不良地質(zhì)地段的TBM施工技術(shù)分析

殷川

【摘要】：TBM突破斷層破碎帶的施工預(yù)案包括：輔助設(shè)備配置。針對相應(yīng)的處理原則簡單介紹了TBM施工技術(shù)的優(yōu)點，并對不良地質(zhì)地段施工中的TBM施工技術(shù)進(jìn)行了分析研究和探討。根據(jù)不同的隧道規(guī)模采取不同的處理方法。

【關(guān)鍵詞】：不良地質(zhì)地段；TBM；施工技術(shù)

1 概述

TBM技術(shù)自上世紀(jì)50年代以來就實行工業(yè)化生產(chǎn)，TBM開挖巖體一般具有一般地質(zhì)條件下的隧道施工快、在長隧道施工方面經(jīng)濟效益良好、對周圍巖層影響較小、施工勞動性降低且施工環(huán)境安全提升等多方面的優(yōu)點。在上世紀(jì)的70、80年代，TBM開挖技術(shù)在外國的市場已經(jīng)占有很大的一部分。通過TBM技術(shù)的不斷發(fā)展，TBM的地質(zhì)超前預(yù)測技術(shù)、支撐保護(hù)技術(shù)、巖爆滾刀技術(shù)都得到長足的發(fā)展。TBM的類型經(jīng)過發(fā)展已呈多樣化，針對的不同的工程地質(zhì)條件可以運用不同類型的TBM，也可以進(jìn)行設(shè)計個性化的TBM。

1 TBM 施工技術(shù)在不良地質(zhì)段施工中的優(yōu)點

1.1 TBM 施工技術(shù)快速的優(yōu)點

TBM 施工技術(shù)是集聚多種先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)于一身的隧道施工技術(shù)，因為這些技術(shù)合在一起，這項技術(shù)能夠一起完成破巖、出碴、支護(hù)等施工過程，實現(xiàn)了工廠化的施工，大程度上地提高了TBM 施工技術(shù)在不良地質(zhì)段中施工效率。

1.2 TBM 施工技術(shù)的優(yōu)質(zhì)的優(yōu)點

它采用的是滾刀進(jìn)行破巖合打洞，這種做法不僅遠(yuǎn)離了危險而傳統(tǒng)的爆破作業(yè)，同時也不會造成因為爆破的影響而使洞周圍巖石晃動，而且還會使得整個洞壁光滑完整。

1.3 TBM施工技術(shù)具有高效的優(yōu)點

很大程度上節(jié)約了施工時間，大大提升了工作的效率；TBM施工技術(shù)也節(jié)約了很多爆破的費用，因為其沒有采用比較傳統(tǒng)的爆破方式；TBM施工技術(shù)由于勞動力的投入減少了從而使工作效率也提高了。

1.4 TBM施工技術(shù)具有安全的優(yōu)點

采用TBM 施工技術(shù)的整個施工過程都是安全的，因為采用TBM不僅使工作人員的洞內(nèi)條件改善了，而且還使勞動力的投入減少了。由于沒有采取傳統(tǒng)的爆破方法，很大程度上減少了工作人員的傷亡人數(shù)。

1.5 TBM 施工技術(shù)具有環(huán)保的優(yōu)點

進(jìn)而使爆破過程中產(chǎn)生的污染物減少了，這樣就減少了施工現(xiàn)場的環(huán)境污染指數(shù)，生態(tài)環(huán)境得到了很好的保護(hù)；在施工過程中采用的雙護(hù)盾TBM施工技術(shù)，采取這個技術(shù)就很大程度上使隧道里面的水土流失減少了。TBM技術(shù)的應(yīng)用有利于環(huán)境的保護(hù)。

1.6 TBM施工技術(shù)的自動化和信息化程度高

TBM施工技術(shù)具有施工數(shù)據(jù)管理的功能、采集功能、以及數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳的功能，促進(jìn)了現(xiàn)在信息化施工。

2 TBM施工對環(huán)境的影響研究

總的來說，TBM隧道的施工在變形和受力上都在掌控的范圍之內(nèi)，隧道的圍巖較為穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)也相對安全，施工的沉降上對周圍的環(huán)境影響比較小。

2.1地表的變形

地表的變形主要產(chǎn)生在拱頂?shù)纳戏?，但是最大的沉降和變形不會超過4mm，而且和隧道施工掌子面位置的變化有著相互依存的關(guān)系。

2.2對四周圍巖的擾動

按照單點位移計和錨桿軸力的監(jiān)管和檢測分析可知，在四周圍巖上，TBM掘進(jìn)機對其擾動較小。經(jīng)過錨桿軸力時態(tài)的曲線能看出在開始挖的斷面向圍巖方向0.8米的地方所測到的軸力最大，2.2米處的軸力就開始變小了，并且隨著時間的變化漸漸趨像穩(wěn)定，錨桿軸力在3.5米處從初次測量開始就變得很小，而且依據(jù)其軸力時態(tài)曲線能夠準(zhǔn)確的看到軸力變化較小，變化得很平緩。

3 TBM法在不良地質(zhì)段施工中的技術(shù)分析

在洞涇過長、埋藏較深，長度過長的隧道施工中，TBM施工技術(shù)比鉆爆法有著更大的優(yōu)勢，因為在深埋長大的隧道施工中，使用鉆爆法需要比較長的工期，特別是當(dāng)工期對生態(tài)環(huán)境以及經(jīng)濟效益有很大影響，而且開挖的工作面又受到時間限制的狀況下，在考慮安全、效益、速度、環(huán)保等方面的問題上，采用TBM技術(shù)將是首選的施工方法。在不良地質(zhì)地段的施工一直都是TBM施工技術(shù)研究的一個重要內(nèi)容，整個隧道施工的成功關(guān)鍵性就是TBM機能不能順利通過不良地質(zhì)地段。

4 TBM施工技術(shù)對圍巖坍塌和掉塊等問題的處理

4.1 TBM施工技術(shù)在斷層破碎帶引起的坍塌中的應(yīng)用

在斷層破碎帶導(dǎo)致的坍塌會造成圍巖塌方的這個過程中，因為存在斷層破碎帶，就會使隧道軸線方向與斷層面方向的夾角變得越來越小，一旦小到一定程度的時候就會使斷層帶大范圍的露在外面，如果繼續(xù)挖就會使圍巖的平衡狀態(tài)破壞，這樣就會使圍巖四周產(chǎn)生不同程度的塌方。

4.2 TBM技術(shù)在解決節(jié)理密集帶和擠壓軟弱結(jié)構(gòu)面造成的坍塌中的應(yīng)用

在現(xiàn)代的隧道施工時，由于節(jié)理密集帶和擠壓軟弱結(jié)構(gòu)面會造成的很多坍塌及掉塊，正因這樣給現(xiàn)代的隧道施工增加了較大的困擾和阻礙，對于節(jié)理密集帶和擠壓軟弱結(jié)構(gòu)面在施工上面很難控制得當(dāng)，但是為了更好地處理這個問題，我們一定要更加深入的了解TBM施工技術(shù)來妥善解決這個問題。

4.3 TBM施工技術(shù)在地下水導(dǎo)致的坍塌中的應(yīng)用

在如今的隧道施工中地下水帶來了一系列的工程病害，例如，在斷層帶和各種軟弱結(jié)構(gòu)面上，地下水對其造成了很大的破壞，并且使斷層帶和各種軟弱結(jié)構(gòu)面的強度降低了，由于存在這些原故，塌方的程度就大大的加劇了。

5 不良地質(zhì)地段TBM施工技術(shù)的支護(hù)方法

5.1通過斷層破碎帶

在斷層破碎帶方向，關(guān)于不受地下水影響、隧道軸與斷層面的夾角和傾角較大的地段，采取了一些支護(hù)的措施，使支護(hù)對掘進(jìn)的影響程度減少：

對I16閉合全圓鋼架設(shè)計的間距進(jìn)行改變，使用格柵拱架和槽鋼拱架在這些間距的中間進(jìn)行加固，通過這樣的舉措就能夠使停機支護(hù)的時間縮短，從而讓整個系統(tǒng)都處在一個穩(wěn)定和諧的系統(tǒng)之中。

（2）在隧道施工的過程中，TBM施工技術(shù)通常會將噴射混凝土機械手安設(shè)在較為偏后的地方，這樣就要求前部人工的手持噴射系統(tǒng)及時對噴射混凝土做好充分的準(zhǔn)備，而且要按照具體實際情況進(jìn)行迅速的圍巖封巖，從而使TBM施工技術(shù)克服在不良地質(zhì)地段遇到的各種困難。

（3）在整個的施工過程中，錨桿系統(tǒng)具有非常重要的作用，在施工的過程中，除了要采用錨桿系統(tǒng)以外，還對施工人員進(jìn)行要求，讓他們每天下班前都要對所有的錨桿螺栓進(jìn)行檢測，看是否符合要求，對于不符合要求的都要進(jìn)行改進(jìn)，從而使之達(dá)到施加預(yù)應(yīng)力的效果。

（4） 除了保證噴混凝土的厚度為8～10cm 以外，對坍塌面進(jìn)行封閉，并且對鋼拱架要噴得嚴(yán)密，尤其強調(diào)鋼拱架的兩邊要噴得平順，對掛防水板有利，使防水板避免導(dǎo)致?lián)p壞。使用上述的方法通過斷層破碎帶可以使停機支護(hù)的時間減少，提高掘進(jìn)的速度，充分發(fā)揮TBM的功效，而且可以保證機器和人員的安全，保證隧道初期的支護(hù)質(zhì)量。

5.2通過節(jié)理密集帶及軟弱結(jié)構(gòu)面帶

在通過節(jié)理密集帶和軟弱結(jié)構(gòu)面帶的時候，如果僅僅考慮怎樣快速掘進(jìn)，而對初期支護(hù)的質(zhì)量不重視，這將會是隧道施工的最大安全隱患，對節(jié)理密集帶和軟弱結(jié)構(gòu)面帶采取了以下措施：

根據(jù)設(shè)計采取掛網(wǎng)、系統(tǒng)錨桿和噴混凝土，此外使用格柵架或者槽鋼架進(jìn)行加固；

按測量結(jié)果，對于變形的速度超過實際標(biāo)準(zhǔn)的，人工的架立I16 閉合全圓鋼拱架，對剛性支護(hù)進(jìn)行加強；TBM快速掘進(jìn)在泥巖地址條件下的技術(shù)研究。

6 結(jié)束語

對不良地質(zhì)巖體條件下的TBM隧道施工技術(shù)進(jìn)行探討，并對在不良地質(zhì)條件下主要出現(xiàn)高地應(yīng)力、巖爆等問題進(jìn)行處理分析和技術(shù)探討。在隧道施工中，選用技術(shù)領(lǐng)先的、質(zhì)量具有保障的、并且合適實際情況的TBM設(shè)備施工，進(jìn)行大型工程的施工是具有實際意義的。

【參考文獻(xiàn)】：

[1]丁建敏 TBM施工隧洞的地質(zhì)超前預(yù)報方法的選擇[期刊論文]-水利水電工程設(shè)計2012，22（1）

[2]丁建敏 TBM施工隧洞的地質(zhì)超前預(yù)報方法的選擇[期刊論文]-水利水電工程設(shè)計2010，22（1）