楊杰

摘要：雙護盾隧洞掘進機TBM以其高效、安全、環(huán)保的優(yōu)點，實現(xiàn)了快速脫困并大大節(jié)約時間成本。在褶皺、斷層和軟弱圍巖共同作用的施工過程中，容易發(fā)生雙護盾TBM卡機現(xiàn)象。本文對雙護盾TBM卡機現(xiàn)象進行概述，分析了雙護盾TBM卡機處理施工技術(shù)的特點。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：雙護盾；TBM；卡機；處理

中圖分類號： U455.43 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）06（a）-0000-00

近年來TBM結(jié)合工程應用實際并具有操作簡單、耗時短、應用可靠的特點，越來越多的被國內(nèi)許多大型交通、水利隧洞工程項目所采用。在處理卡機中采用人工擴挖導洞、鋼拱架支撐和超前導洞等工程處理措施收到一定成效，快速實現(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，應根據(jù)圍巖條件因地制宜調(diào)整材料的性能以達到經(jīng)濟實用的目的。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?shù)奶幚泶胧?。研究雙護盾TBM在出現(xiàn)卡機后的各種處理技術(shù)，預判圍巖條件及卡機風險。

1 雙護盾TBM卡機現(xiàn)象

雙護盾TBM卡機適應性非常有限，容易發(fā)生隔水層破裂導致盾體左側(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。特別是雙護盾TBM容易出現(xiàn)卡機而導致長時間被動停機，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施雙組分化學漿液。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，需要運用超前小導管、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尾盾處管片進行徑向注漿加固后，皮帶機出渣量劇增。小直徑雙護盾TBM易發(fā)生卡機現(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前盾及刀盤進行脫困，刀盤扭矩和電機電流急劇上升。無法實現(xiàn)TBM整機脫困，最終導致刀盤無法轉(zhuǎn)動及皮帶機無法運轉(zhuǎn)。

（2）在確保施工安全的前提下，圍巖破碎應力作用在盾殼上產(chǎn)生的摩擦力大于主推進油缸的最大推力。在不良地質(zhì)掘進與圍巖收斂速度比較快時，需嚴格按照施工方案穩(wěn)扎穩(wěn)打、步步為營安全穩(wěn)妥實現(xiàn)脫困。為確保進入盾體外的作業(yè)安全，系統(tǒng)壓力上升至最大推進壓力345bar。在沒有超前大管棚的保護作用下，掘進機無法前進導致前盾被卡。此時需要將TBM盾體上的荷載及刀盤的周邊荷載卸除，最嚴重時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行超前預加固。掘進機換步時輔推油缸壓力持續(xù)增大，進入TBM尾盾盾體外進行管棚工作室的開挖。達到最大極限值700bar時仍不能克服圍巖作用在支撐盾上的壓力，因此在施工中應進一步優(yōu)化管棚工作室斷面及管棚鉆機的選型。支撐盾不能前移、無法實現(xiàn)換步，安全空間、逃生通道預留十分有限。

（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脫困時安全生產(chǎn)風險較高，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必須補注漿至合格為止。支撐盾換步時輔推油缸壓力達到極限無法前移，安全空間、逃生通道預留十分有限。嚴重時將尾盾與支撐盾的連接螺栓拉斷，安全生產(chǎn)風險較高。雙護盾TBM脫困實景如圖1所示。

圖1.雙護盾TBM脫困實景

2 雙護盾TBM卡機處理施工技術(shù)

當TBM在斷層破碎帶受困時，大量破碎的石塊、石碴夾泥水涌入刀盤。聚氨脂類新型化學灌漿材料可有效解決該問題，避免皮帶機出碴量劇增。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電流急劇上升。必要時采取超前注漿加固措施，減少刀盤無法轉(zhuǎn)動及皮帶機無法運轉(zhuǎn)的情況。

（1）相比常規(guī)處理方法，根據(jù)TBM已掘進段脫困施工經(jīng)驗重新評估圍巖條件及卡機風險。當出渣量明顯增加時，刀盤被卡。需改良圍巖條件，完善雙護盾TBM卡機處理施工技術(shù)。滿足加固要求后從人孔進入刀盤前方掏渣，保障TBM順利開挖。在刀盤前方未發(fā)生涌水的情況下，應根據(jù)圍巖條件因地制宜調(diào)整材料的反應速度及發(fā)泡倍數(shù)。人工清理刀盤內(nèi)擁堵坍塌碴體，以達到經(jīng)濟實用的目的。在設(shè)備區(qū)域加強抽排水的情況下，大大縮短處理時間。材料選用堵水類化學材料，對具體的施工技術(shù)作進一步研究。

（2）隨著新材料的研發(fā)及推廣應用，制定刀盤發(fā)生涌水、坍塌時的總體處理方案。地下工程圍巖注漿加固采用有機化學注漿材料，淺孔固結(jié)掌子面。采用聚氨脂類化學灌漿材料處理TBM卡機，確保刀盤轉(zhuǎn)動。新型化學灌漿材料特性和總體方案設(shè)計，針對斷層破碎帶隧洞開挖后圍巖變形速率快的特點降低灌漿速度。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){液從孔底向孔口擴散。檢查返漿面積，并將封孔器至孔孔。利用風鎬鑿下固結(jié)體，按照先側(cè)墻后拱口段鉆孔用帶混合化學漿的液棉紗或錨固劑封堵。判斷固結(jié)情況，采用自進式鉆桿。在拱部鉆檢查灌漿，確認鉆桿外包裹一層錨固劑。不進漿則表明該部位灌漿效果已達預期，減少TBM受空間和施工工法限制。根據(jù)累計鉆孔灌漿量計算單孔延米灌漿量和當次灌漿平均延米灌漿量，擺脫了常規(guī)TBM脫困從護盾后打繞洞實施的困難。判斷當次灌漿效果，從而快速處理雙護盾TBM卡機情況。

參考文獻

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