雙護(hù)盾TBM穿越不良地質(zhì)洞段的施工方案設(shè)計(jì)

韓佳霖

摘要：TBM即隧洞掘進(jìn)機(jī)是隧洞施工中主要使用的機(jī)械設(shè)備，雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)相較于敞開式掘進(jìn)機(jī)優(yōu)勢更加明顯，其良好的適應(yīng)性能夠更好的適應(yīng)良地質(zhì)洞段的施工。但是在穿越不良地質(zhì)洞段的施工過程中，即使使用雙護(hù)盾TBM，也要注意施工方案設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。本文根據(jù)施工隧洞地質(zhì)條件的復(fù)雜性和不良性，在施工方案設(shè)計(jì)中提出空腹管片襯砌技術(shù)方案，在提高的灌漿質(zhì)量的同時(shí)，有效的解決了管片施工與止?jié){環(huán)施工之間的矛盾，有一定的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：雙護(hù)盾TBM；不良地質(zhì)；空腹管片

1 雙護(hù)盾TBM概述

雙護(hù)盾TBM，全稱為雙護(hù)盾隧洞掘進(jìn)機(jī)，是各類隧洞施工的主要機(jī)械設(shè)備，在我國鐵路工程和水利工程以及其它類型的隧洞施工中發(fā)揮了重要的作用。相較于敞開式掘進(jìn)機(jī)來說，雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)在適應(yīng)力方面表現(xiàn)更佳，在不良地質(zhì)條件洞段的施工中也比敞開式掘進(jìn)機(jī)表現(xiàn)更為穩(wěn)定，并且安全度更好，環(huán)保性能更好。在引大入秦工程中，應(yīng)用雙護(hù)盾TBM進(jìn)行隧洞的掘進(jìn)施工，取得了良好的應(yīng)用效果。即便如此，在應(yīng)用雙護(hù)盾TBM在不良地質(zhì)洞段進(jìn)行施工的過程中，也要根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)條件狀況和施工要求，制定和設(shè)計(jì)科學(xué)合理的施工方案，采取恰當(dāng)?shù)氖┕し椒ǎ拍苁闺p護(hù)盾TBM的優(yōu)勢得以充分的發(fā)揮，才能在保證施工質(zhì)量的前提下如期完成施工進(jìn)度。

應(yīng)用雙護(hù)盾TBM進(jìn)行隧洞掘進(jìn)施工的過程中，需要在護(hù)盾按進(jìn)行管片的安裝，開挖掘進(jìn)的同時(shí)在管片與巖壁之間的空間內(nèi)用豆礫石進(jìn)行填充，在對(duì)豆礫石材料之間的空隙進(jìn)行灌漿處理，使其形成壓漿混凝土，以保證隧洞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和堅(jiān)固性。管片是在護(hù)盾內(nèi)側(cè)進(jìn)行安裝的，因此在掘進(jìn)的過程中，地質(zhì)人員和施工人員無法直觀的看到管片連續(xù)安裝的情況，因此對(duì)于隧洞巖層的不良地質(zhì)構(gòu)造及時(shí)全面的發(fā)現(xiàn)，更很難及時(shí)采取合理的措施對(duì)不良地質(zhì)進(jìn)行處理，這就給隧洞灌漿止?jié){的施工帶來困難。為了保證隧洞施工的質(zhì)量和施工要求，施工單位在采用雙護(hù)盾TBM進(jìn)行施工過程中如何能夠連續(xù)安全管片，又能在必要條件下將巖石界面暴露出來成為難題，也是本文研究的重點(diǎn)問題。

2 雙護(hù)盾TBM空腹管片的設(shè)計(jì)

雙護(hù)盾TBM在進(jìn)行開挖掘進(jìn)的過程中，安裝管片是利用護(hù)盾末尾固定的起重機(jī)來操作的，管片安裝循環(huán)的周期與TBM掘進(jìn)的循環(huán)周期是一致的；在掘進(jìn)的過程中，隧洞會(huì)對(duì)TBM產(chǎn)生反作用力，而這種反作用力會(huì)通過TBM傳遞到護(hù)盾內(nèi)的管片上，因此管片的安裝是周期性并且是連續(xù)性的。

在實(shí)際的施工過程中，隧洞的地質(zhì)條件不是保持不變的，而是隨著掘進(jìn)的推進(jìn)而發(fā)生變化。斷層、破碎帶等不良地質(zhì)構(gòu)造是隧洞掘進(jìn)中經(jīng)常遇到的，嚴(yán)重的地質(zhì)構(gòu)造，如大型的空穴、破碎帶、溶洞也屢見不鮮。同時(shí)施工合同也有具體的要求，比如要求管片與巖壁之間要進(jìn)行回填并灌漿處理，即使是薄弱的拱頂，其強(qiáng)度也有具體的要求。為了能夠?qū)Ω鞣N不停的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚?，并且保存止?jié){環(huán)之間有恰當(dāng)?shù)牡乳g距，就需要將開挖后的巖石能夠暴露出來。那么在復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造條件下，TBM掘進(jìn)與管片周期性連續(xù)施工之間就會(huì)產(chǎn)生末端，管片施工與止?jié){環(huán)施工之間的矛盾也顯現(xiàn)出來。為了有效的解決矛盾，保證施工質(zhì)量和施工進(jìn)度，本文提出針對(duì)復(fù)雜、不良的地質(zhì)洞段采用空腹管片襯砌的施工方案。

在部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜的洞段，使用空腹管片代替原有的混凝土管片，二者在外形和尺寸方面都沒有任何不同，只是空腹管片內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為空腹，并設(shè)計(jì)有腹柱兩根，材質(zhì)為鑄鐵材料或者鋼材料。

空腹管片與原有的混凝土管片相同留有機(jī)械插孔，便于空腹管片的安裝。在其內(nèi)部設(shè)置有筋板，以將推力傳遞給管片。在空腹管片上設(shè)計(jì)有專門的導(dǎo)向槽，結(jié)構(gòu)與混凝土管片的結(jié)構(gòu)是一樣的?；炷镣ㄟ^空腹管片伸入到混凝土管片，這樣可以形成止?jié){環(huán)，從而起到止?jié){和止水的目的。在安裝管片的過程中，為了保證精度要求，在空腹管片的周圍設(shè)置必要的止水條槽，同時(shí)配備有止水條。在精度要求上，空腹管片與混凝土管片的要求是一致的。

由于在重量要求上，空腹管片與混凝土管片差不多，因此在安裝方面空腹管片與混凝土管片在工藝上沒有任何差別，按混凝土管片的安裝方面即可，在此不在做詳細(xì)的闡述。二者相較而言，其不同點(diǎn)在于護(hù)盾向前推進(jìn)于空腹管片相脫離后，需要在空腹管片與巖壁之間進(jìn)行必要的局部支護(hù)，在此可采用鋼板墊塊來起到穩(wěn)固支護(hù)的作用。特別是對(duì)管片底部需要采取輕軌支撐，這樣才能保證管片之間的有序性不至于發(fā)生錯(cuò)臺(tái)的現(xiàn)象。

3 空腹管片在不良地質(zhì)洞段中的應(yīng)用

3.1 在斷層、裂隙地質(zhì)條件下的應(yīng)用

雙護(hù)盾TBM在穿越不良地質(zhì)洞段時(shí)是否應(yīng)用空腹管片，主要還是取決于斷層、裂隙的程度和大小，當(dāng)斷層或者裂隙所造成的影響超過30cm的范圍時(shí)，就可以采用空腹管片，而且管片使用的數(shù)量、安裝工藝也要充分的結(jié)合斷層、裂隙的實(shí)際情況。使用空腹管片的范圍要超出斷層、裂隙影響的范圍，一般以超出50cm為宜，這也是為了保證不良地質(zhì)條件下施工的質(zhì)量?？崭构芷诎惭b完成后，要注意設(shè)置止?jié){環(huán)，通常止?jié){環(huán)的寬度以40cm為宜，起到不良地質(zhì)洞段與良好地質(zhì)洞段分隔的作用。止?jié){環(huán)的設(shè)置一般采用噴混凝土的方法來施工，可獨(dú)立施工，也可與支護(hù)同時(shí)施工進(jìn)行。如果巖石破碎的程度屬于輕微破碎，巖石穩(wěn)定性并沒有因此受到影響，直接在空腹管片內(nèi)噴混凝土即可，無需另做噴錨支護(hù)。但是如果斷層或者裂隙嚴(yán)重，巖石破碎程度較重，可將空腹空間加以利用，對(duì)軟弱層進(jìn)行開挖，然后進(jìn)行混凝土的澆筑，從而增加巖石的穩(wěn)定程度。斷層要素示意圖如下圖1所示：

3.2 空腹管片在止?jié){環(huán)設(shè)置中的應(yīng)用

在灌漿的過程中，進(jìn)行止?jié){環(huán)的設(shè)置，是為了進(jìn)一步提高洞段開挖支護(hù)的穩(wěn)定性，保證工程質(zhì)量。由于空腹管片的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，使得止?jié){環(huán)的設(shè)置更加便捷。在布置止?jié){環(huán)的過程中，其間距的設(shè)置取決于設(shè)備所具有的灌漿能力，一般來說，在安裝混凝土管片的過程中，每隔15m安裝一個(gè)空腹管片。利用空腹，在相鄰的管片與巖壁之間安裝圓弧薄鋼板，鋼板安裝完成后無需拆模。當(dāng)管片與護(hù)盾相脫離后，在進(jìn)行混凝土的噴射。在相鄰的管片與巖壁之間噴設(shè)止?jié){環(huán)，然后將空腹管片也采用混凝土噴射的方式澆筑到設(shè)計(jì)內(nèi)徑。

4 結(jié)論

雙護(hù)盾TBM穿越不良地質(zhì)洞段的施工中，設(shè)計(jì)空腹管片，利用空腹設(shè)置止?jié){環(huán)，采取分區(qū)灌漿的方式能夠很好的保障灌漿的均勻性，對(duì)于保證工程質(zhì)量十分有利。同時(shí)，安裝空腹管片可以通過直噴混凝土的方式對(duì)巖壁起到支護(hù)的作用，對(duì)于節(jié)約施工成本，提高施工效率也具有積極的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋天田.TBM應(yīng)用與施工技術(shù)研究[D].四川：西南科技大學(xué)，2012.

[2]張鏡劍. TBM的應(yīng)用及有關(guān)問題和展望[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2014.

[3]蘇 樞等.隧洞豆礫石灌漿軟膜止?jié){梗初步設(shè)計(jì)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2013.