摘要：目前在隧道的施工中,TBM施工技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)是較為先進(jìn)和安全的一種施工方法,特別是在不良地質(zhì)地段地采用TBM施工技術(shù)，顯的更為突出，在通過(guò)不良地質(zhì)地段時(shí),TBM法施工同時(shí)也有遇到很多問(wèn)題。本文就TBM法施工中的優(yōu)勢(shì)做了一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹，并對(duì)TBM法在不良地質(zhì)地段施工中的技術(shù)進(jìn)行了研究分析和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：不良地質(zhì)地段;TBM;施工技術(shù)

一、TBM法在施工中的優(yōu)點(diǎn)

(1)快速。TBM是一種集機(jī)、電、液壓、傳感、信息技術(shù)于一體的隧道施工成套設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)掘進(jìn)，能同時(shí)完成破巖、出碴、支護(hù)等作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了工廠化施工，掘進(jìn)速度較快，效率較高。

(2)優(yōu)質(zhì)。TBM采用滾刀進(jìn)行破巖，避免了爆破作業(yè)，成洞周?chē)鷰r層不會(huì)受爆破震動(dòng)而破壞，洞壁完整光滑，超挖量少。

(3)高效。TBM施工速度快，縮短了工期，較大地提高了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益;同時(shí)由于超挖量小，節(jié)省了大量襯砌費(fèi)用。TBM施工用人少，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度、降低了材料消耗。

(4)安全。用TBM施工，改善了作業(yè)人員的洞內(nèi)勞動(dòng)條件，減輕了體力勞動(dòng)量，避免了爆破施工可能造成的人員傷亡，事故大大減少。

(5)環(huán)保。TBM施工不用**爆破，施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境污染小;減少了長(zhǎng)大隧道的輔助導(dǎo)坑數(shù)量，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境;如果使用雙護(hù)盾TBM還可以減少隧道內(nèi)水的流失，有利于環(huán)境保護(hù)和減少水土流失。

(6)自動(dòng)化、信息化程度高。TBM采用了計(jì)算機(jī)控制、傳感器、激光導(dǎo)向、測(cè)量、超前地質(zhì)探測(cè)、通訊技術(shù)，是集機(jī)、光、電、氣、液、傳感、信息技術(shù)于一體的隧道施工成套設(shè)備，具有自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)。TBM具有施工數(shù)據(jù)采集功能、TBM姿態(tài)管理功能、施工數(shù)據(jù)管理功能以及施工數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳功能，可實(shí)現(xiàn)信息化施工。

二、TBM施工對(duì)環(huán)境的影響研究

總體來(lái)看，TBM隧道施工的變形和受力都在控制范圍之內(nèi)，隧道圍巖穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)安全，施工沉降對(duì)周邊環(huán)境影響很小。

TBM施工對(duì)環(huán)境的影響研究

總體來(lái)看，TBM隧道施工的變形和受力都在控制范圍之內(nèi)，隧道圍巖穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)安全，施工沉降對(duì)周邊環(huán)境影響很小。

1、地表變形

最大沉降變形不超過(guò)4mm，主要發(fā)生在拱頂上方，且與隧道施工掌子面位置變化存在明顯依存關(guān)系。

2、對(duì)周邊圍巖的擾動(dòng)

根據(jù)錨桿軸力和單點(diǎn)位移計(jì)的監(jiān)測(cè)結(jié)果和分析可知，TBM掘進(jìn)機(jī)對(duì)周邊圍巖的擾動(dòng)較小。通過(guò)錨桿軸力時(shí)態(tài)曲線(xiàn)可以看到在開(kāi)挖斷面往圍巖方向0.8米處所測(cè)的錨桿軸力最大，2.2米處的軸力就已經(jīng)較小，而且隨著時(shí)間的推移逐漸趨于穩(wěn)定，3.5米處的錨桿軸力從初測(cè)開(kāi)始就非常小，而且根據(jù)其錨桿軸力時(shí)態(tài)曲線(xiàn)可以清楚的看到其軸力變化非常小，變化很平緩。

三、TBM法在施工中的技術(shù)分析

TBM法施工在深埋長(zhǎng)大隧道施工中較鉆爆法有著巨大的優(yōu)勢(shì),因?yàn)楫?dāng)隧道埋藏較深、長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)、洞徑較大時(shí),采用鉆爆法需要相當(dāng)長(zhǎng)的工期,尤其是當(dāng)工期對(duì)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境有重大影響而開(kāi)挖工作面又受到限制的情況下,面對(duì)速度、環(huán)保、效益、安全等問(wèn)題,使用TBM將成為首選。不良地質(zhì)地段TBM施工一直是TBM施工中的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容,TBM機(jī)能否順利的通過(guò)不良地質(zhì)地段也成為了整個(gè)隧道施工中成敗的關(guān)鍵所在。因此,對(duì)不良地質(zhì)地段TBM施工的問(wèn)題進(jìn)行分析和研究就具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1、圍巖坍塌、掉塊的特點(diǎn)及對(duì)TBM施工的影響

1.1、斷層破碎帶引起的坍塌

斷層破碎帶引起的坍塌是造成圍巖塌方的主要原因,如果斷層面方向與隧道軸線(xiàn)方向夾角較小,而且傾角又較小,就會(huì)使斷層帶露出的范圍較大,當(dāng)開(kāi)挖通過(guò)以后,圍巖平衡狀態(tài)被破壞,導(dǎo)致應(yīng)力重分布,圍巖自穩(wěn)力降低,圍巖露出刀盤(pán)護(hù)盾后,即會(huì)產(chǎn)生圍巖不同程度的塌方,必要時(shí)可利用TBM上的超前鉆機(jī)進(jìn)行管棚或預(yù)注漿處理。

1.2、節(jié)理密集帶及擠壓軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的坍塌、掉塊

節(jié)理較密集地帶、節(jié)理間距較小,巖體的完整性受到影響,隧道開(kāi)挖后,原始平衡狀態(tài)被破壞,圍巖本身的支承力降低,容易造成坍方,如果節(jié)理在2～3組,或3組以上,呈X形或米字形交叉,更容易造成坍塌和掉塊。

1.3、地下水造成的坍塌

地下水是造成隧道工程病害的重要因素,水對(duì)斷層及各種軟弱結(jié)構(gòu)面起破壞作用,降低其強(qiáng)度,使其承載能力顯著降低,遇到斷層破碎帶、節(jié)理密集帶,又有地下水的出現(xiàn)時(shí),就會(huì)加劇塌方的程度,有侵蝕性的地下水還會(huì)對(duì)二次襯砌造成破壞。

1.4、撐靴的影響

掘進(jìn)需要的推力由撐靴來(lái)提供,當(dāng)撐靴處巖石破碎,不能滿(mǎn)足撐靴壓力時(shí),即造成局部坍塌,此時(shí)就需要進(jìn)行局部的加固處理。

2、不良地質(zhì)地段TBM施工的支護(hù)方法

為使TB880E敞開(kāi)式硬巖掘進(jìn)機(jī)提高通過(guò)不良地質(zhì)地段的能力,應(yīng)據(jù)機(jī)器的性能及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況制定可行性辦法,使TBM安全、快速的通過(guò)不良地質(zhì)地段。

2.1、通過(guò)斷層破碎帶

在斷層破碎帶,對(duì)于沒(méi)有地下水影響、斷層面與隧道軸向夾角較大、傾角較大地段,采用了一些支護(hù)措施,減少支護(hù)對(duì)掘進(jìn)的影響:

(1)改變I16閉合全圓鋼架設(shè)計(jì)間距,中間輔以槽鋼拱架、格柵拱架加固,減少停機(jī)支護(hù)時(shí)間;

(2)由于噴射混凝土機(jī)械手位置偏后,要求前部人工手持式噴射系統(tǒng)隨時(shí)準(zhǔn)備好,根據(jù)反饋過(guò)來(lái)的量測(cè)數(shù)據(jù)隨時(shí)快速的封閉圍巖;

(3)錨桿按設(shè)計(jì)采用系統(tǒng)錨桿外,還要求每班下班前,再緊固一次所有錨桿螺栓,施加預(yù)應(yīng)力;

(4)除確保噴混凝土厚度8～10cm外,封閉好坍塌面,而且鋼拱架要求噴嚴(yán)密,特別強(qiáng)調(diào)鋼拱架兩側(cè)要噴平順,以利于掛設(shè)防水板,避免防水板的損壞。

采用上述方法通過(guò)斷層破碎帶,可大量減少停機(jī)支護(hù)時(shí)間,充分提高掘進(jìn)速度,發(fā)揮TBM功效,同時(shí)可確保人員和機(jī)器的安全,確保隧道初期支護(hù)質(zhì)量。

2.2、通過(guò)節(jié)理密集帶及軟弱結(jié)構(gòu)面帶

通過(guò)節(jié)理密集帶及軟弱結(jié)構(gòu)面帶,如果僅考慮如何快速掘進(jìn),不重視初期支護(hù)質(zhì)量,那將是隧道施工安全的一大隱患,對(duì)于節(jié)理密集帶及軟弱結(jié)構(gòu)面帶制定了如下措施:

(1)按設(shè)計(jì)采取系統(tǒng)錨桿、掛網(wǎng)、噴混凝土,另外采用槽鋼拱架或格柵架加固;

(2)根據(jù)量測(cè)結(jié)果,對(duì)于變形速度超過(guò)要求的,人工架立I16閉合全圓鋼拱架,加強(qiáng)剛性支護(hù);

泥巖地質(zhì)條件下TBM快速掘進(jìn)技術(shù)研究

3、城市地鐵TBM過(guò)站施工技術(shù)研究

3.1、TBM掘進(jìn)過(guò)站

1)TBM掘進(jìn)過(guò)站即在車(chē)站未施工、不具備步進(jìn)過(guò)站條件的情況下，采取直接掘進(jìn)通過(guò)的過(guò)站方式，工藝與區(qū)間隧道掘進(jìn)一致。其特點(diǎn)在于可節(jié)省工期，不必停機(jī)等待車(chē)站施工，而車(chē)站施工時(shí)又可減少工作量。

2)TBM掘進(jìn)過(guò)站適用于到達(dá)時(shí)車(chē)站結(jié)構(gòu)未施做完畢或未開(kāi)始施做，出于工期等因素考慮，采用直接掘進(jìn)過(guò)站的方式。

3.2、TBM平底步進(jìn)過(guò)站

1)TBM平底步進(jìn)過(guò)站即過(guò)站時(shí)步進(jìn)底板為平面，滿(mǎn)足步進(jìn)小車(chē)、步進(jìn)機(jī)架等平底步進(jìn)，需在步進(jìn)中線(xiàn)位置預(yù)留420mm×250mm的導(dǎo)向槽。通過(guò)安設(shè)步進(jìn)機(jī)架及步進(jìn)小車(chē)依靠步進(jìn)機(jī)架與地面的摩擦力提供反力步進(jìn)通過(guò)，其特點(diǎn)是步進(jìn)速度快，對(duì)車(chē)站結(jié)構(gòu)影響小，適用于一般車(chē)站過(guò)站。

2)平底步進(jìn)過(guò)站適用范圍較廣，當(dāng)普通車(chē)站結(jié)構(gòu)完成或基本完成時(shí)，過(guò)站底板施做完畢后即可采用平底步進(jìn)過(guò)站方式。

四、TBM施工中的通風(fēng)降塵技術(shù)研究

風(fēng)機(jī)安設(shè)在預(yù)備洞洞口20m處，左右線(xiàn)共用一個(gè)風(fēng)機(jī)支架，將風(fēng)機(jī)固定在支架上，確保其固定牢固。風(fēng)機(jī)擺放位置須遵循在不影響掘進(jìn)的前提下盡可能靠近洞口的原則。

除塵器抽取刀盤(pán)前密封腔內(nèi)的帶粉塵的空氣，除去粉塵后將空氣排放于后配套系統(tǒng)的尾部。粉塵則留在除塵器內(nèi)，經(jīng)自身內(nèi)的螺旋輸送機(jī)輸送到皮帶機(jī)上，隨碴土一起輸出洞外。

新鮮空氣從洞口由軟風(fēng)筒送入。然后又進(jìn)入風(fēng)筒倉(cāng)前面的新風(fēng)增壓機(jī)，新風(fēng)增壓機(jī)抽取新鮮空氣，并把它們加壓送入前面的風(fēng)筒，最后在臺(tái)車(chē)前部釋放，取代被污風(fēng)除塵器抽出的那部分空氣。

在若干需要的作業(yè)點(diǎn)，也會(huì)有足夠的新鮮空氣通過(guò)風(fēng)筒排風(fēng)口釋放，然后向后配套的后部流動(dòng)，這些作業(yè)點(diǎn)往往會(huì)有含粉塵的空氣存在。

參考文獻(xiàn)：

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