法进行掘进时，利用TBM所配备的超前地质钻机和注浆设备进行一定范围内的超前加固，然后继续掘进，并对掘进中出现的问题进行相应处理。例如专利CN107355226A公开了一种TBM施工隧洞断层破碎带洞段处理结构，其是通过在断层破碎带内开挖与隧洞同轴的导洞，并在导洞内进行注浆对导洞围岩进行加固处理，使得后续TBM掘进中整个隧洞较为稳定，减小围岩垮塌、变形的风险，同时左右洞壁满足支撑条件，避免刀盘、护盾被卡、设备损坏、不能正常掘进等问题。但此方法不适用于断层破碎带位于隧洞上部的情况，如在断层破碎带条件下，TBM掘进掌子面及盾体上方持续垮塌，出现超量出渣，导致隧道施工过程中存在TBM频繁卡机、隧道突涌冒顶、坍塌的风险。

为了隧道掘进顺利进行，需要开发更多的TBM掘进施工方法，以实现TBM不良地质段超前预加固及避免TBM卡机，进而能够节省工期及成本，并消除安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种TBM下穿浅覆盖层断层破碎带半洞施工方法，以解决TBM遇见不良地质卡机的难题。

本发明是由以下技术方案实现：

TBM下穿浅覆盖层断层破碎带半洞施工方法，包括如下步骤：

S1：根据断层破碎位置和隧道轴线确定加固竖井位置，并进行竖井支护结构施工；

S2：在竖井内凿除进出洞口，采用钻爆法半洞施工断层破碎带隧洞上半段；

S3：TBM掘进至竖井位置，步进至二次始发洞口；

S4：TBM半洞掘进断层破碎带段隧洞下半段。

与现有技术相比，本发明是在地质条件明确的前提下，对TBM下穿浅覆盖层断层破碎带提前开挖竖井、同时对浅覆盖层的断层破碎带采用钻爆法处理，不占用直线工期，待TBM掘进该掌子面时直接半洞掘进，无需被动等待采用迂回导坑法挖导洞处理TBM掌子面前方的断层破碎带，防止隧洞坍塌，能大幅节约工期，能显著降低卡机风险，提高安全性，节约工期。

进一步地，步骤S1的竖井支护结构施工包括如下步骤：

S11：开挖基坑，采用逆作法施工内衬墙和内支撑；

S12：在竖井底部施工碎石垫层、砼垫层及砼底板。

进一步地，步骤S2中，完成洞口加固后进行洞口凿除。

进一步地，步骤S2中，完成竖井进出洞口加固后，进行TBM二次始发超前支护。竖井具有TBM中间到达接收和二次始发的功能，在洞口加固完成后，需要进行TBM二次始发超前支护，二次始发要求洞口底部有轨道，后靠墙或反力架能提供足够的反力。

进一步地，洞口加固具体步骤为：平整洞口平面范围场地，制备水泥浆液，采用钻机对土层进行钻孔并喷浆至设计桩顶高程，完成洞口加固桩施工。

进一步地，二次始发超前支护方式为管棚或小导管。

进一步地，步骤S4中，TBM半洞掘进断层破碎带段隧洞下半段前，在二次始发洞口底部安装轨道。

本发明还具有如下有益效果：

1、相比于传统的钻爆和TBM组合施工，本方法处理断层破碎带的位置不仅仅局限在进、出洞口，在TBM掘进过程中垭口处也同样适用，对地形地质条件适应性强。

2、相对于全断面TBM掘进上软下硬地层，本法通过先挖除隧洞上部浅覆盖层的断层破碎带后，再进TBM半洞掘进，可以解决TBM遇见不良地质卡机的难题，显著降低卡机风险，大幅提高安全度。

附图说明

图1为实施例1的TBM下穿浅覆盖层断层破碎带半洞施工方法的流程图。

图2为实施例1的TBM下穿浅覆盖层断层破碎带半洞施工方法的隧道施工示意图。

图3为图2中的A-A和B-B部分的剖面示意图。

图4为实施例1的TBM下穿浅覆盖层断层破碎带半洞施工方法的半洞施工示意图。

图5为实施例2的半洞施工示意图。

其中，附图说明，1-隧洞；2-竖井；3-断层破碎带；4-竖井支护结构；5-碎石垫层；6-砼垫层；7-砼底板；8-超前支护结构；41-地下连续墙；42-压顶梁；43-环梁；44-洞门加固桩；45-洞口加固洞门墙；81-钢拱架；82-超前小导管；83-锚杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

实施例1

请参阅图1-4，本实施例提供一种TBM下穿浅覆盖层断层破碎带的半洞施工方法，包括如下步骤：

S1：根据断层破碎位置和隧道轴线确定加固竖井2位置，根据施工现场的地形和地质条件确定竖井2断面的形状，可以为矩形或圆形，且竖井2长度和宽度满足TBM步进及二次始发要求；然后开挖基坑，逆作法施工竖井2内衬墙和内支撑。内衬墙竖向分节高度通常为4～6m，完成竖井支护结构4施工，待竖井2开挖完成后，在竖井2底部进行碎石垫层5、砼垫层6和砼底板7施工。

S2：在竖井2内凿除进出洞口，并对进出洞口进行洞口加固，洞口加固完成后进行TBM二次始发超前支护，然后采用钻爆法半洞施工断层破碎带隧洞上半段。

本实施例中，洞口加固选择旋喷桩作为洞口加固桩44进行加固，其施工步骤如下：①先进行洞口平面范围场地平整，钻机就位；②钻机钻进土层成孔的同时进行水泥浆液的制备；③钻孔至旋喷桩底高程，启动泥浆泵，通过连在钻杆底部的喷嘴开始喷水泥浆，同时钻杆一边旋转一边向上提升；④喷浆至设计桩顶高程，将钻杆提起，桩架平移至下一个旋喷机桩位。

超前支护选择超前小导管82作为支护方式，其施工步骤如下：①根据设计图纸确定超前小导管82的孔位，定好坐标；②采用凿岩机或电钻钻孔，钻至设计深度；③将制备好的超前小导管82插入已经钻好的钻孔中，然后通过泥浆泵向超前小导管82中注入水泥浆。

S3：TBM掘进至竖井2位置，进行洞口破除，TBM步进至二次始发洞口。

S4：在二次始发洞口底部完成轨道施工，布设后靠墙或反力架，然后TBM半洞掘进断层破碎带段隧洞下半段。

经过上述施工过程，本实施例得到的隧道施工结构如下：

如图2和图4所示，沿着TBM在隧洞1内从左向右掘进，在断层破碎带处设置竖井2，竖井支护结构4选择地下连续墙41，左右地下连续墙41上设置进出洞口，在地下连续墙41顶部设置压顶梁42，压顶梁42下方的地下连续墙41上凸设有混凝土环梁43，环梁43设置在进出洞口上方，且环梁43下方设置洞口加固洞门墙45，并且在左右地下连续墙外侧设置多根洞口加固桩44进行洞口加固。

如图3和图4所示，在洞门前的断层破碎带3上半段设置超前支护结构8，该超前支护结构8包括环形的钢拱架81、超前小导管82和锚杆83，钢拱架81设断层破碎带3在上方，相邻两榀钢拱架81的间距通常为0.5～0.8m，钢拱架81直径通常采用环向间距为1m的联系钢筋进行焊接固定。超前小导管82和钢拱架81配合使用，钢拱架81腹板上有开孔，开孔间距与超前小导管82的环向间距一致，超前小导管82的钻进和安装均通过该孔。钢拱架81外侧间隔设置多根系统锚杆83对土体进行加固。本实施例的超前小导管82为焊接钢管，钢管直径为Φ48，长度通常为6m或9m，沿隧洞1纵向搭接长度不小于1m，超前小导管82环向间距通常为250～300mm。

基于此，本实施例通过在TBM即将穿越的断层破碎带3处提前挖竖井2，在竖井2内完成内衬及临时洞口加固，提前采用钻爆法挖除隧洞上半部断层破碎带3并进行加固；待TBM掘进至浅覆盖层的断层破碎带3里程时，再用TBM掘进隧洞下半部分，完成隧洞1开挖。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例以广东某引调水工程为例展开说明，如图5所示，该工程中隧洞围岩主要以Ⅱ、Ⅲ类围岩为主，采用敞开式TBM施工，隧洞开挖直径为6.0m，TBM下穿浅覆盖层断层破碎带2长度约200m，TBM进出竖井洞口主要为全风化花岗岩；

具体施工要求如下：输水隧洞衬砌后直径D为4.6m，衬砌厚度为0.5m，竖井2平面长为24m，宽12m，竖井深20m；竖井支护结构4采用C30地下连续墙，地下连续墙墙厚1.2m；在竖井底部依次铺设砂碎石垫层5，厚0.3m；C15砼垫层6，厚0.1m；C30砼底板7，厚1m。洞口加固采用直径为1m的旋喷桩，桩间距为600mm，旋喷桩采用二重管法施工；洞口加固长度为2D，加固深度范围通常为隧洞中心线以上2D，隧道中心线以下1D，洞口加固桩44存在部分空桩，即部分从地面至地面以下的桩顶高程之间只钻孔，不注浆，节省成本；洞口加固洞门墙45厚度为1m。

其他实施例中，根据地质条件和围岩破碎情况，超前支护结构还可选择管棚，管棚通常为φ48钢管，长度为20～40m，厚度为4mm。

综上所述，本发明提供的TBM下穿浅覆盖层断层破碎带半洞施工方法，在地质条件明确的前提下，通过在TBM即将穿越的浅覆盖层处提前开挖竖井2，在竖井2内完成内衬及临时洞口加固，提前采用钻爆法挖除隧洞1上半部的断层破碎带3并进行加固，后续待TBM步进至断层破碎带3时，直接掘进隧洞1下半部的断层破碎带3，从而完成隧洞1开挖，此方法既不占用直线工期，又能很好地解决TBM遇见不良地质卡机的问题。

以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限定本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所做出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.TBM下穿浅覆盖层断层破碎带的半洞施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：根据断层破碎位置和隧道轴线确定加固竖井位置，并进行竖井支护结构施工；

S2：在竖井内凿除进出洞口，采用钻爆法半洞施工断层破碎带隧洞上半段；

S3：TBM掘进至竖井位置，步进至二次始发洞口；

S4：TBM半洞掘进断层破碎带段隧洞下半段。

2.根据权利要求1所述的TBM下穿浅覆盖层断层破碎带的半洞施工方法，其特征在于，步骤S1的竖井支护结构施工包括如下步骤：

S11：开挖基坑，逆作法施工内衬墙和内支撑；

S12：在竖井底部施工碎石垫层、砼垫层和砼底板。

3.根据权利要求1所述的TBM下穿浅覆盖层断层破碎带的半洞施工方法，其特征在于，步骤S2中，完成洞口加固后进行洞口凿除。

4.根据权利要求3所述的TBM下穿浅覆盖层断层破碎带的半洞施工方法，其特征在于，步骤S2中，完成竖井进出洞口加固后，进行TBM二次始发超前支护。

5.根据权利要求3所述的TBM下穿浅覆盖层断层破碎带的半洞施工方法，其特征在于，洞口加固具体步骤为：平整洞口平面范围场地，制备水泥浆液，采用钻机对土层进行钻孔并喷浆至设计桩顶高程，完成洞口加固桩施工。

6.根据权利要求4所述的TBM下穿浅覆盖层断层破碎带的半洞施工方法，其特征在于，二次始发超前支护方式为管棚或小导管。

7.根据权利要求1所述的TBM下穿浅覆盖层断层破碎带的半洞施工方法，其特征在于，步骤S4中，TBM半洞掘进断层破碎带段隧洞下半段前，在二次始发洞口底部安装轨道。