TBM法特殊地质条件掘进施工工艺.docx
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TBM法特殊地质条件掘进施工工艺
TBM法特殊地质条件掘进施工工艺
4.7.1工艺概述
TBM在特殊软弱围岩段、岩爆段、膨胀岩段、岩溶段、有瓦斯段、涌水段等特殊地段施工时,设备需采取加高、防水等特殊配置,并配置超前地质预报系统、超前地质钻机、气体检测仪、防火安全仓等一系列特殊设备,进行特殊段的TBM施工。
4.7.2作业内容
作业内容:
超前地质预报、软弱围岩段施工、岩爆段施工、膨胀岩段施工、岩溶段施工、有瓦斯段施工、超前注浆措施、TBM施工辅助工法
4.7.3质量标准及验收方法
《铁路隧道全断面岩石掘进机法施工技术指南》铁建设2007;
《铁路隧道工程施工质量验收标准》
《地下工程施工及验收规范》
4.7.4工艺流程图
辅助工法径向注浆施工工艺流程图见图4.7.4-1
图4.7.4-1径向注浆施工工艺流程图
辅助工法超前管棚支护施工工艺流程图见图4.7.4-2
否
图4.7.4-2超前管棚支护施工工艺流程图
辅助工法超前管棚预注浆加固施工工艺流程图见图4.7.4-3:
否
图4.7.4-3超前管棚预注浆加固施工工艺流程图
4.7.5工序步骤及质量控制说明
一、超前地质预报
1.超前地质预报应达到以下目的:
进一步查清因前期地质勘察工作的局限而难以探查的、隐伏的重大地质问题,进而指导工程施工的顺利进行;降低地质灾害发生的机率;为调整施工方案、设计变更提供地质资料及参考依据;为编制竣工文件提供地质资料。
相对于钻爆法施工而言,全断面岩石掘进机法施工的隧道对工作条件要求较高,对围岩工程地质水文地质条件的适应性差,特别是在可能出现地质灾害的特殊地质地段,可能发生掘进速度低、卡机、埋机等问题,必须开展施工地质超前预报。
开展隧道地表地质补充调查工作,是确定施工地质超前预报的重点地段(特殊地质地段)及确保洞内地质超前预报的针对性的需要。
开展洞内地质调查工作,是常规地质法
预报的重要补充手段。
洞内地质调查工作不
图4.7.5-1地质预报
占用掘进机工作时间,可操作性强。
是隧道工程全过程地质工作重要的一环;它不仅是对隧道设计地质资料的补充和完善,更是提高地球物理探测预报准确率的需要,也可为隧道运营阶段隧道病害整治提供完整的隧道地质资料。
根据洞内地质调查结果,结合补充地质调查结果进行的地表地下构造相关分析,可对开挖工作面前方地质状况进行推测、判断和预报。
以进一步查明前期没有探明的、隐伏的重大地质问题,有针对性地采取预防措施,避免重大地质灾害发生,确保施工安全。
减少施工的盲目性,确保掘进机的快速施工。
特殊地质地段隧道施工地质超前预报工作,以利用掘进机前方配备的地质钻机进行超前水平钻探为主、开敞式掘进机施工辅以地球物理等方法探测,目的是避免占用或尽可能少占用掘进机工作时间。
2.开敞式掘进机法施工的隧道,地质超前预报可以为掘进机掘进参数调整提供依据
对与掘进机施工安全有关的地质因素的预报,目的是为掘进机通过不良地质地段施工预案提供决策依据,避免卡机、埋机等灾害的发生,确保掘进机施工的安全。
3.超前地质预报采用的方法包括:
(1)数码地质素描
(2)岩渣分析法
(3)超前水平钻探法(4)TSP超前地质预报
(5)地球物理探测等其它方法(6)地质雷达
开敞式掘进机法施工的隧道,有开展地质法预报的条件。
数码地质素描以近景摄影测量技术为和影像数据为核心,综合应用近景摄影测量、数字图像处理、GIS技术,对获取的边坡、洞室等影像进行处理,快速、准确提取地质编录要素,并实现编录要素的有效管理与查询检索,为工程施工设计、岩体稳定性分析等工作提供科学依据。
数码编录系统包括现场数据采集与预处理、编录要素识别与提取、数据信息管理查询、输入
与输出等。
现场数据采集:
利用普通量测像机与经纬仪相连,通过普通量测像机获得摄影像对,通过经纬仪控制其方位元素。
数据预处理:
对现场采集获得的影像数据通过几何校正、辐射校正、影像镶嵌,使影像位置具有与像控数据相应的坐标,保证同一地物有一致的辐射水平,将单幅影像镶嵌成正摄影像图,并对图像进行增强处理,突出节理、断裂等信息。
编录要素识别与提取:
通过人工引导式的目标交互识别技术,对影像进行匹配。
数据信息管理查询:
对通过影像识别技术获得的地质编录要素信息,经过多点连线及产状计算后,分别存储于图形库、属性库,实现了图形特征与属性特性的连接与管理。
超前水平钻探法地质超前预报是隧道施工地质超前预报方法中最直接的方法。
它通过钻孔钻进速度测试和所采取的钻孔岩芯的观察,以及相关试验获取隧道开挖工作面前方岩石(体)的强度指标、可钻性指标、地层岩性资料、岩体完整程度指标及地下水状况等诸多方面的直接资料。
可以探测和了解隧道开挖前方几十米甚至上百米范围内岩体的工程地质、水文地质情况;通过岩芯观察和分析对隧道开挖前方的不稳定岩层、断层破碎带和洞穴进行准确定位;利用采集岩芯样进行试验获取岩石的物理力学特征参数;通过钻孔可确定开挖工作面前方地下水的分布,及时释放隧道施工开挖工作面前方煤系地层中积聚的瓦斯和地下水。
对设有超前平行导坑隧道的掘进机法施工,可利用超前平行导坑了解地质情况,预测后进的掘进机作业隧道将遇到的地质条件。
对双洞隧道,若一洞为掘进机作业,另一洞为钻爆法施工,可采用钻爆法先行施工一隧道,根据其遇到的地质情况,进行掘进机作业隧道的地质超前预报。
地球物理探测法中,除反射成像法外,所有反射法预报得到的均为隧道开挖工作面前方界面的位置,界面间介质性质的判定需结合洞内外地质调查结果和预报人员的地质工作经验以及对隧道所在地区地质背景的掌握分析确定。
由于成像畸变的原因,反射成像法仅可大致确定开挖工作面前方不良地质体(带)的位置和形状,其性质仍需结合洞内外地质调查结果和预报人员的地质工作经验及对隧道所在地区地质背景的掌握分析确定,目前国内尚无应用的报道。
声波层析成像法,尽管有成功探测小型岩溶管道的实例,但由于需在开挖工作面施作成对微倾斜探测钻孔进行孔间探测,且探测换能器入孔困难,探测深度有限,在掘进机法施工隧道的地质超前预报中很难实现。
地质雷达利用高频电磁波以宽带脉冲形式,通过T天线发射电磁波,经由介电性质不同的物质产生反射,由R天线接收并被仪器所记录。
根据反射信号的变化特征来推测异常体的几何形态和性质。
TSP是以设计图纸为基础、TSP探测前方100-150米范围、利用超前钻机探测前方20米范围内围岩的地质状况。
可以较准确的掌握前方的围岩破碎带边缘、长度、破碎程度、含水情况等,从而为下一步支护措施的选择提供可供借鉴的依据。
图4.7.5-2TSP系列隧洞地震探测仪超前探测原理示意图
TSP系列隧洞地震探测仪工作原理:
①首先在隧道内人工制造一系列有规则排列的轻微震源,震源发出的地震波逼到地层界面、特别是断层破碎带等不良地质体时产生的反射波,其传播速度、延迟时间、波形、强度和方向等均与相关地质体的性质密切相关,并通过不同的数据表现出来;
②通过震源反射波的数据采集系统(传感器和记录仪)进行数据采集,将数据输入带有处理软件的电脑,并经过计算机数学计算进行数据处理;
③将采集的数据资料转换为反应相关地质体反射能量的影视图像或隧道平面、剖面图;
④进行室内数据资料处理、分析,由工程技术人员进行解译,对隧道掌子面前方不良地质体的性质、位置和规模等予以超前地质预报。
最大探测距离可达掌子面前方500m,有效探测距离150m,最高分辨率1m。
4.超前地质预报应包括以下内容:
(1)简报内容应包括:
①隧道工程概况;
②地质预报采用的方法原理;
③钻探或探测布置图;
④钻探或探侧结果分析;
(2)地质总报告内容应包括:
①隧道工程概况;
②采用的技术方法原理;
③隧道地质展示图;
④隧道实际地质纵剖面图;
⑤典型预报实例;地质纵断面图;
地质展示图(1:
200);超前地质钻孔报告;
HSP超前地质探测报告;地质雷达超前探测报告。
⑥预报与施工验证的对比分析,预报准确率的统计分析;
⑦结论。
预报为施工服务,及时提出对预测地段的地质超前预报简报,是体现预报时效性和指导施工的需要。
施工地质预报总报告不仅是对预报工作的总结,更是提高预报准确率的需要。
预报结论及下一步施工措施建议:
预报长度,是否需改变掘进参数,是否需要改变支护措施,预警可能出现的灾害地质问题及处理措施建议等。
根据对以上超前地质预报结果,综合分析掌子面围岩的岩性、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,并依此提出工程措施建议和进一步预报的方案。
将掌子面出现的结构面,通过几何作图进行预报。
通过作图确定隧洞拱顶、边墙不稳定块体规模,提出锚固意见。
根据开挖段围岩的工程地质、水文地质特征进行预报结果的验证,提出是否修改预报方法及参数的意见。
根据开挖段及掌子面水文地质情况,详细分析具体位置和情况,并提出注浆止水方案的建议。
二、软弱围岩段施工
1.掘进机在软弱围岩施工时,应按下列要求进行作业:
(1)掘进机在软弱围岩掘进时,应减缓掘进速度,必要时须停机进行围岩加固或超前支护处理后,再行推进;
(2)洞壁发生小规模岩石剥落现象时开敞式掘进机可在不停止掘进情况下,进行初期支护作业;
(3)节理密集带或中等规模断层破碎带处发生较大规模的岩石塌落现象,开敞式掘进机应停止掘进,及时进行初期支护;
(4)大规模的断层破碎带处,应停止掘进对围岩进行超前加固或超前支护;
(5)采用人工喷混凝土时,喷射混凝土必须从填充岩面空洞、裂缝开始。
在钢拱架地段,钢架与围岩之间空隙必须用喷射砼填充密实,并需将钢拱架及时进行包裹。
(6)对富水软弱破碎围岩应采取加强防排水的技术措施:
预加固施工中一般可先采用超前钻孔排水;采取注浆堵水措施。
(7)护盾式掘进机通过软弱破碎围岩时,降低刀盘转速和推力,减少单位时间内出渣量,不停机快速通过,防止塌方,安装重型管片及时填充豆砾石并注浆,待通过后进行固结注浆。
2.软弱围岩根据掘进参数的变化可以推断前方围岩的变化情况,合理的选择和调整掘进参数。
3.掘进机在施工过程中,由于节理裂隙或岩爆造成的掉块落石,施工中主要通过各种不同的支护形式,支顶岩石、限制落石或对可能坍塌岩石进行预加固,主要支护形式有:
(1)全圆钢支撑体系支护,辅助网片和钢筋棚架。
(2)锚网喷支护体系,辅助格栅钢架和槽钢钢架。
4.撑靴塌陷应按下列要求进行作业:
(1)由于节理或岩石破碎,造成撑靴处岩石坍塌,引起撑靴悬空无法提供掘进反力,此时需调整撑靴纵向位置,也可在撑靴没到达前灌注速凝砼或用背材填塞牢固,在允许的情况下也可放弃一个支撑进行掘进,但必须控制掘进推力。
(2)对撑靴部位由于围岩抗压强度不能提供足够的撑靴反力,而易造成撑靴打滑,撑靴部位二次扰动,变形过大,针对此现象拟采取的对策如下:
①此部位出护盾后立即对此部位进行铺设钢筋网、喷射混凝土支护作业,增加此部位的抗压强度,提高承载力;
②调整撑靴压力来减少对围岩的扰动。
(3)由于围岩软弱,造成掘进机在行进时撑靴部位打滑,围岩二次扰动,出现更大的坍塌,为此采取的措施是:
当剥落在15cm以内时,采取喷射混凝土封闭并喷平,以便于掘进机撑靴通过;坍腔在15cm以上时,首先采用湿喷系统封闭围岩,然后利用已经架立的钢拱架立模灌注混凝土,填平坍腔,有效控制临空面的继续扩大而造成更大范围的坍塌,同时也可保证掘进机的撑靴顺利通过而不挤压拱架。
(4)在软弱围岩下,撑靴压力不宜太高,否则,可能压破洞壁岩石,造成坍落;撑靴压力的大小取决于洞壁岩石的完整性及饱和抗压强度。
撑靴压力控制在软岩压力的0.7~0.8倍即可。
撑靴至少保
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- TBM 特殊 地质 条件 掘进 施工工艺