浅谈敞开式TBM在不良地质段塌方处置.docx
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浅谈敞开式TBM在不良地质段塌方处置
浅谈敞开式TBM在不良地质段塌方处置
【摘要】敞开式TBM是集掘进、出渣、初期支护、通风除尘于一体的隧道洞室开挖施工设备,适用于岩石整体较完整,具有较好的自稳性的岩石段洞室开挖。
文章通过对不良地段运用TBM开挖进程中对不良地质地段出现前的预判和对不良地段的超前地质预报与支护,并对不良地段的塌方的处置方式及注意事项进行了详细分析,旨在为该类工程建设提供参考和借鉴作用。
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【关键词】敞开式TBM地质处理方法
1TBM结构及施工方法
敞开式TBM是集掘进、出渣、初期支护、通风除尘于一体的隧道洞室开挖施工设备,适用于岩石整体较完整,具有较好的自稳性的岩石段洞室开挖。
TBM由主机、连接桥、后配套及TBM附属支护设备组成。
TBM施工步骤为撑靴→掘进→换步→撑靴,附属施工工作为铺设TBM及机车轨道,通风筒延伸、供电线路延伸、供水排水延伸、连续皮带延伸。
2不良地质段出现前分析判断
在TBM的开挖过程中,主要采取以下措施进行分析判断:
根据皮带机渣料判断,开挖渣料块状多、含泥量大,说明地质条件差。
在停机和刀盘安装刀具时,地质人员可以通过刀座对前方围岩进行观察判断,也可以由刀座安装孔进入掌子面对围岩观察作出的判断。
TBM操作手从掘进参数的判断。
TBM在掘进过程中,围岩条件的变化,时时刻刻都在影响着TBM的掘进参数。
通过分析TBM掘进参数的变化,亦可判断围岩的好坏,以此指导施工,防止围岩坍塌。
在实际施工过程中,如掘进推力低于100bar(相当于),而推进速度大于额定值的40%,则可大致推断前方围岩较差,需注意防止发生坍塌。
3不良地质段超前地质预报及支护
在隧道施工中,超前地质预报是解决不良地质地址段TBM设备顺利施工的重要手段。
TBM掘进时,使用宏观超前预报如工程地质法,长距离超前地质预报如TSP技术,短距离超前预报如BEAM系统。
在不良地质段内,根据超前地质预报结果,综合分析出护盾后围岩的岩性、结构、构造和地下水情况,判断掌子面前方围岩的工程地质、水文地质特征。
通过几何做图确定隧洞拱顶、边墙不稳定块体规模,采取超前支护如超前锚杆支护、超前小刚管注浆支护。
4不良地质段塌方处理
在不良地质段引起塌方的原因主要有出现断层、岩石破碎带、节理裂隙发育地段、局部不稳定的楔形体导致岩石失稳塌方,塌方的位置主要为顶拱及俩侧边墙。
在塌方段TBM施工的原则为:
管超前、严注浆、慢开挖、快封闭、快衬砌。
在TBM掘进过程中发生顶拱塌方时施工程序为清撬松动岩石→塌腔内布设锚杆→喷射混凝土→支立钢支撑→钢支撑内侧焊接钢板→回填混凝土→塌方段固结灌浆。
(1)在清撬松动岩石时需在安全员指挥下进行,清撬时注意保护好TBM设备,防止掉下来的石头将电气线路或液压管路损坏。
(2)塌方部位如果有地下水,在水量小时应采用钻孔安装水管方式沿着洞臂引到洞内的排水管中排到洞外;在水量大时采取以赌为主、以排为辅,对出水部位进行阻水灌浆。
(3)采用TBM附属设备锚杆钻机在塌腔内布设Ф25L=4500mm锚杆,梅花形布置、根据实际情况确定锚杆外漏尺寸,锚杆外漏部分要保证在后期混凝土回填时,起到岩石与混凝土之间相互支撑的作用;布设完锚杆后对塌腔内喷射C30混凝土厚度为20cm,TBM附属混凝土喷射机喷射不到的部位,采用TK600混凝土喷射机进行喷射,及时封闭塌腔内裸露的岩石;利用钢拱架安装器进行钢支撑支护,间距为,未塌方部位钢支撑之间连接采用[10槽钢间距按进行连接,增加钢拱架之间的稳定性,塌方部位钢支撑之间连接采用5mm厚钢板进行焊接(如塌方部位在钢板焊接时在塌腔内预埋两根直径Ф325钢管,在混凝土施工时使用;如塌方部位在边墙,在焊接钢板在毛混凝土浇筑前,分层进行焊接),钢支撑支立结束后迅速对未塌方的部位进行喷射C30混凝土,厚度为15cm,防止塌方部位外延。
(4)塌腔回填混凝土。
顶拱塌方部位混凝土回填:
TBM掘进施工所用的水平撑靴在洞臂两侧,塌方部位出现在顶拱时,对TBM正常掘进影响较少,能够有较充分的时间对塌腔内进行回填混凝土处理。
顶拱塌方部位混凝土回填标号采用C30混凝土,并添加早强剂以便尽快达到设计强度,混凝土入仓塌落度控制在200mm±20mm。
当塌方部位出现在顶拱并且塌腔深度大于1m时,回填混凝土分两期施工,一期混凝土厚度为钢支撑最高点以上50cm形成承载壳,混凝土入仓使用混凝土输送泵入仓,混凝土输送泵管沿着预埋的钢管深入塌腔,另一根预埋钢管作为排气孔。
在焊接的钢板上安装平板振捣器,对一期混凝土进行振捣,一期混凝土终凝,达到设计强度后,再对剩余空腔进行混凝土回填。
待回填混凝土全部达到设计强度后再对塌方部位进行固结灌浆,确保塌方部位稳定安全。
塌腔深度小于1m时可一次性回填混凝土。
边墙塌方部位混凝土回填:
塌方部位出现在边墙时,TBM水平撑靴无法撑紧,影响TBM的正常掘进,需要停机对边墙塌方部位进行处理。
为了缩短塌方处理时间,对边墙塌方部位进行C30毛石混凝土回填,埋石率30%,混凝土入仓塌落度控制在180mm±20mm,C30毛石混凝土配合比如下:
在毛石混凝土施工前,首先用钢板在边墙塌方部位底部紧贴钢支撑内侧进行焊接,每层焊接高度为50cm,混凝土浇筑每上升2层预埋一排Ф42钢管,钢管长度根据实际情况确定,间距1m,各层预埋钢管之间梅花形布置。
采用混凝土输送泵入仓方式,插入式振捣器振捣。
混凝土浇筑结束达到终凝后,在预埋的Ф42钢管内插入电热管进行加温,电热管之间串联,并安装漏电保护器。
通过电热管加温后混凝土3天强度到,可以满足TBM水平撑靴压力要求。
5不良地质段施工注意事项
在TBM施工前应对工程地质和水文地质资料进行详细的分析判断,制定相应的预防预报措施,备足有关的应急机具和材料。
在TBM施工过程中坚持以预防为主,根据地质预报对掌子面前方地质状况作出判断,避免TBM在没有任何保护措施的情况下进入不良地质段。
在TBM施工过程中应常观察岩层和地下水的变化情况,防止突然事故的发生,在不良地质段出现地下水时应先治水。
在临近TBM开挖掌子面的现场仓库内储备一定数量的支护材料及排水设备,以备应急。
6结语
在TBM不良地质施工时预报预防是关键,当在不良地质段出现塌方时应首先保证人员安全、TBM设备安全的前提下对塌方部位进行处理,并确保工程施工安全。
作者简介:
田春成(1982―),男,汉族,辽宁抚顺人,本科,工程师,从事水利工程施工。
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