浅谈TBM法在不良地质地段施工技术的研究分析

所属栏目：建筑施工论文
发布时间：2012-08-15 10:39:07  更新时间：2012-08-15 10:47:06

摘要：目前在隧道的施工中,TBM施工技术相对来说是较为先进和安全的一种施工方法,特别是在不良地质地段地采用TBM施工技术，显的更为突出，在通过不良地质地段时,TBM法施工同时也有遇到很多问题。本文就TBM法施工中的优势做了一个简单的介绍，并对TBM法在不良地质地段施工中的技术进行了研究分析和总结。

关键词：不良地质地段;TBM;施工技术

一、TBM法在施工中的优点

(1)快速。TBM是一种集机、电、液压、传感、信息技术于一体的隧道施工成套设备，可以实现连续掘进，能同时完成破岩、出碴、支护等作业，实现了工厂化施工，掘进速度较快，效率较高。

(2)优质。TBM采用滚刀进行破岩，避免了爆破作业，成洞周围岩层不会受爆破震动而破坏，洞壁完整光滑，超挖量少。

(3)高效。TBM施工速度快，缩短了工期，较大地提高了经济效益和社会效益;同时由于超挖量小，节省了大量衬砌费用。TBM施工用人少，降低了劳动强度、降低了材料消耗。

(4)安全。用TBM施工，改善了作业人员的洞内劳动条件，减轻了体力劳动量，避免了爆破施工可能造成的人员伤亡，事故大大减少。

(5)环保。TBM施工不用**爆破，施工现场环境污染小;减少了长大隧道的辅助导坑数量，保护了生态环境;如果使用双护盾TBM还可以减少隧道内水的流失，有利于环境保护和减少水土流失。

(6)自动化、信息化程度高。TBM采用了计算机控制、传感器、激光导向、测量、超前地质探测、通讯技术，是集机、光、电、气、液、传感、信息技术于一体的隧道施工成套设备，具有自动化程度高的优点。TBM具有施工数据采集功能、TBM姿态管理功能、施工数据管理功能以及施工数据实时远传功能，可实现信息化施工。

二、TBM施工对环境的影响研究

总体来看，TBM隧道施工的变形和受力都在控制范围之内，隧道围岩稳定、结构安全，施工沉降对周边环境影响很小。

TBM施工对环境的影响研究

总体来看，TBM隧道施工的变形和受力都在控制范围之内，隧道围岩稳定、结构安全，施工沉降对周边环境影响很小。

1、地表变形

最大沉降变形不超过4mm，主要发生在拱顶上方，且与隧道施工掌子面位置变化存在明显依存关系。

2、对周边围岩的扰动

根据锚杆轴力和单点位移计的监测结果和分析可知，TBM掘进机对周边围岩的扰动较小。通过锚杆轴力时态曲线可以看到在开挖断面往围岩方向0.8米处所测的锚杆轴力最大，2.2米处的轴力就已经较小，而且随着时间的推移逐渐趋于稳定，3.5米处的锚杆轴力从初测开始就非常小，而且根据其锚杆轴力时态曲线可以清楚的看到其轴力变化非常小，变化很平缓。

三、TBM法在施工中的技术分析

TBM法施工在深埋长大隧道施工中较钻爆法有着巨大的优势,因为当隧道埋藏较深、长度过长、洞径较大时,采用钻爆法需要相当长的工期,尤其是当工期对经济效益和生态环境有重大影响而开挖工作面又受到限制的情况下,面对速度、环保、效益、安全等问题,使用TBM将成为首选。不良地质地段TBM施工一直是TBM施工中的一个重要研究内容,TBM机能否顺利的通过不良地质地段也成为了整个隧道施工中成败的关键所在。因此,对不良地质地段TBM施工的问题进行分析和研究就具有重大的现实意义。

1、围岩坍塌、掉块的特点及对TBM施工的影响

1.1、断层破碎带引起的坍塌

断层破碎带引起的坍塌是造成围岩塌方的主要原因,如果断层面方向与隧道轴线方向夹角较小,而且倾角又较小,就会使断层带露出的范围较大,当开挖通过以后,围岩平衡状态被破坏,导致应力重分布,围岩自稳力降低,围岩露出刀盘护盾后,即会产生围岩不同程度的塌方,必要时可利用TBM上的超前钻机进行管棚或预注浆处理。

1.2、节理密集带及挤压软弱结构面产生的坍塌、掉块

节理较密集地带、节理间距较小,岩体的完整性受到影响,隧道开挖后,原始平衡状态被破坏,围岩本身的支承力降低,容易造成坍方,如果节理在2～3组,或3组以上,呈X形或米字形交叉,更容易造成坍塌和掉块。

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,水对断层及各种软弱结构面起破坏作用,降低其强度,使其承载能力显著降低,遇到断层破碎带、节理密集带,又有地下水的出现时,就会加剧塌方的程度,有侵蚀性的地下水还会对二次衬砌造成破坏。

1.4、撑靴的影响

掘进需要的推力由撑靴来提供,当撑靴处岩石破碎,不能满足撑靴压力时,即造成局部坍塌,此时就需要进行局部的加固处理。

2、不良地质地段TBM施工的支护方法

为使TB880E敞开式硬岩掘进机提高通过不良地质地段的能力,应据机器的性能及现场实际情况制定可行性办法,使TBM安全、快速的通过不良地质地段。

2.1、通过断层破碎带

在断层破碎带,对于没有地下水影响、断层面与隧道轴向夹角较大、倾角较大地段,采用了一些支护措施,减少支护对掘进的影响:

(1)改变I16闭合全圆钢架设计间距,中间辅以槽钢拱架、格栅拱架加固,减少停机支护时间;

(2)由于喷射混凝土机械手位置偏后,要求前部人工手持式喷射系统随时准备好,根据反馈过来的量测数据随时快速的封闭围岩;

(3)锚杆按设计采用系统锚杆外,还要求每班下班前,再紧固一次所有锚杆螺栓,施加预应力;

(4)除确保喷混凝土厚度8～10cm外,封闭好坍塌面,而且钢拱架要求喷严密,特别强调钢拱架两侧要喷平顺,以利于挂设防水板,避免防水板的损坏。

采用上述方法通过断层破碎带,可大量减少停机支护时间,充分提高掘进速度,发挥TBM功效,同时可确保人员和机器的安全,确保隧道初期支护质量。

2.2、通过节理密集带及软弱结构面带

通过节理密集带及软弱结构面带,如果仅考虑如何快速掘进,不重视初期支护质量,那将是隧道施工安全的一大隐患,对于节理密集带及软弱结构面带制定了如下措施:

(1)按设计采取系统锚杆、挂网、喷混凝土,另外采用槽钢拱架或格栅架加固;

(2)根据量测结果,对于变形速度超过要求的,人工架立I16闭合全圆钢拱架,加强刚性支护;

泥岩地质条件下TBM快速掘进技术研究

3、城市地铁TBM过站施工技术研究

3.1、TBM掘进过站

1)TBM掘进过站即在车站未施工、不具备步进过站条件的情况下，采取直接掘进通过的过站方式，工艺与区间隧道掘进一致。其特点在于可节省工期，不必停机等待车站施工，而车站施工时又可减少工作量。

2)TBM掘进过站适用于到达时车站结构未施做完毕或未开始施做，出于工期等因素考虑，采用直接掘进过站的方式。

3.2、TBM平底步进过站

1)TBM平底步进过站即过站时步进底板为平面，满足步进小车、步进机架等平底步进，需在步进中线位置预留420mm×250mm的导向槽。通过安设步进机架及步进小车依靠步进机架与地面的摩擦力提供反力步进通过，其特点是步进速度快，对车站结构影响小，适用于一般车站过站。

2)平底步进过站适用范围较广，当普通车站结构完成或基本完成时，过站底板施做完毕后即可采用平底步进过站方式。

四、TBM施工中的通风降尘技术研究

风机安设在预备洞洞口20m处，左右线共用一个风机支架，将风机固定在支架上，确保其固定牢固。风机摆放位置须遵循在不影响掘进的前提下尽可能靠近洞口的原则。

除尘器抽取刀盘前密封腔内的带粉尘的空气，除去粉尘后将空气排放于后配套系统的尾部。粉尘则留在除尘器内，经自身内的螺旋输送机输送到皮带机上，随碴土一起输出洞外。

新鲜空气从洞口由软风筒送入。然后又进入风筒仓前面的新风增压机，新风增压机抽取新鲜空气，并把它们加压送入前面的风筒，最后在台车前部释放，取代被污风除尘器抽出的那部分空气。

在若干需要的作业点，也会有足够的新鲜空气通过风筒排风口释放，然后向后配套的后部流动，这些作业点往往会有含粉尘的空气存在。

参考文献：

1 钱七虎,李朝甫,傅德明;全断面掘进机在中国地下工程中的应用现状及前景展望[J];建筑机械;2002年05期

2 薛继洪;隧洞掘进机在引大入秦工程中的应用[J];四川水力发电;1998年03期

3 张镜剑;傅冰骏;;隧道掘进机在我国应用的进展[J];岩石力学与工程学报;2007年02期