TBM通过断层破碎带的施工技术.doc

TBM通过断层破碎带的施工技术
王梦恕王占山
(中铁隧道集团有限公司洛阳471009)
摘要对TBM快速通过断层破碎带的技术进行了阐述；介绍了可能遇到的各种不利情况及其处理措施。
关键词TBM断层破碎带快速通过处理措施
1概述
TBM由于其高效、安全的优越性能,近年来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。这些不良地质条件对TBM掘进会产生较大影响,不仅可能导致TBM掘进作业时间利用率降低,甚至有可能出现TBM损坏和难以顺利通过的情况。必须采取有效的措施,否则处理不当就会给施工带来严重后果。我国云南天生桥水电站引水隧洞、意大利戈森萨铁路隧道以及奥地利坎波罗索铁路隧道在TBM通过断层带时都遇到TBM刀盘被卡住的事故,造成长时间的停机。中铁隧道集团在摩沟岭隧道工地施工时,也出现了TBM被卡20多天的教训。
TBM施工有其自身的特点。在切削岩石时其对围岩的扰动比钻爆法要小,但初期支护不如钻爆法及时;初期支护前岩石暴露时间长,极易发生危石损伤设备的事故,这就需要根据设备分布位置,选择合适时机进行及时支护,必须合理布置初期支护设备位置,其支护能力必须承受全部地层荷载,所以在进行初期支护方面没有钻爆法机动灵活。对TBM的这些特点,我们在断层破碎带施工时必须给以很好的考虑。
2断层破碎带对TBM施工的影响
断层破碎带会对TBM施工造成很不利的影响,主要有:
a.开挖后工作面及拱顶坍塌,剥落。将TBM刀盘埋入,刀盘旋转困难。
b.开挖面及边墙坍塌,撑靴支撑力不够,不能提供TBM掘进所需的足够的支反力。
c.给喷锚支护带来困难。
d.围岩软硬不均,刀盘旋转时易产生震动,影响刀具的使用寿命,增加刀具消耗。
e.当围岩软硬不均时可能会引起TBM机体的摆动增加。给掘进方向的控制带来困难。
f.如存在涌水则会由于水压作用,工作面发生坍塌,涌水淹埋刀盘及机体,增大刀盘的旋转扭矩;水的作用造成侧壁坍塌,支撑靴无法支撑;涌水淹没机体等。
3通过断层破碎带的主要辅助设备
采用合适的设备来快速、安全通过断层破碎带等不良地质地段是至关重要的。目前主要的设备有超前钻机、锚杆机、环梁安装器等。这些设备一般安装在掘进机的头部、刀盘支撑体后面、大梁顶部,以便在掘进过程中一旦发现险情就能及时利用他们进行处理。
我国天生桥水电站引水隧道开挖时,引进了美国罗宾斯公司的10.8m直径的掘进机,同时引进了与之配套的三大设备:超前钻机、锚杆机、环梁安装器。
秦岭隧道施工时,为顺利通过断层破碎带,在WIRTHTB880E型开敞式掘进机上也装备了超前钻机、锚杆机、环梁安装器等设备。超前钻机能在护盾外边以6°仰角在刀盘上部84°的区域内进行探测钻进或预注浆加固岩层。前部锚杆钻机可在150°的顶部区域内钻孔,后部锚杆钻机可在两边壁各90°范围内钻孔。锚杆钻机钻孔深度达3.5m,孔径38mm,水平移动距离3.8m。环梁安装器允许在TBM掘进机在刀盘护盾后进行钢拱架的组装和安装。同时,为防止落石危害施工人员和设备,掘进时在护盾外缘安装了长90cm的指点形护盾,另外又在护盾下缘焊接了一排钢管,可利用它进行超前锚杆支护。
4通过断层破碎带和处理措施
超前地质预报
超前预加固（需要时）
掘进
支护

当要通过断层破碎带时,我们一般按以下步骤(图1)进行施工,并根据断层破碎带的具体情况采取不同的措施。

图1通过断层破碎带的步骤
具体的步骤和措施为:
a.掘进前:
超前地质预报的预测,以确定破碎带边缘、长度、破碎程度以及含水情况等。
根据破碎带的不同情况采取不同的处理措施。对于轻微破碎地段,对TBM不会造成影响时,可不进行处理:对于一般的破碎地段,采用先掘进,再处理的办法;对于严重破碎地段,掘进机无法施工时,停止掘进,用TBM所配的钻孔注浆设备进行超前加固,然后打超前钻孔检查,证明可行时再向前掘进并进行处理。如破碎段长,且破碎严重,一般加固仍无法使用TBM顺利通过时,可用钻爆法开挖成洞,TBM随后跟进通过。
b.掘进时
合理选用TBM掘进参数。在不同的地质条件下,TBM所需要的推力、掘进速度、刀盘转速、刀盘扭矩和撑靴支撑力等掘进参数是不同的。在TBM通过断层破碎带时,可适当减少TBM的掘进速度、刀盘转速等掘进参数,这样能有效地减小对围岩的扰动,从而减小或避免发生坍方,使TBM安全通过。
同时,要根据掘进中部分掘进参数的相对变化,了解前方围岩的变化情况(例如通过推进压力的大小可推知围岩强度情况,通过刀盘扭矩的大小可推知围岩的完整性情况),从而及时调整TBM的掘进参数或采用其它措施,使TBM快速、安全通过。
c.掘进后
加强支护。对一般破碎地段,可采用喷混凝土或喷纤维混凝土、局部加锚杆喷纤维混凝土的支护措施;对严重破碎地段,可采用架设钢拱架、挂网、喷射混凝土或纤维混凝土的支护措