一种适用于不良地质段的TBM卡机脱困施工方法

本发明涉及土木工程施工，具体是一种适用于不良地质段的tbm卡机脱困施工方法。

背景技术：

1、tbm掘进机由于其高效、安全的优越性能，在深埋长隧洞施工中得到愈来愈多的应用，但其对断层破碎带等不良地质条件的适应性较差，遇到不良地质段时难以顺利通过，容易发生tbm卡机事故。tbm卡机不仅造成严重的工期拖延，且一旦由于脱困失败而被迫放弃tbm，必然造成极大的损失。

2、针对上述的技术缺陷，现提出一种解决方案。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种不良地质段tbm卡机脱困施工方法，该方法通过护盾周围注浆、回填塌腔区域 、超前管棚注浆加固以稳定破碎围岩，在护盾上方和超前管棚之间人工开挖小导洞至刀盘位置环形清理刀盘周围松散碎石，并从刀盘刀孔及铲牙对掌子面注浆加固，从而实现tbm脱困，施工过程安全有效，简单易行。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明所采用的技术方案是一种不良地质段tbm卡机脱困施工方法，其特征在于施工步骤如下：

4、步骤s1、在已出露护盾洞段围岩破碎区拱顶180°范围内，采用高强注浆材料分多次进行不同程度、不同范围的注浆加固，并且打设、注浆分区进行；

5、步骤s2、采用高强注浆材料四序孔注浆布置在护盾体顶拱240°范围进行注浆加固，有效的防止孔间串浆，并保证了注浆扩散效果；

6、步骤s3、扩挖钻孔工作间，采用高强度轻质材料通过回填管对塌腔区域回填；

7、步骤s4、从护盾后方搭设超前管棚，用水泥浆对前方不稳定岩体进行加固；

8、步骤s5、通过刀盘刀孔及铲牙对刀盘前方松散体采用高强注浆加固；

9、步骤s6、在护盾上方和超前管棚之间人工开挖小导洞至刀盘，并在刀盘位置环形清理刀盘周围松散碎石，保证刀盘及刀盘与护盾连接处碎石清理干净；

10、步骤s7、tbm脱困掘进时，采用低扭矩、低转速缓慢通过不良地质区段。

11、进一步的，本实施中步骤s1注浆中，选用化学浆液进行化灌，打设、注浆分区进行，现场做好打孔及注浆记录，注浆时先注奇数排，再注偶数排，并且在注每排时，先注奇数孔，再注偶数孔。

12、进一步的，本实施中步骤s2管棚施工中采用锚固剂封堵φ108的管棚与导向管（岩壁）间的空隙，封堵长度不得小于50cm，待锚固剂终凝后方可注浆。

13、进一步的，本实施中步骤s2管棚注浆中采用双液浆材料、管内大循环施工工艺，由两端向拱顶施工，注浆施工分两序进行灌注，通过两序孔的灌浆情况对管棚灌浆情况进行检验。

14、进一步的，本实施中步骤s6小导洞采用钢拱架进行支护，拱架两侧和上方安装铁板，铁板与门架进行焊接，以防止碎石掉落，开挖完成后，环向立两榀钢拱架。

15、进一步的，本实施中步骤s7刀盘脱困后每推进1.5m停机，重复步骤s6在刀盘内化学灌浆一次，直至顺利通过不良地质段，整机推进15m后，视围岩情况，判断是否需要搭设第二次超前管棚。

16、进一步的，本实施中步骤s7 tbm掘进时一次支护在原围岩设计支护参数的基础上进行加强，撑靴通过密排钢拱架支护段之前，采用模筑混凝土对撑靴区域进行换填。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、1、本发明在超前管棚注浆前，对护盾顶部、已出露护盾洞段破碎围岩区进行高强加固稳定，不仅提高了安全性，也为在盾尾后方扩挖工作间完成管棚注浆、塌腔区域回填的止浆效果提供了保障。

19、2、护盾范围注浆、超前管棚施工完毕后，在护盾与管棚间施工小导洞，与在tbm撑靴处及后配套后方的迂回导洞法相比，不仅极大的保障了施工人员的安全，且减少了开挖量，小导洞的支护采用钢拱架进行支护，拱架两侧和上方安装铁板，提高了支护效果，避免落石掉落。

20、3、塌腔回填、超前管棚注浆、通过刀孔对掌子面加固，开挖导洞对刀盘周围清理，这些工序使碎散岩体固结成整体，能够自稳，不能对刀盘形成挤压，极大提高了tbm脱困的成功率。

21、4、刀盘脱困后采用缓慢速度以及合理的加强支护通过不良地质区，避免了再次被困。

技术特征：

1.一种适用于不良地质段的tbm卡机脱困施工方法，其特征在于，具体施工步骤按照如下方式进行：

2.根据权利要求1所述的一种适用于不良地质段的tbm卡机脱困施工方法，其特征在于，步骤s1中的护盾（2）后5m拱顶（6）固结灌浆，采用了自进式中空注浆锚杆（3）、高强注浆材料分多次进行不同程度、不同范围的注浆加固。

3.根据权利要求1所述的一种适用于不良地质段的tbm卡机脱困施工方法，其特征在于，步骤s2中护盾（2）体固结灌浆施工，在护盾（2）顶拱240°范围内，注浆布置采用四序孔施工，有效的防止孔间串浆，并保证了注浆扩散效果，对虚渣（5）范围内的破碎围岩布设自进式中空注浆锚杆（3），并采用高强注浆材料进行注浆加固。

4.根据权利要求1所述的一种适用于不良地质段的tbm卡机脱困施工方法，其特征在于，步骤s3中的塌腔区域（4）回填，在扩挖钻孔工作间安装管棚钻机，并采用了轻型混凝土进行回填，所述轻型混凝土为珍珠岩。

5.根据权利要求1所述的一种适用于不良地质段的tbm卡机脱困施工方法，其特征在于，步骤s4的管棚注浆施工采用管内大循环施工工艺，孔口压入式注浆，利用排气管进行洗孔、排气、回浆、射浆，注浆顺序由两端向拱顶（6）施工，施工分两序进行灌注，发现漏浆及时封堵。

6.根据权利要求1所述的一种适用于不良地质段的tbm卡机脱困施工方法，其特征在于，步骤s6施工小导洞（10）采用钢拱架进行支护，拱架两侧和上方安装铁板，铁板与门架进行焊接，以防止碎石掉落。

7.根据权利要求1所述的一种适用于不良地质段的tbm卡机脱困施工方法，其特征在于，步骤s7在不良地段采用低扭矩、低转速缓慢通过，待掌子面（9）磨平后，逐步提高刀盘（1）转速和推进力且该段一次支护在围岩设计支护参数的基础上进行加强。

技术总结
本发明涉及木工程施工技术领域，用于解决TBM掘进机遇到不良地质段时难以顺利通过，容易发生TBM卡机事故的问题，具体是一种适用于不良地质段TBM卡机脱困施工方法，步骤S1、对已出露护盾洞段破碎围岩用高强注浆材料在拱顶180°范围内进行注浆加固，步骤S2、对护盾顶部240°范围破碎围岩用高强注浆材料进行注浆加固，步骤S3、对塌方空腔回填高强度轻质材料，步骤S4、从护盾后方打设超前管棚，用水泥浆对前方不稳定岩体进行加固；本发明通过对TBM附近碎散地层全面的加固处理，包含塌腔回填、掌子面加固、超前管棚支护，极大提高了直接在刀盘拱顶上方开挖导洞清理碎石的安全性，减少了开挖量，并提高了刀盘脱困的可能性。

技术研发人员：谭忠盛,周振梁,雷可,李宗林,李林峰,王健,张立龙,肖海晖,郑笑天
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16