雙護盾TBM穿越不良地質洞段的施工方案設計

韓佳霖

摘要：TBM即隧洞掘進機是隧洞施工中主要使用的機械設備，雙護盾掘進機相較于敞開式掘進機優勢更加明顯，其良好的適應性能夠更好的適應良地質洞段的施工。但是在穿越不良地質洞段的施工過程中，即使使用雙護盾TBM，也要注意施工方案設計的科學性和合理性。本文根據施工隧洞地質條件的復雜性和不良性，在施工方案設計中提出空腹管片襯砌技術方案，在提高的灌漿質量的同時，有效的解決了管片施工與止漿環施工之間的矛盾，有一定的推廣價值。

關鍵詞：雙護盾TBM；不良地質；空腹管片

1 雙護盾TBM概述

雙護盾TBM，全稱為雙護盾隧洞掘進機，是各類隧洞施工的主要機械設備，在我國鐵路工程和水利工程以及其它類型的隧洞施工中發揮了重要的作用。相較于敞開式掘進機來說，雙護盾掘進機在適應力方面表現更佳，在不良地質條件洞段的施工中也比敞開式掘進機表現更為穩定，并且安全度更好，環保性能更好。在引大入秦工程中，應用雙護盾TBM進行隧洞的掘進施工，取得了良好的應用效果。即便如此，在應用雙護盾TBM在不良地質洞段進行施工的過程中，也要根據實際的地質條件狀況和施工要求，制定和設計科學合理的施工方案，采取恰當的施工方法，才能使雙護盾TBM的優勢得以充分的發揮，才能在保證施工質量的前提下如期完成施工進度。

應用雙護盾TBM進行隧洞掘進施工的過程中，需要在護盾按進行管片的安裝，開挖掘進的同時在管片與巖壁之間的空間內用豆礫石進行填充，在對豆礫石材料之間的空隙進行灌漿處理，使其形成壓漿混凝土，以保證隧洞結構的穩定性和堅固性。管片是在護盾內側進行安裝的，因此在掘進的過程中，地質人員和施工人員無法直觀的看到管片連續安裝的情況，因此對于隧洞巖層的不良地質構造及時全面的發現，更很難及時采取合理的措施對不良地質進行處理，這就給隧洞灌漿止漿的施工帶來困難。為了保證隧洞施工的質量和施工要求，施工單位在采用雙護盾TBM進行施工過程中如何能夠連續安全管片，又能在必要條件下將巖石界面暴露出來成為難題，也是本文研究的重點問題。

2 雙護盾TBM空腹管片的設計

雙護盾TBM在進行開挖掘進的過程中，安裝管片是利用護盾末尾固定的起重機來操作的，管片安裝循環的周期與TBM掘進的循環周期是一致的；在掘進的過程中，隧洞會對TBM產生反作用力，而這種反作用力會通過TBM傳遞到護盾內的管片上，因此管片的安裝是周期性并且是連續性的。

在實際的施工過程中，隧洞的地質條件不是保持不變的，而是隨著掘進的推進而發生變化。斷層、破碎帶等不良地質構造是隧洞掘進中經常遇到的，嚴重的地質構造，如大型的空穴、破碎帶、溶洞也屢見不鮮。同時施工合同也有具體的要求，比如要求管片與巖壁之間要進行回填并灌漿處理，即使是薄弱的拱頂，其強度也有具體的要求。為了能夠對各種不停的地質結構進行恰當的處理，并且保存止漿環之間有恰當的等間距，就需要將開挖后的巖石能夠暴露出來。那么在復雜的地質構造條件下，TBM掘進與管片周期性連續施工之間就會產生末端，管片施工與止漿環施工之間的矛盾也顯現出來。為了有效的解決矛盾，保證施工質量和施工進度，本文提出針對復雜、不良的地質洞段采用空腹管片襯砌的施工方案。

在部分結構復雜的洞段，使用空腹管片代替原有的混凝土管片，二者在外形和尺寸方面都沒有任何不同，只是空腹管片內部結構設計為空腹，并設計有腹柱兩根，材質為鑄鐵材料或者鋼材料。

空腹管片與原有的混凝土管片相同留有機械插孔，便于空腹管片的安裝。在其內部設置有筋板，以將推力傳遞給管片。在空腹管片上設計有專門的導向槽，結構與混凝土管片的結構是一樣的?；炷镣ㄟ^空腹管片伸入到混凝土管片，這樣可以形成止漿環，從而起到止漿和止水的目的。在安裝管片的過程中，為了保證精度要求，在空腹管片的周圍設置必要的止水條槽，同時配備有止水條。在精度要求上，空腹管片與混凝土管片的要求是一致的。

由于在重量要求上，空腹管片與混凝土管片差不多，因此在安裝方面空腹管片與混凝土管片在工藝上沒有任何差別，按混凝土管片的安裝方面即可，在此不在做詳細的闡述。二者相較而言，其不同點在于護盾向前推進于空腹管片相脫離后，需要在空腹管片與巖壁之間進行必要的局部支護，在此可采用鋼板墊塊來起到穩固支護的作用。特別是對管片底部需要采取輕軌支撐，這樣才能保證管片之間的有序性不至于發生錯臺的現象。

3 空腹管片在不良地質洞段中的應用

3.1 在斷層、裂隙地質條件下的應用

雙護盾TBM在穿越不良地質洞段時是否應用空腹管片，主要還是取決于斷層、裂隙的程度和大小，當斷層或者裂隙所造成的影響超過30cm的范圍時，就可以采用空腹管片，而且管片使用的數量、安裝工藝也要充分的結合斷層、裂隙的實際情況。使用空腹管片的范圍要超出斷層、裂隙影響的范圍，一般以超出50cm為宜，這也是為了保證不良地質條件下施工的質量?？崭构芷诎惭b完成后，要注意設置止漿環，通常止漿環的寬度以40cm為宜，起到不良地質洞段與良好地質洞段分隔的作用。止漿環的設置一般采用噴混凝土的方法來施工，可獨立施工，也可與支護同時施工進行。如果巖石破碎的程度屬于輕微破碎，巖石穩定性并沒有因此受到影響，直接在空腹管片內噴混凝土即可，無需另做噴錨支護。但是如果斷層或者裂隙嚴重，巖石破碎程度較重，可將空腹空間加以利用，對軟弱層進行開挖，然后進行混凝土的澆筑，從而增加巖石的穩定程度。斷層要素示意圖如下圖1所示：

3.2 空腹管片在止漿環設置中的應用

在灌漿的過程中，進行止漿環的設置，是為了進一步提高洞段開挖支護的穩定性，保證工程質量。由于空腹管片的設計和應用，使得止漿環的設置更加便捷。在布置止漿環的過程中，其間距的設置取決于設備所具有的灌漿能力，一般來說，在安裝混凝土管片的過程中，每隔15m安裝一個空腹管片。利用空腹，在相鄰的管片與巖壁之間安裝圓弧薄鋼板，鋼板安裝完成后無需拆模。當管片與護盾相脫離后，在進行混凝土的噴射。在相鄰的管片與巖壁之間噴設止漿環，然后將空腹管片也采用混凝土噴射的方式澆筑到設計內徑。

4 結論

雙護盾TBM穿越不良地質洞段的施工中，設計空腹管片，利用空腹設置止漿環，采取分區灌漿的方式能夠很好的保障灌漿的均勻性，對于保證工程質量十分有利。同時，安裝空腹管片可以通過直噴混凝土的方式對巖壁起到支護的作用，對于節約施工成本，提高施工效率也具有積極的作用。

參考文獻：

[1]宋天田.TBM應用與施工技術研究[D].四川：西南科技大學，2012.

[2]張鏡劍. TBM的應用及有關問題和展望[J].巖石力學與工程學報，2014.

[3]蘇 樞等.隧洞豆礫石灌漿軟膜止漿梗初步設計[J].巖石力學與工程學報，2013.