一种双护盾TBM卡机处理方法与流程

本发明属于花岗岩掘进处理技术领域.，尤其涉及一种双护盾tbm卡机处理方法。

背景技术：

目前，业内常用的现有技术是这样的：

兰州水源地tbm1自3月9日(桩号t8+836.2)掘进由前震旦系马衔山群石英片岩进入加里东期花岗岩段，至今，已在花岗岩段平稳掘进363.2m，期间经历了岩石完整节理不发育的ⅱ类围岩(硬岩段)，围岩局部稳定性差的ⅲ类围岩和节理密集发育的ⅳ类围岩(软岩段)。

在3月23日凌晨5时57分掘进至4220环1.2m处，即：桩号t9+199.5m处时，tbm掘进出现异常：刀盘转动正常，但是推力达到8000kn～10000kn，贯入度却急速降低至0mm/r，掘进速度降为0m/min。

内伸缩盾拉开20cm后，在23点～2点钟范围，花岗岩岩体塌落压住前盾和伸缩盾，伸缩盾顶部有大量渣石堆积，判定tbm前盾、伸缩盾被顶部楔形花岗岩体塌落卡住，导致tbm无法掘进。

根据收集分析掘进数据资料，现场勘查后，判定此次卡机属于掘进至节理中等发育，围岩局部稳定性差的加里东期花岗岩段，由于花岗岩节理较发育，在沿掘进方向至垂直洞轴线方向存在多组交错节理，tbm在掘进过程中，对围岩扰动较大，导致围岩失稳塌落，卡住盾体，导致tbm无法掘进。

综上所述，现有技术存在的问题是：

现有技术中，不能准确判断引起卡机的地质塌陷体的性质、范围等，对可能出现塌陷体不能编制不同处理预案，造成对出现的塌落体实施脱困。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种双护盾tbm卡机处理方法。

本发明是这样实现的，一种双护盾tbm卡机处理方法，所述双护盾tbm卡机处理方法包括：

采取拉开伸缩盾，顶部开挖导洞的方法，先扩挖，再导洞的方式，自拱顶向两侧分部开挖；

清除盾体顶部塌落体，先进行伸缩盾纵向范围清渣，实现tbm脱困，伸缩盾范围清理完成后仍然无法脱困时，在向前盾方向开挖导洞；掏渣清理环向断面范围按tbm掘进断面23点—2点钟方向进行；掏渣清理中采用边开挖边支护的方式进行，支护的支撑设备沿开挖断面井字形布置。

进一步，伸缩盾顶部开挖导洞的方法包括：

第一步，拱顶段挑口施工：挑口前，依托主机皮带处搭设简易台架，为后续上半断面导洞施工提供作业平台；自下而上分部开挖；在伸缩内盾缝隙口，进行挑口施工；拱顶四周对称开挖形成左右空间，并采用方木、木板进行支护，搭设临时支撑落脚点平台；进入伸缩外盾顶部进行断面开挖；然后向掌子面方向继续开挖，边开挖边支护，直至挖通；

第二步，剩余圆弧段扩挖施工：开挖与临时支护方式与第一步部开挖一致；完成对临时方木、木板支护。

进一步，伸缩盾顶部开挖导洞前需进行围岩清理：通过调整油缸行程，将外伸缩盾与支撑盾之间的切口环处拉开，露出围岩；

边拉开边清理，直至拉开至裸露岩石，顺着掘进方向边支护边开挖，直至脱困。

进一步，围岩清理前需进行tbm设备防护、拉开伸缩盾：

在伸缩内盾回缩缝隙内进行围岩开挖前，对附近油缸、管路及电缆设备进行防护，防护材料选用厚50mm木板、皮带及钢筋网；当伸缩盾打开600mm时，除底拱90度范围做钢筋网防护外，伸缩护盾与支撑盾之间其他部位焊接扁铁；在伸缩护盾底部180度范围铺设皮带和木板，已搭好的清渣平台上部铺设木板；

拉开伸缩盾中，先拉开伸缩盾20cm，分析围岩的完整性，是否存在涌渣；

边拉开边清理，直至拉开至600mm时，在裸露岩石600mm范围内，进行支护后，顺着掘进方向边支护边开挖，直至脱困。

进一步，tbm设备防护前需进行伸缩盾区域内施工平台搭设：

施工平台采用脚手架+木板的形式，脚手架利用主机皮带机或者在伸缩盾内部结构件上焊接，进行横纵布置，脚手架横纵间距不大于1m*1m；脚手架形成支撑并铺设木板，同时将木板固定在脚手架上。

进一步，掏渣清理的施工方法采用循环方式，具体包括：施工通风、凿孔、出渣、支护、凿孔、出渣、支护。

进一步，tbm脱困后，还需进行塌方段后期处理：采用回填灌浆施工进行空腔回填。

进一步，tbm脱困恢复掘进后，对tbm卡机区域安装d型管片。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述双护盾tbm卡机处理方法的双护盾tbm卡机处理设备。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明保证了塌陷体快速脱困，采用伸缩盾顶部开挖小导洞，清除盾体顶部塌落体的脱困预案。因目前不能准确判断引起卡机的地质塌陷体的性质、范围等，对可能出现塌陷体性质编制不同处理预案，根据现场情况及时调整实施方案。

附图说明

图1是本发明实施例提供的双护盾tbm卡机处理方法流程图。

图2是本发明实施例提供的上半断面导洞分部开挖图。

图3是本发明实施例提供的上半断面导洞施工工艺流程中第一步示意图。

图4是本发明实施例提供的上半断面导洞施工工艺流程中第二步示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有技术中，不能准确判断引起卡机的地质塌陷体的性质、范围等，对可能出现塌陷体不能编制不同处理预案，造成对出现的塌落体实施脱困。

为解决上述问题，下面结合方案对本发明的应用原理作详细描述。

下面结合具体施工方法对本发明作进一步描述。

如图1所示，本发明实施例提供的双护盾tbm卡机处理方法包括：采取拉开伸缩盾，顶部开挖导洞的方法，先扩挖，再导洞的方式，自拱顶向两侧分部开挖；

清除盾体顶部塌落体，掏渣清理纵向范围先进行伸缩盾范围清理，实现tbm脱困，伸缩盾范围清理完成后仍然无法脱困时，再进行前盾范围清理；掏渣清理环向断面范围按tbm掘进断面23点—2点钟方向进行；掏渣清理中采用边开挖边支护的方式进行，支护的支撑设备沿开挖断面井字形布置。

具体包括：

s101:伸缩盾区域内施工平台搭设；

s102:tbm设备防护，拉开伸缩盾；

s103:围岩清理；

s104:导洞开挖；

s105:掏渣清理；

s106:塌方段后期处理；

s107:tbm脱困、恢复掘进。

步骤s101中，为了保证tbm设备防护、危岩清理、围岩支护、掏渣清理足够的施工空间，在所有工作开展前，在伸缩盾区域内搭设好施工平台。

施工平台采用脚手架+木板的基本形式，脚手架利用主机皮带机或者在伸缩盾内部结构件上焊接，进行横纵布置，脚手架结构要求紧凑，横纵间距不大于1m*1m。脚手架形成支撑并稳固后铺设木板，同时将木板固定在脚手架上，主要受力区加厚铺设木板，木板要求铺设紧密。

步骤s102tbm设备防护，拉开伸缩盾包括：

在伸缩内盾回缩缝隙内进行围岩开挖前，需要对附近油缸、管路及电缆等设备进行防护，防护材料选用厚50mm木板、皮带及钢筋网。当伸缩盾打开600mm时，除底拱90度范围做钢筋网防护外，伸缩护盾与支撑盾之间其他部位焊接扁铁，以防止裸露石块掉落砸伤设备和砸伤施工人员。在伸缩护盾底部180度范围铺设皮带和木板，已搭好的清渣平台上部铺设木板，以保证平台附近的施工人员和设备的安全。

先拉开20cm，观察围岩的完整性，如果围岩比较松散，不构成涌渣现象，先将顶部的松散岩石掏出，直至能看见节理发育完整的岩石，在清理完破碎岩石后，用风镐进行塌落体清除，后继清理两侧岩渣。如果围岩过于松散，构成涌渣现象，需要尽快将伸缩内盾回收到位。

边拉开边清理，直至拉开至600mm时，在裸露岩石600mm范围内，进行支护后，顺着掘进方向边支护边开挖，直至脱困。

围岩清理由人工持钢钎及风镐自上而下进行，清理渣料由人工从盾体上用吊桶装运至施工平台上，再将吊桶里的渣料倒至主机皮带上，输送至洞外渣场。

步骤s103围岩清理包括：

通过调整油缸行程，将外伸缩盾与支撑盾之间的切口环处拉开，露出围岩。

步骤s104导洞开挖包括：

导洞开挖采取先导洞，再扩挖的方式实施。为确保挑口处施工安全，导洞开挖采用自拱顶向两侧分部开挖。

当伸缩内盾拉开至600mm时，对于裸露的围岩进行支护工作，如果围岩相对完整的情况下，使用软支护方式，用宽度为1m的花纹钢板焊接遮挡进行临时支护，如果围岩比较破碎，在处理完成碎石后，用φ25的钻杆进行钻孔打锚杆作业，孔深2—3米，并用锚固剂进行锁紧处理；或者根据现场实际情况，破碎面积在11点—2点范围，可以进行钢筋网支护，钢筋网支护注意网片根部用锚杆垫片进行锁紧。上半断面导洞分部开挖图如图2。

具体有：

第一步开挖如图3中所示①，即拱顶段挑口施工。挑口前，依托主机皮带处搭设简易台架，为后续上半断面导洞施工提供作业平台。人工手持风镐自下而上分部开挖。首先在伸缩内盾缝隙口，进行挑口施工；拱顶四周对称开挖形成1m(纵向)×0.8m(环宽)×1m(高)左右空间，并采用200mm×200mm方木、50mm厚木板进行支护，搭设平台作为临时支撑落脚点。平台要求铺设紧密、平顺、稳固，方木与方木、方木与木板之间采用扒钉连接固定方式。然后人工进入伸缩外盾顶部进行①号断面开挖。

然后向掌子面方向继续开挖，边开挖边支护，每开挖50cm，进行一次支护，直至挖通。

第二步扩挖图4中②、②’区域，即剩余圆弧段扩挖施工。开挖与临时支护方式与第一步部开挖一致。完成对临时方木、木板支护。

在本发明实施例中，上半断面导洞开挖施工工艺流程为：

一)、如图3，①部开挖支护

施作该断面超前支护(拱顶120°一次完成)；

开挖①部围岩，采用20cm×20cm方木及5cm厚木板进行临时支护；

开挖至实际尺寸，取临时支护；

架设木板顶棚。

二)继续向掌子面方向施工，直至打通；

三)、如图4，②部开挖、支护

开挖②部围岩，采用20cm×20cm方木及5cm厚木板进行临时支护；

开挖至实际尺寸，采取临时支护；

架设木板顶棚。

开挖过程中安排专人监测掏渣区周边水文地质的变化，发生地下水增大、水质变浑浊及坍塌掉块等异常情况时立即撤离至安全地带。

如果在处理过程中，遇到洞内大块楔形体，则利用液压岩石劈裂机，对大体积岩块进行破碎，破碎成小块，清理至皮带机上，运出洞外。破碎石时优先找岩块节理、裂隙，提高破碎速度。

步骤s105掏渣清理包括：

(1)掏渣清理范围和基本方式

掏渣清理纵向范围按伸缩盾(2.75m)+前盾(1.73m)进行(先进行伸缩盾范围2.75m清理，以实现tbm脱困，伸缩盾范围清理完成后仍然无法脱困时，在进行前盾范围清理)，掏渣清理环向断面范围按tbm掘进断面23点—2点钟方向进行，掏渣清理厚度1.2m--1.5m。

掏渣清理采用边开挖边支护的方式进行，支护采用20cm*20cm方木进行支撑，沿开挖断面井字形布置，纵向间距50cm，必要时采用20#a工字钢支撑。

(2)施工工艺(循环)

施工通风→凿孔→出渣→支护→凿孔→出渣→支护；

(3)支护施工包括：

开挖过程中必须跟进临时支护，支护采用20cm*20cm方木进行支撑，沿开挖断面井字形布置，纵向间距50cm，必要时采用20#a工字钢支撑，顶部钢筋网封闭(∮8钢筋网，网格间距100mm*100mm；20#a工字钢支撑，环向间距500mm)。

方木支撑施工工艺：直接随开挖进行，现场配置电锯按照所需规格进行现场裁截。

(4)施工排水：

施工排水采用集水坑法抽排至尾盾或伸缩盾底部处，利用tbm配套水泵通过后配套排水钢管抽排。

上半断面导洞施工所用水、电等均由tbm设备提供。

(5)施工通风：

在卡机段处理阶段，主洞内通风系统要保持运转正常。

由于卡机段空间狭小，在该部位通风利用鼓风机送风，置换狭小环境中的污浊空气。鼓风机放置在前梁行走平台上，鼓风机选用p＝250w，配套蛇皮软管送风管。

步骤s106塌方段后期处理包括：

脱困后，针对该区域的塌方空腔问题，建议采用回填灌浆施工进行空腔回填。

步骤s107tbm脱困、恢复掘进包括：

为减小刀盘转动时对围岩的扰动，确保上半断面支护体系的整体稳定性，tbm刀盘驱动采用变频器模式，刀盘转速取2～3r/min。同时掘进以单护盾模式为主，减少撑靴油缸对围岩的扰动。掘进参数按照“低转速、低推力、低贯入度、连续掘进”的原则、结合皮带机出渣情况及时调整。

在tbm脱困恢复掘进后，对tbm卡机区域安装d型管片。

掘进控制措施如下：

①恢复掘进之前，在掌子面打锚杆注浆加固围岩，以免掌子面岩石二次塌陷卡机。

②开始恢复掘进后，严格控制保持、调整好tbm姿态，最大限度的确保tbm在通过时“不低头、不跑偏”，掘进过程中密切关注轴线轨迹，方向难以控制时放慢速度、确保导向值符合规定，单循环掘进完成方向偏差超限时，退回重新掘进。

③盾体进入围岩后充分利用盾体上的预留孔，对盾体和围岩的接触面注入废油、膨润土等润滑物质减少盾体和围岩的摩擦力。

④每掘进一个循环完成后，值班工程师进入刀盘观察掌子面围岩情况，验证超前探测及地质预报结果情况。

⑤关注出渣量，严禁无推进情况下大量出渣，掘进过程中时刻关注1#皮带机上的出渣情况，循环掘进完成后，及时核实出渣车数，推算出渣量是否可控。

下面结合资源配置对本发明的应用原理作进一步描述。

1劳动力配置

根据任务统筹调配，tbm卡机脱困处理人员配置(见表2)。

不良地质tbm脱困施工工序较多，工程量较大，为此全天后实行三班工作制，每班成立tbm脱困突击队，以下为每班详细的施工人员配置。

每班施工人员配置表(工作时间8小时)

表2

2主要机械设备投入情况

施工设备配置表

表3

注明：平板拖车、16t门机和叉车主要用于tbm脱困施工所需设备材料装运工作；转渣皮带机主要用于人工清渣转运工作；反铲挖掘机主要用于渣场清理石渣工作。

3施工材料投入情况

施工材料配置表

表4

下面结合安全保证措施对本发明的应用原理作进一步描述。

(1)施工过程安全监测

掏渣作业期间项目部实行安全员跟班制度，作业区域因其特殊的施工位置，会出现供风不足及污浊空气排不出作业区间的情况，安全人员需随时监测掏渣区域的气体检测，着重观察供风设备、供风管道的工作状况，出现特殊情况时跟班安全员有权制止现场作业。

在确定围岩状况为松散状态时，现场需组织进行化学灌浆的方式对松散围岩进行固结灌浆后再进行分层掏渣，化学灌浆时产生的化学物质，安全作业人员需随时利用气体检测设备对工作区域及时检测，每2h检测一次，超过规定值后停止工作，处理完毕后再进行施工。

(2)变形监测

测量人员对开挖面的围岩变形、作业区域方木支撑变形和盾体变形进行检测，现场随时量测围岩出现的不同变形，开挖正常后每2h检测一次，及时和现场负责的领导反映出现的变形情况，以确定下一步围岩处理的方式。

(3)实行领导干部值班制度，靠前指挥，落实现场执行力。

清渣作业在值班队长和工长的指导下进行，掏渣作业人员要绝对服从，不得凭个人经验擅自改变掏渣方案；大队安排专人对掏渣过程中的现场状况、漏渣清理后上部塌落体发生的变化情况、盾体在掏渣过程中的状况随时观察、监控，及时向领导汇报变化情况。

(4)施工组织要确保协调有序，施工和检修不得平行作业，防止机械设备因误操作而伤人；在整个清渣过程中，监测围岩及水文变化情况的人员与工班长必须保持通讯畅通，且其余未进行人员严禁离作业区域过远；

(5)导洞开挖时，严格控制开挖工艺，按照浅孔、少进尺、强支护、多循环的原则进行施工，开挖后及时进行支护；

(6)二次扩挖自上而下进行，开挖时尽量不出现较大倒悬体。围岩开挖时发现异常情况及时停止，在支护处理后再开挖。围岩开挖过程中出现的松动块体及时采用风镐剔除，减少开挖过程中的安全隐患；

(7)二次扩挖前进行超前支护，扩挖后及时进行系统支护，支护完成后再进行下一循环开挖，开挖必须在有安全支护的条件下进行；

(8)交接班时，值班队长、工长、作业人员需向下个班组交待本班工作情况及注意事项；

(9)严格施工纪律，加强现场的指挥控制，树立“稳步前进，安全第一”的指导思想，杜绝盲目抢进度；

(10)加强洞内外用电管理。切实执行照明、高压电力线路的架设标准,保证绝缘良好。各种电动机械和电器设备均设置漏电保护器,确保用电安全。

(11)围岩预处理：敲帮问顶，清理工作场地周围的松动的围岩体，确认安全后方可作业，达到安全条件方可施工。

(12)避免物料直接接触皮肤和眼睛，如不慎进入眼睛，应立即用大量的水冲洗，并及时就医；接触皮肤后，应立即用大量干净水冲洗接触部位。

(13)作业人员必须严格按照项目部安全作业规程及相关岗位要求佩戴安全防护用品。

(14)注浆开泵前要检查机泵是否有问题，周围是否有障碍，人员是否都站在安全地点，认为都无问题后方可注浆。

(15)施钻人员须遵守钻探操作规程,杜绝野蛮施工，人员之间应相互协作、配合，做到人员及机械安全。

(16)现场配备安全员，建立安全施工记录，及时处理安全隐患。如有异常，及时通知人员撤离，同时回报相关部门及个人。

(17)做好注浆泵的检修保养工作，确保设备正常工作，不留安全隐患。

(18)注浆工作面和注浆泵处的联系必须建立时时对讲系统，做到通讯时刻畅通，开灌与停泵时必须要得到对方明确确认后方可作业，严禁出现多人指挥发信号和蛮干的情况发生。

(19)其他未尽事宜严格按照相关安全规程及相应的规定执行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。