關于雙護盾TBM卡機處理施工技術研究

楊杰

摘要：雙護盾隧洞掘進機TBM以其高效、安全、環保的優點，實現了快速脫困并大大節約時間成本。在褶皺、斷層和軟弱圍巖共同作用的施工過程中，容易發生雙護盾TBM卡機現象。本文對雙護盾TBM卡機現象進行概述，分析了雙護盾TBM卡機處理施工技術的特點。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，快速實現了加固坍塌體、軟弱破碎巖層及有效脫困。但由于TBM對地質十分敏感，應根據圍巖條件因地制宜調整材料的性能以達到經濟實用的目的。針對TBM在不良地質段施工中出現被卡的情況，必須分析事故原因并采取適當的處理措施。研究雙護盾TBM在出現卡機后的各種處理技術，預判圍巖條件及卡機風險。

1 雙護盾TBM卡機現象

雙護盾TBM卡機適應性非常有限，容易發生隔水層破裂導致盾體左側突發塌方和涌水現象。在不良地質施工中，需要采取加大推力、灌注膨潤土等措施。特別是雙護盾TBM容易出現卡機而導致長時間被動停機，需要采用通過在刀盤內超前鉆孔、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TBM施工領域內，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還沒有形成系統的技術方法，需要運用超前小導管、掛鋼筋網、噴混凝土、支銅拱架等方法使圍巖保持穩定。發生的卡機現象主要有以下幾種情況：

（1）鋼支撐上部出現空腔，掌子面圍巖破碎不能自穩引起坍塌。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易發生卡機現象，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TBM整機脫困，最終導致刀盤無法轉動及皮帶機無法運轉。

（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生的摩擦力大于主推進油缸的最大推力。在不良地質掘進與圍巖收斂速度比較快時，需嚴格按照施工方案穩扎穩打、步步為營安全穩妥實現脫困。為確保進入盾體外的作業安全，系統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、穩扎穩打”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象在施工過程中發生最多，由于TBM尾盾空間狹小，圍巖在地應力作用下持續收斂變形。提高管棚施工作業效率及質量，避免擠壓尾盾向內收縮。在處理TBM脫困時安全生產風險較高，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

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，減少刀盤無法轉動及皮帶機無法運轉的情況。

（1）相比常規處理方法，根據TBM已掘進段脫困施工經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。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。在刀盤前方未發生涌水的情況下，應根據圍巖條件因地制宜調整材料的反應速度及發泡倍數。人工清理刀盤內擁堵坍塌碴體，以達到經濟實用的目的。在設備區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，對具體的施工技術作進一步研究。

（2）隨著新材料的研發及推廣應用，制定刀盤發生涌水、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，確保刀盤轉動。新型化學灌漿材料特性和總體方案設計，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）清理刀盤內和掌子面返漿的發泡漿液，使漿液從孔底向孔口擴散。檢查返漿面積，并將封孔器至孔孔。利用風鎬鑿下固結體，按照先側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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