摘要：在双护盾TBM的施工过程中，容易遇到软弱围岩、断层构造带和裂隙发育带。较小的范围对双护盾TBM掘进影响不大，但遭遇到较大的破碎带时，经常伴随着塌方现象，有时还会压住机头，发生卡机的事故，使得双护盾TBM掘进受阻，另外还会使双护盾TBM掘进方向发生偏移，管片安装接缝超标，出现较大的错台和裂缝。本文介绍了双护盾TBM在软弱地质或破碎围岩段掘进的应对措施，以及机头、刀盘卡机后的处理办法。
关键词：双护盾TBM；软弱地质；破碎围岩；断层；卡机
引言
隧道掘进机（TBM）根据支护形式分为开敞式、双护盾式、单护盾式3种类型。开敞式TBM常用于硬岩施工，单护盾TBM 常用软岩及地下水位较高的不稳定地层施工；双护盾TBM 又称伸缩护盾式TBM，具有两种掘进模式，既可用于硬岩又可用于软岩，常用于混合地层施工，适应性非常广泛，当采取合适措施时，其能安全地穿过软弱地质和断破碎地带。
1遭遇不良地质的表象
不良地质体在被揭露之前，往往表现出一些明显或者不明显前兆标志，预测短距离地质情况可根据掌子面出露的岩石情况、皮带机上渣料的粒径大小、掘进机参数等综合判断。遭遇不良地质时的主要表现方式有以下几个方面：
（1）出渣量增大，岩渣规格明显不均，大小悬殊，而且岩粉含量降低，岩石风化相对强烈，泥质含量增加。
（2）TBM推力降低，掘进速度加快。
（3）前后支撑反作用力降低。
（4）对于较大断层破碎带，TBM在掘进过程中，机械振动加大，在主控室即可听到掌子面发生的巨大声响。严重时，刀盘会被卡住，导致无法旋转。
2不良地质段掘进的应对措施
（1）超前地质探测
临近不良地质地段前，采取HSP法、BEAM法、TRT法、TSP法、地质雷达、ISIS+超前水平钻探等方法，进行超前地质预报，提前了解前方地质状况。
按预报过程的不同超前地质预报可分为间接预报法、直接预报法和综合地质分析法。直接预报法主要包括超前水平钻探法和超前导坑（洞）法两种；间接预报法主要为物探探测，对物探成果分析后做出超前的判断和预报；综合地质分析法是综合各种探测手段的资料，对隧洞前方地质情况做出的判断与预测。
（3）不良地质段超前处理
不良地质段超前处理措施包括超前锚杆支护、超前小钢管支护、超前小导管注浆加固、管棚支护等措施。当遭遇特殊不良地质时，可采取钻爆法绕前处理。
当超前勘探孔判断地质条件较差或存在大量涌水的情况下，需要进行超前灌浆处理，其位置和孔深根据具体的地质条件布设。超前灌浆采用分序加密的原则进行，分序序数和分序方法根据地质情况确定。
（4）掘进措施
如遇围岩抗压强度小于5MPa，撑靴将无法有效支撑，同时地基承载力不足会造成TBM机头下沉，将直接影响掘进方向的准确。另外，掌子面局部软硬不均，也会直接影响掘进方向的准确。因此，在软弱围岩条件下的掘进，特别是围岩抗压强度小于10MPa的洞段，TBM应采用单护盾模式，利用管片提供反力进行掘进，以减少对围岩的扰动，并有利于掘进姿态的控制。
掘进时围岩状况变化大，刀具将承受径向和侧向冲击荷载，降低刀具的寿命。因此，在不良地质段掘进应控制扭矩变化范围小于等于10%，并降低推进速度，控制贯入度指标在6mm以下。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
刀盘转速应选用低速，推进速度开始设置在20%，等围岩变化趋势稳定后，推进速度可上调45%左右。
在软岩地层，撑靴刚撑到洞壁上时，洞壁比较软，极易陷落，观察仪表盘上撑靴压力值下降较快，操作人员应及时给撑靴补压，避免发生撑靴失压引起的撑靴滑动。
3机头、刀盘卡机后的措施
（1）机头卡机后的措施（含前盾、伸缩盾）
如果破碎带塌方量大，将机头压住后，首先采用单护盾模式，同时启动脱困泵，利用增加附推油缸的推力脱困。如果仍然无法推动，可扩挖盾体周边围岩，如果盾体周边围岩完整，可直接扩挖，如果盾体周边围岩极其破碎，则需要对围岩进行灌浆加固。前盾或伸缩盾被困住时，把内伸缩盾推开约500-600mm，人工从空隙位置进行扩挖，以解放前盾或伸缩盾。支撑盾被压及尾盾被压，内伸缩盾又无法推出时，需要在尾盾上部开人孔，从人孔进入扩挖。具体步骤为：
①先把盾体顶部扩挖，扩挖时边扩挖边用型钢支撑，直至顶部扩挖完成。
②如果顶部扩挖完成后，盾体仍然无法推动，这时从上至下扩挖盾体两侧，边扩边支撑型钢，直至盾体两侧挖出。
③盾体两侧及顶部全部扩挖完成后，割除型钢，割型钢时注意，从前往后进行，边割边用方木替换钢支撑，直至型钢全部割除，并全部用方木替换，再对盾尾顶部气割的进人孔进行封堵，然后掘进。
（2）刀盘卡机措施
双护盾TBM穿越洞段围岩节理裂隙发育，掌子面围岩破碎、强度低不能自稳引起坍塌，大量破碎的石块、石渣夹泥水涌入刀盘，皮带机出渣量剧增，刀盘扭矩和电机电流急剧上升，最终导致刀盘转动扭矩过大无法转动，被迫停机。一旦出现这种情况可以按下列步骤处理：
①钻孔
钻孔位置根据刀孔和刮渣板位置在现场予以确定，可以向前偏上的位置施钻。钻孔角度根据刀盘空间情况尽可能以小的外插角施钻。钻孔位置尽可能的布置在刀盘上部180°的范围内。钻孔深度大于2m效果比较好。也可在前盾上部的球阀位置钻孔，同时后部用超前钻钻孔。
②采用化学注浆工艺，特点是可以快速地实现对刀盘四周的松散破碎围岩岩体和较深区域内的破碎围岩加固，可以实现自动封孔，专用的封孔器会自动膨胀密闭注浆孔与注浆孔周围的缝隙，以确保浆料渗透到附近的松散岩体裂隙中并均匀扩散，直到从一定距离区域的表面开始渗料即可停止注浆，或另换孔注浆。
采用的化学灌浆可以为聚氨酯类（PUR）、和硅酸盐改性聚氨酯类灌浆材料，具有粘度低，凝结时间现场可调控（十几秒到30-40分钟）、抗压强度高、压缩变形大（＞50%）粘接力高、反应特性可调、发泡体韧性大、受压下不破坏、环保无害等特点。可灌性和渗透性好，在地下工程应用安全可靠。在刀盘四周的松散岩体及前部破碎岩体经化灌加固具有一定的强度和整体稳定性后再进行掘进。
4结语
双护盾TBM掘进过程中，如果遭遇软弱地质或破碎围岩，常用的应对措施包括超前地质探测、超前处理、合理调整掘进参数、加强双护盾TBM设备配置等，此外。加强施工组织管理、加强围岩监控量测也是保证双护盾TBM顺利掘进的有效手段。
参考文献
[1]孙迪. 探讨TBM通过不良地质洞段的施工方法[J].科技创新导报，2014， NO.27：78-80.
[2]刘大军，张益忠. TBM在不良地质洞条件下的施工技术[J]. 探矿工程(岩土钻掘工程)，2018，35（10）：60-65.
[3]施春生.不良地质段TBM施工方案分析[J].东北水利水电，2014，32（11）：29-31.
[4]韩佳霖.双护盾TBM穿越不良地质洞段的施工方案设计[J].科技创新导报，2016，NO.15：43-44.
[5]王军兴. 双护盾TBM全断面掘进不良地质洞段固结灌浆[J].山西建筑，2009，35（6）：304-305.
论文作者:方明泉1,李季1,王婷2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2018/12/18
标签：围岩论文; 地质论文; 超前论文; 不良论文; 钻孔论文; 机头论文; 软弱论文; 《基层建设》2018年第32期论文;