一种盾构机大断面巷道掘进遇导水裂隙带的支护方法与流程

本发明涉及盾构机tbm巷道施工及支护，特别是指一种盾构机大断面巷道掘进遇导水裂隙带的支护方法。

背景技术：

1、随着当代科学技术的提高，巷道施工建设方法也越来越多样化。目前，传统金属矿山巷道施工建设仍以钻爆法为主，该方法因其施工方便在矿山应用较为广泛。但是，随着矿产资源的逐渐贫瘠，深部或高海拔复杂地层的矿产资源已成为我国矿产资源较为重要的开采方向。针对高海拔地区由于其特殊的地质条件，传统钻爆法施工效率低、经济消耗较大，故部分矿山采用盾构机(tbm)进行高海拔巷道施工建设。而在巷道施工时，由于巷道围岩应力以及水文地质条件的差异，极易遭遇类似导水裂隙带类型的地质灾害，而巷道围岩在裂隙水的同步作用影响下易发生破碎、泥质化，致使巷道发生严重的变形，诱发突水突泥灾害，严重影响巷道施工效率、作业人员安全以及巷道服务年限。如何对于巷道施工突遇断层破碎带类型灾害进行有效支护成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种盾构机大断面巷道掘进遇导水裂隙带的支护方法。所述技术方案如下：

2、一方面，提供了一种盾构机大断面巷道掘进遇导水裂隙带的支护方法，该方法包括：

3、s1、当盾构机tbm向岩体内掘进遇导水裂隙带1诱发突水涌泥现象时，待大部分泥渣17跨落后，作业人员以护盾4为保护区域，操作撬杆将顶部及周围松散碎石进行击落整理，完成撬顶工作，并将渣土排出巷道；

4、s2、待大部分泥渣17清理完毕或巷道底部内壁暴露完全时，作业人员将钢丝网8运至导水裂隙带1裸露处，放置于设备护顶结构10下的材料临时放置点，作业人员以主轴机体16为工作区域，操作钻孔设备向巷道内壁钻设钻孔9以及注浆孔22，所述钻孔9嵌入锚索作为锚索孔，部分与注浆孔22重合；

5、s3、待钻孔9以及注浆孔22施工完成后，将事先搁置于设备护顶结构10下的钢丝网8布置于巷道内壁，布置短锚索21并由短锚索21固定拉直钢丝网8，形成初始的锚网护顶结构；

6、s4、整体短锚索21固定完毕且注浆工作完成之后，将弧形钢拱架运至设备护顶结构10下，并间隔组合布置形成两排圆形钢拱架7于初始导水裂隙带1支护结构处，圆形钢拱架7由弧形钢拱架通过拱架组合结构18组合而成；

7、s5、拱架与初始的锚网护顶结构完全贴合之后，将m形钢性桥接结构25布置于两排圆形钢拱架7之间，多排钢拱架间m形钢性桥接结构25以交错形式布置于圆形钢拱架7上，并以焊接的形式固定于圆形钢拱架7顶部；

8、s6、待圆形钢拱架7与m形钢性桥接结构25布置完成形成整体导水裂隙带1支护体系后，以c7.5混凝土为主要材料对已形成的导水裂隙带1支护体系进行喷浆加固；

9、s7、待喷浆层凝固之后，tbm机体以轨道13向前运行第一距离，重复前述步骤s1-s3，而后将放置在设备护顶结构10下的圆形钢拱架7，布置于前述已固定圆形钢拱架7之后第二距离，布置时仅有一排圆形钢拱架，之后重复步骤s5将新布置的圆形钢拱架7与前述已固定的圆形钢拱架7通过m形钢性桥接结构25进行连接形成整体支护系统，重复步骤s6形成完整的导水裂隙带1支护体系；

10、s8、重复步骤s7，直至盾构机tbm机体完全通过导水裂隙带1且导水裂隙带1支护体系整体形成。

11、可选地，在s1之前，所述方法还包括：

12、以盾构机tbm向岩体内掘进走向为基准方向，tbm通过刀盘3在围岩2中向前掘进，当tbm掘进突遇导水裂隙带1时，tbm机体前置护盾4壁内钢性支撑结构15进行初始支撑，使得巷道围岩仍然保持稳定不垮落。

13、可选地，所述s2中操作钻孔设备向巷道内壁钻设钻孔9以及注浆孔22，具体包括：

14、以巷道截面中心线为基准，巷道内壁每隔22.5°布置一孔深为3m，半径为0.1m的注浆孔22；

15、同样，以巷道截面中心线为基准设置疏密短锚索支护，压力大的巷道左上和右下内壁每隔11.25°布置一孔深为6m，半径为0.05m的钻孔9；而压力小的巷道右上和左下内壁每隔22.5°布置一孔深为6m，半径为0.05m的钻孔9，部分锚索孔与注浆孔22重合，重合时，锚索孔由已形成的注浆孔中心为中心进行布置。

16、可选地，所述s3中在布置短锚索21时，由于钻孔9与部分注浆孔22重合，故在重合孔处布置短锚索21时，施工步骤为：

17、先布置短锚索21于钻孔9内，后以注浆设备将浆液注入注浆孔22内，待浆液凝固之后将钢丝网8敷设于巷道内壁，而后固定短锚索21端口于钢丝网8之上，形成初始的锚网护顶结构。

18、可选地，所述s4中的间隔为0.5m左右。

19、可选地，所述s4中的拱架组合结构18由一体性钢板19与螺母、螺栓组合20构成。

20、可选地，所述s5中的m形钢性桥接结构25仅布置于遇导水裂隙带处的圆形钢拱架7上，无导水裂隙带的圆形钢拱架7无需布置。

21、可选地，由于导水裂隙带以及巷道围岩来压，巷道壁与钢丝网贴合处会存在大部分岩石垮落后遗留空间，所述空间整齐不一，在s6中喷浆前需要以聚氨酯膨胀类填充材料进行填充，使得巷道壁与钢丝网面贴合融洽，而后进行喷浆加固。

22、可选地，所述s6中的喷浆厚度约为0.1m。

23、可选地，所述s7中的第一距离为1m左右，第二距离为0.5m左右。

24、本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

25、本发明根据高海拔复杂地层盾构机tbm大断面巷道掘进遇导水裂隙带易发生巷道围岩垮落、突水涌泥等问题，提出一种利用疏密短锚索、钢拱架、钢丝网、m形钢性桥接结构、注浆以及喷浆，进行一体化巷道导水裂隙带综合加固，最终构成完整的一体化高强度支护加固体系。该技术方案带来的主要有益效果如下：

26、(1)对于盾构机tbm大断面掘进巷道遇导水裂隙带这一特殊地质状况，本发明可以有效避免现有支护装置与方法适用性、实用性以及经济合理性不足的问题，利用疏密短锚索、钢拱架、钢丝网、m形钢性桥接结构、注浆以及喷浆，进行一体化巷道导水裂隙带综合加固，最终构成完整的一体化高强度支护加固体系，通过该支护加固体系可以完整的加固导水裂隙带周围破碎围岩，并且可以有效处理导水裂隙带以及周围岩体对于巷道安全性以及服务年限的影响。

27、(2)本发明针对巷道掘进遇导水裂隙带，采用短锚索联合注浆、钢丝网进行导水裂隙带支护加固。短锚索可以有效稳固裂隙带围岩脱落；注浆加固中，浆液可以通过注浆压力由注浆孔填充至裂隙带处巷道壁内的裂隙与微裂隙，同时部分注浆孔与短锚索钻孔重合，可以有效固定锚索于初始锚固位置不变形。以短锚索、注浆与钢丝网相结合对导水裂隙带围岩进行系统性加固，形成完整的裂隙带破碎巷道加固体系，对于此类地质状况巷道应用效果较为明显，具有良好的联合支护效应，并且可以有效避免后续导水裂隙带诱发巷道发生突水涌泥事故。

28、(3)对于高海拔地区与低海拔地区地应力分布情况的差异性，部分高海拔地区巷道开挖后应力分布多以倾角约为30～60°的方向集中于盾构巷道内对角面，故本发明针对此类情况，提出一种疏密短锚索支护布置方法，压力大处布置较密的锚索孔，压力小处布置较疏的锚索孔，该方法可以有效应对此类型地质状况，实现巷道综合高效加固、材料合理化利用，安全高效经济的进行巷道施工支护布置。

29、(4)本发明提出一种弧形钢拱架组合方法，以三段弧形钢拱架组合形成整体圆形钢拱架，拱架通过一体性钢板以及螺母、螺栓进行组合，结构稳定性较好。该组合方法可以有效提高钢拱架超远距离运输的便携性、降低工人劳动强度，并且组合形式的钢拱架相较于整体性钢拱架具有较为优良的缓冲抗弯性能，刚性断裂可能性较低。

30、(5)本发明提出一种m形钢性桥接结构，该结构横跨钢拱架间进行焊接，结构设置为m形可以针对巷道来压进行有效缓冲。通过该结构也可以使裂隙带下多排钢拱架联结形成一个整体进行同步支护作用，整体支护效果较为明显、支护性能较强，并且如巷道顶部周围钢丝网突遇来压发生严重变形时，该结构的设置可以有效支撑钢丝网变形，起到较为明显的巷道保护作用。

31、附图说明

32、为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

33、图1是本发明实施例提供的盾构机tbm遇导水裂隙带巷道掘进示意图；

34、图2是本发明实施例提供的巷道掘进遇导水裂隙带支护布置俯视图；

35、图3是本发明实施例提供的盾构机tbm前置机体侧视图；

36、图4是本发明实施例提供的巷道圆形钢拱架支护剖面图(a-a＇)；

37、图5是本发明实施例提供的巷道锚-网-注-喷一体化支护剖面图(b-b＇)；

38、图6是本发明实施例提供的拱架组合结构示意图；

39、图7是本发明实施例提供的m形钢性桥接结构示意图。