不良地質地段的TBM施工技術分析

殷川

【摘要】：TBM突破斷層破碎帶的施工預案包括：輔助設備配置。針對相應的處理原則簡單介紹了TBM施工技術的優點，并對不良地質地段施工中的TBM施工技術進行了分析研究和探討。根據不同的隧道規模采取不同的處理方法。

【關鍵詞】：不良地質地段；TBM；施工技術

1 概述

TBM技術自上世紀50年代以來就實行工業化生產，TBM開挖巖體一般具有一般地質條件下的隧道施工快、在長隧道施工方面經濟效益良好、對周圍巖層影響較小、施工勞動性降低且施工環境安全提升等多方面的優點。在上世紀的70、80年代，TBM開挖技術在外國的市場已經占有很大的一部分。通過TBM技術的不斷發展，TBM的地質超前預測技術、支撐保護技術、巖爆滾刀技術都得到長足的發展。TBM的類型經過發展已呈多樣化，針對的不同的工程地質條件可以運用不同類型的TBM，也可以進行設計個性化的TBM。

1 TBM 施工技術在不良地質段施工中的優點

1.1 TBM 施工技術快速的優點

TBM 施工技術是集聚多種先進設備和技術于一身的隧道施工技術，因為這些技術合在一起，這項技術能夠一起完成破巖、出碴、支護等施工過程，實現了工廠化的施工，大程度上地提高了TBM 施工技術在不良地質段中施工效率。

1.2 TBM 施工技術的優質的優點

它采用的是滾刀進行破巖合打洞，這種做法不僅遠離了危險而傳統的爆破作業，同時也不會造成因為爆破的影響而使洞周圍巖石晃動，而且還會使得整個洞壁光滑完整。

1.3 TBM施工技術具有高效的優點

很大程度上節約了施工時間，大大提升了工作的效率；TBM施工技術也節約了很多爆破的費用，因為其沒有采用比較傳統的爆破方式；TBM施工技術由于勞動力的投入減少了從而使工作效率也提高了。

1.4 TBM施工技術具有安全的優點

采用TBM 施工技術的整個施工過程都是安全的，因為采用TBM不僅使工作人員的洞內條件改善了，而且還使勞動力的投入減少了。由于沒有采取傳統的爆破方法，很大程度上減少了工作人員的傷亡人數。

1.5 TBM 施工技術具有環保的優點

進而使爆破過程中產生的污染物減少了，這樣就減少了施工現場的環境污染指數，生態環境得到了很好的保護；在施工過程中采用的雙護盾TBM施工技術，采取這個技術就很大程度上使隧道里面的水土流失減少了。TBM技術的應用有利于環境的保護。

1.6 TBM施工技術的自動化和信息化程度高

TBM施工技術具有施工數據管理的功能、采集功能、以及數據遠傳的功能，促進了現在信息化施工。

2 TBM施工對環境的影響研究

總的來說，TBM隧道的施工在變形和受力上都在掌控的范圍之內，隧道的圍巖較為穩定、結構也相對安全，施工的沉降上對周圍的環境影響比較小。

2.1地表的變形

地表的變形主要產生在拱頂的上方，但是最大的沉降和變形不會超過4mm，而且和隧道施工掌子面位置的變化有著相互依存的關系。

2.2對四周圍巖的擾動

按照單點位移計和錨桿軸力的監管和檢測分析可知，在四周圍巖上，TBM掘進機對其擾動較小。經過錨桿軸力時態的曲線能看出在開始挖的斷面向圍巖方向0.8米的地方所測到的軸力最大，2.2米處的軸力就開始變小了，并且隨著時間的變化漸漸趨像穩定，錨桿軸力在3.5米處從初次測量開始就變得很小，而且依據其軸力時態曲線能夠準確的看到軸力變化較小，變化得很平緩。

3 TBM法在不良地質段施工中的技術分析

在洞涇過長、埋藏較深，長度過長的隧道施工中，TBM施工技術比鉆爆法有著更大的優勢，因為在深埋長大的隧道施工中，使用鉆爆法需要比較長的工期，特別是當工期對生態環境以及經濟效益有很大影響，而且開挖的工作面又受到時間限制的狀況下，在考慮安全、效益、速度、環保等方面的問題上，采用TBM技術將是首選的施工方法。在不良地質地段的施工一直都是TBM施工技術研究的一個重要內容，整個隧道施工的成功關鍵性就是TBM機能不能順利通過不良地質地段。

4 TBM施工技術對圍巖坍塌和掉塊等問題的處理

4.1 TBM施工技術在斷層破碎帶引起的坍塌中的應用

在斷層破碎帶導致的坍塌會造成圍巖塌方的這個過程中，因為存在斷層破碎帶，就會使隧道軸線方向與斷層面方向的夾角變得越來越小，一旦小到一定程度的時候就會使斷層帶大范圍的露在外面，如果繼續挖就會使圍巖的平衡狀態破壞，這樣就會使圍巖四周產生不同程度的塌方。

4.2 TBM技術在解決節理密集帶和擠壓軟弱結構面造成的坍塌中的應用

在現代的隧道施工時，由于節理密集帶和擠壓軟弱結構面會造成的很多坍塌及掉塊，正因這樣給現代的隧道施工增加了較大的困擾和阻礙，對于節理密集帶和擠壓軟弱結構面在施工上面很難控制得當，但是為了更好地處理這個問題，我們一定要更加深入的了解TBM施工技術來妥善解決這個問題。

4.3 TBM施工技術在地下水導致的坍塌中的應用

在如今的隧道施工中地下水帶來了一系列的工程病害，例如，在斷層帶和各種軟弱結構面上，地下水對其造成了很大的破壞，并且使斷層帶和各種軟弱結構面的強度降低了，由于存在這些原故，塌方的程度就大大的加劇了。

5 不良地質地段TBM施工技術的支護方法

5.1通過斷層破碎帶

在斷層破碎帶方向，關于不受地下水影響、隧道軸與斷層面的夾角和傾角較大的地段，采取了一些支護的措施，使支護對掘進的影響程度減少：

對I16閉合全圓鋼架設計的間距進行改變，使用格柵拱架和槽鋼拱架在這些間距的中間進行加固，通過這樣的舉措就能夠使停機支護的時間縮短，從而讓整個系統都處在一個穩定和諧的系統之中。

（2）在隧道施工的過程中，TBM施工技術通常會將噴射混凝土機械手安設在較為偏后的地方，這樣就要求前部人工的手持噴射系統及時對噴射混凝土做好充分的準備，而且要按照具體實際情況進行迅速的圍巖封巖，從而使TBM施工技術克服在不良地質地段遇到的各種困難。

（3）在整個的施工過程中，錨桿系統具有非常重要的作用，在施工的過程中，除了要采用錨桿系統以外，還對施工人員進行要求，讓他們每天下班前都要對所有的錨桿螺栓進行檢測，看是否符合要求，對于不符合要求的都要進行改進，從而使之達到施加預應力的效果。

（4） 除了保證噴混凝土的厚度為8～10cm 以外，對坍塌面進行封閉，并且對鋼拱架要噴得嚴密，尤其強調鋼拱架的兩邊要噴得平順，對掛防水板有利，使防水板避免導致損壞。使用上述的方法通過斷層破碎帶可以使停機支護的時間減少，提高掘進的速度，充分發揮TBM的功效，而且可以保證機器和人員的安全，保證隧道初期的支護質量。

5.2通過節理密集帶及軟弱結構面帶

在通過節理密集帶和軟弱結構面帶的時候，如果僅僅考慮怎樣快速掘進，而對初期支護的質量不重視，這將會是隧道施工的最大安全隱患，對節理密集帶和軟弱結構面帶采取了以下措施：

根據設計采取掛網、系統錨桿和噴混凝土，此外使用格柵架或者槽鋼架進行加固；

按測量結果，對于變形的速度超過實際標準的，人工的架立I16 閉合全圓鋼拱架，對剛性支護進行加強；TBM快速掘進在泥巖地址條件下的技術研究。

6 結束語

對不良地質巖體條件下的TBM隧道施工技術進行探討，并對在不良地質條件下主要出現高地應力、巖爆等問題進行處理分析和技術探討。在隧道施工中，選用技術領先的、質量具有保障的、并且合適實際情況的TBM設備施工，進行大型工程的施工是具有實際意義的。

【參考文獻】：

[1]丁建敏 TBM施工隧洞的地質超前預報方法的選擇[期刊論文]-水利水電工程設計2012，22（1）

[2]丁建敏 TBM施工隧洞的地質超前預報方法的選擇[期刊論文]-水利水電工程設計2010，22（1）