關(guān)于雙護(hù)盾TBM卡機(jī)處理施工技術(shù)研究

楊杰

摘要：雙護(hù)盾隧洞掘進(jìn)機(jī)TBM以其高效、安全、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了快速脫困并大大節(jié)約時(shí)間成本。在褶皺、斷層和軟弱圍巖共同作用的施工過程中，容易發(fā)生雙護(hù)盾TBM卡機(jī)現(xiàn)象。本文對雙護(hù)盾TBM卡機(jī)現(xiàn)象進(jìn)行概述，分析了雙護(hù)盾TBM卡機(jī)處理施工技術(shù)的特點(diǎn)。終使TBM脫困并通過斷層破碎帶，使工程處理措施收到一定成效。

關(guān)鍵詞：雙護(hù)盾；TBM；卡機(jī)；處理

中圖分類號(hào)： U455.43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）06（a）-0000-00

近年來TBM結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)際并具有操作簡單、耗時(shí)短、應(yīng)用可靠的特點(diǎn)，越來越多的被國內(nèi)許多大型交通、水利隧洞工程項(xiàng)目所采用。在處理卡機(jī)中采用人工擴(kuò)挖導(dǎo)洞、鋼拱架支撐和超前導(dǎo)洞等工程處理措施收到一定成效，快速實(shí)現(xiàn)了加固坍塌體、軟弱破碎巖層及有效脫困。但由于TBM對地質(zhì)十分敏感，應(yīng)根據(jù)圍巖條件因地制宜調(diào)整材料的性能以達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。針對TBM在不良地質(zhì)段施工中出現(xiàn)被卡的情況，必須分析事故原因并采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?。研究雙護(hù)盾TBM在出現(xiàn)卡機(jī)后的各種處理技術(shù)，預(yù)判圍巖條件及卡機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。

1 雙護(hù)盾TBM卡機(jī)現(xiàn)象

雙護(hù)盾TBM卡機(jī)適應(yīng)性非常有限，容易發(fā)生隔水層破裂導(dǎo)致盾體左側(cè)突發(fā)塌方和涌水現(xiàn)象。在不良地質(zhì)施工中，需要采取加大推力、灌注膨潤土等措施。特別是雙護(hù)盾TBM容易出現(xiàn)卡機(jī)而導(dǎo)致長時(shí)間被動(dòng)停機(jī)，需要采用通過在刀盤內(nèi)超前鉆孔、在孔口混合和高壓力灌漿實(shí)施雙組分化學(xué)漿液。目前在國內(nèi)TBM施工領(lǐng)域內(nèi)，提出了合理選擇超前加固方法。但對于長時(shí)間停滯后脫困施工技術(shù)還沒有形成系統(tǒng)的技術(shù)方法，需要運(yùn)用超前小導(dǎo)管、掛鋼筋網(wǎng)、噴混凝土、支銅拱架等方法使圍巖保持穩(wěn)定。發(fā)生的卡機(jī)現(xiàn)象主要有以下幾種情況：

（1）鋼支撐上部出現(xiàn)空腔，掌子面圍巖破碎不能自穩(wěn)引起坍塌。木材或者輪胎比重小，大量破碎的石塊、石渣夾泥水涌入刀盤。在對TBM尾盾處管片進(jìn)行徑向注漿加固后，皮帶機(jī)出渣量劇增。小直徑雙護(hù)盾TBM易發(fā)生卡機(jī)現(xiàn)象，甚至管片楔形塊都不能安裝到位。采用半斷面開挖方式將TBM前盾及刀盤進(jìn)行脫困，刀盤扭矩和電機(jī)電流急劇上升。無法實(shí)現(xiàn)TBM整機(jī)脫困，最終導(dǎo)致刀盤無法轉(zhuǎn)動(dòng)及皮帶機(jī)無法運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）在確保施工安全的前提下，圍巖破碎應(yīng)力作用在盾殼上產(chǎn)生的摩擦力大于主推進(jìn)油缸的最大推力。在不良地質(zhì)掘進(jìn)與圍巖收斂速度比較快時(shí)，需嚴(yán)格按照施工方案穩(wěn)扎穩(wěn)打、步步為營安全穩(wěn)妥實(shí)現(xiàn)脫困。為確保進(jìn)入盾體外的作業(yè)安全，系統(tǒng)壓力上升至最大推進(jìn)壓力345bar。在沒有超前大管棚的保護(hù)作用下，掘進(jìn)機(jī)無法前進(jìn)導(dǎo)致前盾被卡。此時(shí)需要將TBM盾體上的荷載及刀盤的周邊荷載卸除，最嚴(yán)重時(shí)需要將前盾與外伸縮盾的連接螺栓拉斷。

（3）由于圍巖大變形，TBM脫困施工方案需要遵循“步步為營、穩(wěn)扎穩(wěn)打”的原則。但圍巖變形量大擠壓支撐盾，完成后需要利用管棚工作室對前方圍巖進(jìn)行超前預(yù)加固。掘進(jìn)機(jī)換步時(shí)輔推油缸壓力持續(xù)增大，進(jìn)入TBM尾盾盾體外進(jìn)行管棚工作室的開挖。達(dá)到最大極限值700bar時(shí)仍不能克服圍巖作用在支撐盾上的壓力，因此在施工中應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化管棚工作室斷面及管棚鉆機(jī)的選型。支撐盾不能前移、無法實(shí)現(xiàn)換步，安全空間、逃生通道預(yù)留十分有限。

（4）尾盾與支撐盾脫開這種現(xiàn)象在施工過程中發(fā)生最多，由于TBM尾盾空間狹小，圍巖在地應(yīng)力作用下持續(xù)收斂變形。提高管棚施工作業(yè)效率及質(zhì)量，避免擠壓尾盾向內(nèi)收縮。在處理TBM脫困時(shí)安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)較高，尾盾與管片之間沒有間隙。圍巖和管片的共同擠壓作用將尾盾死死地夾住，因此在處理TBM必須補(bǔ)注漿至合格為止。支撐盾換步時(shí)輔推油缸壓力達(dá)到極限無法前移，安全空間、逃生通道預(yù)留十分有限。嚴(yán)重時(shí)將尾盾與支撐盾的連接螺栓拉斷，安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)較高。雙護(hù)盾TBM脫困實(shí)景如圖1所示。

圖1.雙護(hù)盾TBM脫困實(shí)景

2 雙護(hù)盾TBM卡機(jī)處理施工技術(shù)

當(dāng)TBM在斷層破碎帶受困時(shí)，大量破碎的石塊、石碴夾泥水涌入刀盤。聚氨脂類新型化學(xué)灌漿材料可有效解決該問題，避免皮帶機(jī)出碴量劇增。注漿材料對孔深2 m以上的鉆孔均有較好的灌注效果，也可避免刀盤扭矩和電機(jī)電流急劇上升。必要時(shí)采取超前注漿加固措施，減少刀盤無法轉(zhuǎn)動(dòng)及皮帶機(jī)無法運(yùn)轉(zhuǎn)的情況。

（1）相比常規(guī)處理方法，根據(jù)TBM已掘進(jìn)段脫困施工經(jīng)驗(yàn)重新評(píng)估圍巖條件及卡機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)出渣量明顯增加時(shí)，刀盤被卡。需改良圍巖條件，完善雙護(hù)盾TBM卡機(jī)處理施工技術(shù)。滿足加固要求后從人孔進(jìn)入刀盤前方掏渣，保障TBM順利開挖。在刀盤前方未發(fā)生涌水的情況下，應(yīng)根據(jù)圍巖條件因地制宜調(diào)整材料的反應(yīng)速度及發(fā)泡倍數(shù)。人工清理刀盤內(nèi)擁堵坍塌碴體，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。在設(shè)備區(qū)域加強(qiáng)抽排水的情況下，大大縮短處理時(shí)間。材料選用堵水類化學(xué)材料，對具體的施工技術(shù)作進(jìn)一步研究。

（2）隨著新材料的研發(fā)及推廣應(yīng)用，制定刀盤發(fā)生涌水、坍塌時(shí)的總體處理方案。地下工程圍巖注漿加固采用有機(jī)化學(xué)注漿材料，淺孔固結(jié)掌子面。采用聚氨脂類化學(xué)灌漿材料處理TBM卡機(jī)，確保刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)。新型化學(xué)灌漿材料特性和總體方案設(shè)計(jì)，針對斷層破碎帶隧洞開挖后圍巖變形速率快的特點(diǎn)降低灌漿速度。使用無周邊開孔的鉆桿，在TBM前盾、外伸縮盾或支撐盾、尾盾被卡后漿液通過周邊開孔迅速填滿。由內(nèi)及外、由低到高，采用人工擴(kuò)挖增大隧洞直徑的方案脫困。

（3）清理刀盤內(nèi)和掌子面返漿的發(fā)泡漿液，使?jié){液從孔底向孔口擴(kuò)散。檢查返漿面積，并將封孔器至孔孔。利用風(fēng)鎬鑿下固結(jié)體，按照先側(cè)墻后拱口段鉆孔用帶混合化學(xué)漿的液棉紗或錨固劑封堵。判斷固結(jié)情況，采用自進(jìn)式鉆桿。在拱部鉆檢查灌漿，確認(rèn)鉆桿外包裹一層錨固劑。不進(jìn)漿則表明該部位灌漿效果已達(dá)預(yù)期，減少TBM受空間和施工工法限制。根據(jù)累計(jì)鉆孔灌漿量計(jì)算單孔延米灌漿量和當(dāng)次灌漿平均延米灌漿量，擺脫了常規(guī)TBM脫困從護(hù)盾后打繞洞實(shí)施的困難。判斷當(dāng)次灌漿效果，從而快速處理雙護(hù)盾TBM卡機(jī)情況。

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