一种TBM卡机原因分析及脱困施工方法

摘要

本发明公开了一种TBM卡机原因分析及脱困施工方法，具体方法为：步骤一：清理碎岩，步骤二：当掘进点围岩收敛时，通过释放盾壳压力，帮助TBM脱困；当掘进点坍塌时，先对既有未破坏支护结构采用施作护拱进行补强，再对塌体及刀盘前方进行开挖，TBM步进通过；当掘进点同时发生坍塌和围岩收敛的情况时，采用如下方式进行脱困施工：从尾盾倒数第二环管片拱顶部开口进入盾壳外，自后向前对收敛围岩及塌方体进行人工开挖，从尾盾往前对盾壳上部塌体进行开挖及支护以释放盾壳；步骤三：退刀。在本发明的使用过程中，适用于不同的工作环境，使用范围非常广泛；极大降低了工作人员的工作难度，从而提高了设备的工作效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿业开采领域，具体是一种TBM卡机原因分析及脱困施工方法。

背景技术

造成工程施工受阻的最根本原因是地质条件不可预见、极为复杂。地层接触关系复杂多变，隧洞沿线褶皱和破碎断裂构造发育，有多条大规模的区域性断层构造通过，断层破碎带最大宽度预计超过千米；泥质粉砂岩、泥岩、页岩、糜棱岩和煤系地层等软弱岩体在极高围岩压力作用下极易发生大规模塌方和快速塑性变形，坚硬岩层则可能产生岩爆现象；部分洞段存在高地应力、涌水、突泥、塌方、偏压、沉降变形等不良地质问题。由于地应力极高，TBM一旦掘进，围岩即快速发生严重的塑性变形，进而导致大规模塌方和大量收敛，导致TBM主机整体被塌方体完全抱死形成卡机。同时，此段围岩存在极大的偏压，导致人工处理过程中极易发生支护结构变形失稳。

不可预见的极高地应力及围岩偏压导致TBM主机部分遭受了极大的损害，给过程中设备的维修及下步TBM改造施工造成了极大的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TBM卡机原因分析及脱困施工方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种TBM卡机原因分析及脱困施工方法，具体方法为：

步骤一：清理碎岩，通过人工开挖的方式将TBM周边的岩石清理干净，并开设观察口，便于对卡机点进行观察，从而判断卡机原因；

步骤二：

A、当掘进点围岩收敛时，采用如下方式进行脱困施工：

采用钢筋网片＋木板＋方木＋工字钢临时支护形成一个高1.2米的空间，以释放盾壳压力，帮助TBM脱困；

B、当掘进点坍塌时，采用如下方式进行脱困施工：

先对既有未破坏支护结构采用施作护拱进行补强，加固范围为原支护拱架，并在护拱拱脚处施作砼条形基础，原支护加固完成后，采用常规开挖的方法对塌体及刀盘前方进行开挖，刀盘面往后盾壳段开挖面底板为盾壳底往上50cm，刀盘前采用全断面开挖，开挖超前刀盘7.5m， TBM步进通过；

C、当掘进点同时发生坍塌和围岩收敛的情况时，采用如下方式进行脱困施工：

从尾盾倒数第二环管片拱顶部开口进入盾壳外，自后向前对收敛围岩及塌方体进行人工开挖，从尾盾往前对盾壳上部塌体进行开挖及支护以释放盾壳；

步骤三：退刀，通过将TBM后撤退出掘进刀具。

进一步的，将刀盘前段开挖至全断面后，掌子在浇筑砼反力墙，采用方木块作为反力架，进行TBM后退操作。

进一步的，为了防止TBM向前掘进时塌方继续扩大导致后部支护失效再次卡机，TBM推进前必须对前方围岩采用长管棚注浆进行超前预加固。

进一步的，从钢管片进入盾壳外侧，自后往刀盘方向开挖并支护，将原刀盘前六榀拱架支护段重新扩挖。

进一步的，支护参数采用钢支撑＋锚杆＋超前小导管＋钢筋网片＋喷砼。

进一步的，前盾脱困施工从中间相两边进行，在原塌腔拱部防护下按设计断面安装拱顶拱架后，采用方木临时支撑在盾壳上，然后分左右开挖拱脚，并及时进行支护。

进一步的，拱架置换施工开挖断面与前盾段脱困开挖断面一致，置换顺序为自原上导坑最末榀拱架往尾盾方向进行。置换时自进口方向右侧向左侧将拱架逐榀分段剥除，剥除时如果围岩面松弛掉快，可初喷砼稳固岩面，也可根据现场情况布设超前小导管稳固之，进行既有支护的剥除。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在本发明的使用过程中，通过多种方法应对不同的TBM卡机原因及其脱困施工方法，适用于不同的工作环境，使用范围非常广泛；根据不同的TBM卡机原因采用不同的脱困施工方法，极大降低了工作人员的工作难度，从而提高了设备的工作效率。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，本发明实施例中，一种TBM卡机原因分析及脱困施工方法，具体包括如下步骤：将盾壳大跨以上周边岩体清除，并采用钢筋网片＋木板＋方木＋工字钢临时支护形成一个高1.2米的空间，以释放盾壳压力，帮助TBM脱困。

实施例2，本发明实施例中，一种TBM卡机原因分析及脱困施工方法，具体包括如下步骤：先对既有未破坏支护结构采用施作护拱进行补强，加固范围为原支护拱架，并在护拱拱脚处施作砼条形基础，原支护加固完成后，采用常规开挖的方法对塌体及刀盘前方进行开挖，刀盘面往后盾壳段开挖面底板为盾壳底往上50cm，刀盘前采用全断面开挖，开挖超前刀盘7.5m， TBM步进通过。为了防止TBM向前掘进时塌方继续扩大导致后部支护失效再次卡机，TBM推进前必须对前方围岩采用长管棚注浆进行超前预加固。

实施例3，本发明实施例中，一种TBM卡机原因分析及脱困施工方法，具体包括如下步骤：从尾盾倒数第二环管片拱顶部开口进入盾壳外，自后向前对收敛围岩及塌方体进行人工开挖，帮助TBM脱困。

实施例4，本发明实施例中，一种TBM卡机原因分析及脱困施工方法，具体包括如下步骤：将盾壳大跨以上周边岩体清除，并采用钢筋网片＋木板＋方木＋工字钢临时支护形成一个高1.2米的空间，以释放盾壳压力，将刀盘前段开挖至全断面后，掌子在浇筑砼反力墙，采用方木块作为反力架，进行TBM后退操作。

实施例5，本发明实施例中，一种TBM卡机原因分析及脱困施工方法，具体包括如下步骤：采用从尾盾往前对盾壳上部塌体进行开挖及支护以释放盾壳，帮助TBM脱困；为了防止二次坍塌，首先利用孔口管进行帷幕注浆，帷幕注浆完成后，利用超前长管棚进行超前预注浆加固。

实施例6，本发明实施例中，一种TBM卡机原因分析及脱困施工方法，具体包括如下步骤：从钢管片进入盾壳外侧，自后往刀盘方向开挖并支护，将原刀盘前六榀拱架支护段重新扩挖，支护参数采用钢支撑＋锚杆＋超前小导管＋钢筋网片＋喷砼。

实施例7，本发明实施例中，一种TBM卡机原因分析及脱困施工方法，具体包括如下步骤：

步骤一：为两侧小导洞快速开挖至刀盘面；

在盾壳两侧开挖小导坑至刀盘处，采用化灌固结塌体，将刀盘处塌体清理后，TBM实现快速脱困。

步骤二：前盾及伸缩盾大跨以上常规开挖；

采用盾壳大跨以上全断面开挖，本段扩大开挖在两侧小导坑的基础上进行。在二次扩大开挖时，围岩局坍塌现象较严重，固本段开挖施工风险高，难度大。

实施例8，本发明实施例中，一种TBM卡机原因分析及脱困施工方法，具体包括如下步骤：

步骤一：一次支护置换

根据TBM被困原因及现场实际情况，阶段一的TBM脱困施工从三个方面入手进行施工：

（1）上导坑变形侵限支护置换，由于本洞段地应力高，支护后断面收敛变形情况严重，TBM被困后剩余上导坑段既有支护结构持续收敛，最终侵限，项目部对该段支护进行置换。

（2）前盾及伸缩盾段失稳支护置换，由于TBM掘进姿态失控右偏，导致原上导坑段右侧支护在TBM掘进时被部分破坏，在高地应力作用下，支护体系迅速失稳变形，紧贴在盾壳右侧。本段采用人工开挖处理。

（3）支撑盾及尾盾右侧开挖，尾盾被压是本次TBM被困的直接原因，从护盾右侧观察口进入盾壳外侧向尾盾方向进行支护置换。本段开挖时，由于盾壳顶部发生二次坍塌，地下水通道扩大，本段开挖时较之前地下水大为增多，由于右侧拱腰至拱顶部均为塌方体，松散岩体被水浸泡后软化，开挖时呈流塑状涌出，每循环开挖时均采用超前小导管密插，由于空间狭小，施工困难极大。

实施例9，本发明实施例中，一种TBM卡机原因分析及脱困施工方法，具体包括如下步骤：

步骤一：前盾脱困施工

前盾脱困施工从中间相两边进行，在原塌腔拱部防护下按设计断面安装拱顶拱架后，采用方木临时支撑在盾壳上，然后分左右开挖拱脚，并及时进行支护。

步骤二：支撑盾至尾盾支护变形置换施工

拱架置换施工开挖断面与前盾段脱困开挖断面一致，置换顺序为自原上导坑最末榀拱架往尾盾方向进行。置换时自进口方向右侧向左侧将拱架逐榀分段剥除，剥除时如果围岩面松弛掉快，可初喷砼稳固岩面，也可根据现场情况布设超前小导管稳固之，进行既有支护的剥除。

拱架安装位置原则上采用既有拱架间内插，如拱架间距过大，可适当减小拱架间距，增加拱架榀数，具体支护参数与前盾脱困施工一致。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。