城市地鐵雙護(hù)盾TBM穿越不良地質(zhì)技術(shù)

羅長(zhǎng)征

摘要：雙護(hù)盾形式的TBM逐步引入地鐵施工，雙護(hù)盾TBM的適應(yīng)性較強(qiáng)，可適用于硬巖，也可應(yīng)用于軟巖，但其穿越不良地質(zhì)時(shí)需采取一系列措施，如預(yù)加固和控制各項(xiàng)掘進(jìn)參數(shù)等保證安全順利通過(guò)。

Abstract： The TBM in the form of double shields is gradually introduced into subway construction. The double shield TBM has strong adaptability and can be applied to hard rock or soft rock. However， a series of measures should be taken when crossing bad geology to ensure safe and smooth passage， such as to pre-reinforcement and control of various driving parameters.

關(guān)鍵詞：雙護(hù)盾TBM;地表加固;掘進(jìn)參數(shù)

Key words： double shield TBM;ground reinforcement;driving parameters

中圖分類號(hào)：U231.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）11-0209-02

0? 引言

隨著機(jī)械設(shè)備在隧道掘進(jìn)施工中的不斷應(yīng)用，逐步替代人工，城市地鐵中應(yīng)用更為廣泛。原來(lái)在山嶺隧道、引水隧洞廣泛應(yīng)用的TBM，其中雙護(hù)盾形式的TBM逐步應(yīng)用到城市地鐵區(qū)間施工。

雙護(hù)盾TBM可用于軟弱破碎地層段，在護(hù)盾的保護(hù)下拼裝襯砌管片。雙護(hù)盾模式可同時(shí)進(jìn)行TBM掘進(jìn)和襯砌管片安裝。雙護(hù)盾TBM的適應(yīng)性較強(qiáng)，可適用于硬巖，也可應(yīng)用于軟巖，當(dāng)采取一系列措施時(shí)，可以通過(guò)斷層破碎帶、松散巖類孔隙水、基巖裂隙水等不良地質(zhì)。

1? 工程概況

地鐵區(qū)間由大里程向小里程方向掘進(jìn)，線路敷設(shè)于現(xiàn)狀道路下方，起止里程23+158.45～21+439.017。此段不良地質(zhì)段里程為23039～22955共84m，半徑450m左轉(zhuǎn)彎、縱坡5‰的直徑6.3m隧道。根據(jù)地勘揭示情況，自上往下依次為：素填土、粉質(zhì)黏土、角礫、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖下亞帶、中風(fēng)化花崗巖、凝灰?guī)r（塊狀碎裂巖）、微風(fēng)化花崗巖等為V類圍巖。

基巖裂隙水與第四系孔隙水密切相關(guān)，主要賦存于基巖強(qiáng)～中風(fēng)化帶及節(jié)理裂隙密集帶中，地下水徑流深度較大，徑流方向復(fù)雜。該層滲透性較小，局部水流匯集，水量可能較大。（圖1）

2? 施工措施

不良地質(zhì)對(duì)TBM掘進(jìn)施工有較大影響，不但嚴(yán)重降低TBM掘進(jìn)效率，而且可能造成地面空洞、地面坍塌、管線破損等情況。故施工前及施工過(guò)程中必須采取有效措施加以控制，否則可能帶來(lái)嚴(yán)重后果。

雙護(hù)盾TBM通過(guò)不良地質(zhì)時(shí)，一般分為掘進(jìn)前、掘進(jìn)中、掘進(jìn)后三個(gè)階段。掘進(jìn)前進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)（或地表鉆孔勘探），以確定不良地質(zhì)帶范圍、破碎程度以及含水情況等，需要加固的提前進(jìn)行加固。掘進(jìn)時(shí)合理選用TBM掘進(jìn)參數(shù)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整。掘進(jìn)后加強(qiáng)管片襯砌進(jìn)度，并及時(shí)跟進(jìn)管片背后的豆礫石回填及注漿。

2.1 地面預(yù)加固

不良地質(zhì)注漿加固范圍為隧道洞身外3m范圍內(nèi)，注漿材料采用水泥漿+雙漿液。注漿孔呈800mm*800mm梅花形布置，注漿孔直徑？準(zhǔn)50，漿液濃度應(yīng)根據(jù)隧道圍巖條件加以調(diào)整;初擬為C∶S=1∶（0.6～1.0）（體積比），水泥漿水灰比0.8∶1～1∶1，水玻璃模數(shù)2.6～3.0，水玻璃濃度30～400Be。

注漿壓力：采用0.5～2.0MPa，注漿時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整。注漿后土體滲透系數(shù)應(yīng)小于1×10cm/s，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于3.0MPa。

2.2 洞內(nèi)加固

？準(zhǔn)10無(wú)縫鋼管做成花管，前部做成尖狀，采用風(fēng)鎬或電鎬頂進(jìn)掌子面。

采用YT24小型手風(fēng)鉆，帶自進(jìn)式錨桿（前部帶一次性鉆頭）鉆進(jìn)，自進(jìn)式錨桿做成花管。

采用YT28手風(fēng)鉆，帶自進(jìn)式錨桿（前部帶一次性鉆頭）鉆進(jìn)，自進(jìn)式錨桿做成花管。采用化學(xué)灌漿材料進(jìn)行掌子面破碎圍巖加固和空腔填充。

化灌前，先進(jìn)行化學(xué)灌漿的一系列試驗(yàn)，包括配合比試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)化灌試驗(yàn)、化灌材料的物理力學(xué)試驗(yàn)等。

TBM掌子面化灌順序采用先由下向上灌注，逐層封閉，確保超前灌漿或洞外灌漿不損壞TBM。

灌漿壓力根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)選定，做到在較短時(shí)間內(nèi)，將灌漿壓力上升到規(guī)定的最大允許壓力，以保證灌漿的密實(shí)性和增大有效擴(kuò)散范圍。灌漿應(yīng)連續(xù)不宜發(fā)生中斷。管片封閉環(huán)注漿在規(guī)定的壓力下，孔內(nèi)停止吸漿且待閉漿后結(jié)束該孔的灌注。刀盤掌子面灌漿根據(jù)松散區(qū)范圍進(jìn)行計(jì)算，以使松散區(qū)得到充填為準(zhǔn)。刀盤灌漿主要為穩(wěn)定掌子面，同時(shí)對(duì)超前灌漿或洞外灌漿形成封堵;刀盤掌子面實(shí)行短管灌注。

2.3 掘進(jìn)施工

①在掘進(jìn)的情況下，對(duì)設(shè)備液壓系統(tǒng)進(jìn)行再次檢測(cè)，確保在正常掘進(jìn)情況下盾體內(nèi)各液壓油缸能夠按照指令進(jìn)行工作。

②在條件允許情況下重新設(shè)置主推液壓油缸分區(qū)，使其能夠進(jìn)行單缸控制，保證液壓油缸流量處于完全可控狀態(tài)。

如出現(xiàn)TBM機(jī)頭自然下沉問(wèn)題，可采取超前預(yù)加固措施，即在掌子面底部和右側(cè)進(jìn)行注漿加固，增大圍巖穩(wěn)定性，保證TBM在行駛過(guò)程中盡量不發(fā)生下沉及右移等問(wèn)題。

在保證垂直高程在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的條件下，調(diào)整左右偏差，使TBM盡量保持在設(shè)計(jì)路線內(nèi)。采用低轉(zhuǎn)速1.5r/min，扭矩控制1500～2000kN·m適當(dāng)調(diào)整掘進(jìn)速度，初步確定為80～90mm/min內(nèi)，推力5000～7000kN，根據(jù)出渣量進(jìn)一步調(diào)整，防止坍塌。對(duì)每一環(huán)排出的巖渣進(jìn)行留樣處理，比對(duì)分析，實(shí)時(shí)掌握掌子面圍巖狀況，以便及時(shí)提出解決辦法。及時(shí)對(duì)伸縮盾內(nèi)的漏渣進(jìn)行清理，可設(shè)置檔渣板。在非必要情況下盡量減少停機(jī)次數(shù)，要快速、勻速的通過(guò)，防止設(shè)備卡機(jī)。管片拼裝完畢后，后續(xù)工序要及時(shí)跟進(jìn)，如豆礫石回填，注漿加固等。減小封閉環(huán)距離，由原來(lái)每10環(huán)一環(huán)封閉環(huán)改為每5環(huán)一環(huán)封閉環(huán)。

在掘進(jìn)過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)出渣量明顯增多或出現(xiàn)以下情況：

出渣量相對(duì)開挖斷面和進(jìn)尺指標(biāo)超標(biāo)（雙控指標(biāo)大于5%以上）;TBM在不掘進(jìn)的情況下，皮帶機(jī)仍然大量渣料涌入;TBM姿態(tài)偏轉(zhuǎn)或下沉;地面沉降監(jiān)測(cè)報(bào)警。應(yīng)將刀盤頂在掌子面上，立即停機(jī)處理。

在穿越破碎帶掘進(jìn)過(guò)程中，隨刀盤前進(jìn)，在掌子面正上方地面上前鋪設(shè)厚度3cm鋼板，鋼板隨掌子面位置變化，不斷改變，鋼板鋪設(shè)寬度為道路寬度。

2.4 掘進(jìn)后物探孔洞

待TBM試掘進(jìn)一段距離后，及時(shí)對(duì)后方地層進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)，考慮到地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)深度的局限性，探測(cè)分兩次進(jìn)行，首先從地面進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)掃描，確認(rèn)接近地面范圍內(nèi)是夠有空洞存在;然后再在洞內(nèi)相應(yīng)位置，對(duì)管片上方進(jìn)行雷達(dá)掃描，綜合地上和洞內(nèi)掃描結(jié)果進(jìn)行分析，如有空洞存在，采用地面打探孔進(jìn)行灌注細(xì)石混凝土或洞內(nèi)二次灌注水泥水玻璃的方法。

2.5 地表監(jiān)測(cè)

提前對(duì)破碎帶區(qū)段地面進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)加密布設(shè)，穿越過(guò)程中，若出現(xiàn)塌方應(yīng)提高監(jiān)測(cè)頻率，由原來(lái)一天一次改為一天兩次或三次，并及時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，然后及時(shí)進(jìn)行在群里發(fā)布，讓每個(gè)人都了解現(xiàn)場(chǎng)狀況。

3? 應(yīng)急處理措施

TBM在穿越不良地質(zhì)段時(shí)，經(jīng)常伴隨著塌方現(xiàn)象，有時(shí)還會(huì)壓住機(jī)頭，發(fā)生地表坍塌、卡機(jī)的事故，使得TBM掘進(jìn)受阻，另外還會(huì)使TBM掘進(jìn)方向偏移，管片安裝接縫超標(biāo)，出現(xiàn)較大的錯(cuò)臺(tái)和裂縫，設(shè)備配件受損等問(wèn)題出現(xiàn)。一般先期有以下幾種表現(xiàn)：出渣量增大，巖渣規(guī)格明顯不均勻大小懸殊;而且?guī)r粉含量降低，有些巖塊上附著泥沙;前后支撐反作用力降低;如遇到塌方，會(huì)出現(xiàn)出渣量劇增，有時(shí)會(huì)將傳送皮帶壓住。

不良地質(zhì)段，圍巖較破碎、并且穩(wěn)定性差，TBM掘進(jìn)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)塌方，地處城市，社會(huì)影響較大。雙護(hù)盾TBM在掘進(jìn)時(shí)，若發(fā)現(xiàn)掌子面及周邊圍巖破碎、松散，TBM刀盤應(yīng)頂撐在掌子面上，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，不得出渣，否則會(huì)造成刀盤前部更大范圍塌方。應(yīng)停機(jī)，立即對(duì)掌子面進(jìn)行鉆孔，注射化學(xué)漿液穩(wěn)定掌子面，然后再采用水泥漿對(duì)前方進(jìn)行加固。

4? 總結(jié)

通過(guò)提前的地表處理，過(guò)程中的TBM掘進(jìn)參數(shù)控制，以及各項(xiàng)措施的落實(shí)，雙護(hù)盾TBM順利通過(guò)該段不良地質(zhì)段，同時(shí)為雙護(hù)盾TBM穿越不良地質(zhì)積累經(jīng)驗(yàn)，也提高適用性。

參考文獻(xiàn)：

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