[发明专利]敞开式TBM通过断层破碎带的方法

说明书

本发明公开了一种敞开式TBM过断层破碎带的施工方法，其充分利用TBM自身特点，一方面通过盾尾、刀盘注浆加固改善不良地质，另一方面通过盾尾泄水避免地下水造成不良地质进一步恶化，同时兼顾超前地质探测判明前方地质情况，指导现场施工及方案确定。该方法不仅适用于TBM过小断层施工，亦使用于过大断层施工，充分发挥了TBM自身的优越性，降低了卡机风险，较采用传统的绕洞法进行TBM过断层施工，工期、成本、安全及质量均实现可控。

技术领域

本发明新型涉及TBM施工技术领域，具体涉及一种敞开式TBM通过断层破碎带的方法。

背景技术

隧道掘进机（Tunnel Boring Machine，TBM）是一种用机械破碎岩石、出渣与支护实行连续作业的综合设备。TBM施工具有以下优点：

1.掘进效率高：连续作业，能保证破岩、出渣、支护一条龙作业；特别在稳定的围岩中长距离施工时，优势更为明显；2.开挖少施工质量好：超挖量少，内壁光滑，不存在凹凸现象，支护工程量，工程费用降低；3.对岩石的扰动小：能够改善开挖面的施工条件；周围岩层稳定性好，施工安全性好。

当前，在长大隧道施工过程中，广泛的采用TBM挖掘；但是由于地质影响，掘进施工通过不良地质区段时，经常遭遇断层破碎带后所面临的各类难题，如发育地下水造成细小颗粒流失、掌子面及盾尾破碎不能自稳、盾体及掌子面围岩溜坍造成TBM卡机（护盾抱死或刀盘被卡）等。由于盾体及刀盘设备影响，无法有效进行刀盘周边积渣清理及超前预加固。遭遇卡机后，采用绕洞钻爆法脱困处理施工工程量大、安全风险性较高、施工组织难度大、工期不可控。不良地质段TBM卡机对工期及成本影响极大。

针对这一类情况，为了隧道掘进工程的顺利进行，需要开发一种不良地质段对前方不良地质加固、改良的处理施工方法，以实现TBM不良地质段超前预加固及防止TBM卡机。

发明内容

本发明旨在提供一种敞开式TBM通过断层破碎带的方法，解决现有技术中敞开式TBM难以通过岩石断层破碎带或在断层破碎带极易卡机的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明主要采用以下技术路线：

主要是从改善围岩角度着手，采用掌子面循环化灌+盾尾循环管棚+超前泄水洞的措施联合进行超前预加固处理，以达到适合TBM掘进的地层：①通过盾尾设置超前泄水孔（或泄水洞）兼地质探孔，为掌子面化灌及盾尾管棚施作创造便利条件；②通过刀孔打设玻璃纤维管进行聚氨酯类化学浆加固以防掌子面溜坍造成卡机；③通过主梁作业平台进行管棚施工以达到对掘进范围上方围岩的棚护，同时为保证加固范围可通过盾尾管棚进行超前注浆（单液浆/双液浆）加固；由于TBM特殊性，作业空间无法实现超长距离加固，如断层破碎带范围较长，则采用分段循环加固的方式以保证TBM高效通过。具体技术方案如下：

设计一种敞开式TBM通过断层破碎带的方法，包括如下步骤：

（1）施作超前泄水孔/洞兼地质探孔：于护盾后方拱腰两侧打设泄水孔兼地质探孔，或在TBM撑靴后方左、右侧各开设一个泄水洞，泄水洞施工完成后必要时可继续在泄水洞掌子面向前打设泄水孔进行超前泄水；

（2）超前地质加固：在掌子面使用循环化学灌浆加固软弱破碎围岩；盾体区域注浆加固后施作盾尾管棚；通过盾尾管棚进行超前注浆加固；

（3）掘进及支护：在盾体区域、掌子面前方破碎体加固完成后，慢速且连续不停的掘进；

TBM掘进揭露破碎围岩后满铺钢筋排、拱架采用纵向型钢连接；撑靴处破碎围岩模筑混凝土或采用混凝土换填，其余部位应急喷浆封闭；揭露围岩塌腔灌喷回填并预留注浆管注浆回填密实；破碎围岩喷浆封闭后径向钻孔注浆加固；

（4）后续处置措施：TBM通过断层破碎带后，进行初支背后围岩注浆加固，并监测支护结构稳定性及地下水情况，保证隧道结构稳定安全；