复杂地层中采用TBM主导双洞交叉掘进的快速施工方法

摘要

复杂地层中采用TBM主导双洞交叉掘进的快速施工方法，极大地提高处理卡机问题的速度，且操作简单快捷，具有安全性高、施工速度快和适用性强的特点，以有效克服TBM在脱困和超前地质预报中遇到的技术难题。包括以下步骤：①主洞、导洞分别由主洞TBM、导洞TBM交叉掘进，直至超前TBM通过不良地质段时卡机受困；②向滞后TBM同一里程处施作横向导洞；③在横向导洞内向卡机掌子面处施作超前小导洞；④通过横向导洞对滞后TBM前方同一里程处进行超前主动加固处理；⑤通过超前小导洞在卡机掌子面处对受困超前TBM进行脱困处置；⑥超前TBM、滞后TBM恢复正常掘进，直至通过不良地质段。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道及地下工程技术领域，特别涉及一种复杂地层中采用TBM主导双洞交叉掘进的快速施工方法。

背景技术

采用TBM(隧道掘进机)掘进的特长隧道在施工中难免会穿越蚀变带、断层破碎带、节理密集带、富水松散软弱围岩等不良地质段，极易出现掉块、溜坍或涌泥突水等施工风险，对TBM正常掘进造成极大威胁，甚至可能导致TBM卡机或受困，严重制约隧道施工效率和危及人机安全。

目前通常采用的TBM脱困处理方法主要有：在TBM护盾后方实施拱部范围超前管棚支护或预注浆加固围岩。由于受TBM护盾的限制，超前管棚支护的外插角较大，一般大于17°，对刀盘前方加固围岩位置距离刀盘开挖范围远，加固效果差，该方法仅适用于短段落、局部范围不良地质的加固。若实际施工揭示出现长段落大范围的不良地质体，该方法的施工效率极低，对工期影响极大，经济性差。

在进行TBM不良地质超前预报时，一般采用钻探法和物探法结合，但由于实际地质条件的复杂性和钻探以及物探方法的局限性，采用此方法进行的超前地质预报并不能探明所有的不良地质，经常会使得TBM在超前预报显示地质条件良好地段出现卡机被困的问题。

为了解决TBM在脱困和超前地质预报中遇到的主要问题，现提出一种利用TBM主导双洞交叉掘进的快速施工方法，既能有效帮助已经卡机的超前TBM脱困，还能为尚未掘进到不良地质段的滞后TBM进行主动超前加固，防止滞后TBM在同一里程处出现卡机被困问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种复杂地层中采用TBM主导双洞交叉掘进的快速施工方法，极大地提高处理卡机问题的速度，且操作简单快捷，具有安全性高、施工速度快和适用性强的特点，以有效克服TBM在脱困和超前地质预报中遇到的技术难题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

本发明复杂地层中采用TBM主导双洞交叉掘进的快速施工方法，包括以下步骤：

①主洞、导洞分别由主洞TBM、导洞TBM交叉掘进，直至超前TBM通过不良地质段时卡机受困；

②向滞后TBM同一里程处施作横向导洞；

③在横向导洞内向卡机掌子面处施作超前小导洞；

④通过横向导洞对滞后TBM前方同一里程处进行超前主动加固处理；

⑤通过超前小导洞在卡机掌子面处对受困超前TBM进行脱困处置；

⑥超前TBM、滞后TBM恢复正常掘进，直至通过不良地质段。

本发明的有益效果主要体现在如下方面：

一、利用主洞和导洞互相进行超前地质预报，避免主洞和导洞在同一里程处卡机两次，提高掘进速度；

二、利用横向导洞对尚未掘进的不良地质段隧道周围围岩进行主动超前加固，能够处理各种复杂不良地质情况，适应性和安全性高；

三、利用横向导洞向卡机掌子面施作超前小导洞，快速进入TBM正前方不良地质段加固围岩并清理刀盘周围的破碎围岩，避免从TBM盾尾后方处理不良地质空间受限及实施困难的问题，实现TBM快速脱困，保证了施工安全；

四、能够准确地为滞后的TBM提供超前地质预报，并对不良地质段进行超前主动加固，同时快捷有效地解决TBM卡机问题，具有很高的实用性和可行性。

附图说明

图1是本发明复杂地层中采用TBM主导双洞交叉掘进的快速施工方法的流程图；

图2是本发明复杂地层中采用TBM主导双洞交叉掘进的快速施工方法中主洞超前导沿掘进状态示意图；

图3是本发明复杂地层中采用TBM主导双洞交叉掘进的快速施工方法中导洞超前主洞掘进状态示意图。

图中标记及含义：不良地质段A，卡机掌子面C，主洞10，主洞TBM盾壳11，导洞20，导洞TBM盾壳21，横向导洞30，超前小导洞31，箭头指向为掘进方向。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1、图2和图3，本发明复杂地层中采用TBM主导双洞交叉掘进的快速施工方法，包括以下步骤：

①主洞10、导洞20分别由主洞TBM、导洞TBM交叉掘进，直至超前TBM通过不良地质段A时卡机受困。即通过交叉掘进的主洞10、导洞20互相进行超前地质预报，避免主洞10和导洞20在同一里程处卡机两次，提高掘进速度；

②向滞后TBM同一里程处施作横向导洞30；

③在横向导洞30内向卡机掌子面C处施作超前小导洞31；

④通过横向导洞30对滞后TBM前方同一里程处进行超前主动加固处理；

⑤通过超前小导洞31在卡机掌子面C处对受困超前TBM进行脱困处置。快速进入超前TBM正前方不良地质段加固围岩并清理刀盘周围的破碎围岩，避免从TBM盾尾后方处理不良地质空间受限及实施困难的问题，实现TBM快速脱困，保证了施工安全可有效保证施工安全，极大提高了处理卡机问题的速度；

⑥超前TBM、滞后TBM恢复正常掘进，交叉通过不良地质段A。

该施工方法的主要特点如下：

一、利用主洞10和导洞20互相进行超前地质预报，避免主洞10和导洞20在同一里程处卡机两次，提高掘进速度；

二、利用横向导洞30向卡机掌子面施作超前小导洞31对TBM进行脱困处理，保证了施工的安全，极大的提高了处理卡机问题的速度。

三、利用横向导洞30对尚未掘进到的不良地质段隧道周围围岩进行主动超前加固，能够处理各种复杂不良地质情况，适应性和安全性高。

所述横向导洞30、小导洞31均采用矿山法施工，为减少对围岩D的扰动，采用全断面开挖并对其周围围岩进行注浆加固，横向导洞30最大开挖半径不超过2m，超前小导洞31最大开挖半径不超过1.5m。

本发明适用于在复杂地质条件下利用TBM主导双洞交叉掘进的快速施工方法，能够很好地解决由于不良地质导致的TBM卡机以及对不良地质的超前地质预报和超前主动加固的技术难题。

如图2所示，当主洞10超前导洞20掘进进入不良地质段A时，主洞TBM卡机受困，在主洞TBM盾壳11后向位于主洞10同一里程处的导洞20施作横向导洞30，同时通过横向导洞30向卡机掌子面C面施作超前小导洞31，横向导洞30和处理卡机的超前小导洞31均采用矿山法施工，采用全断面开挖并对周围围岩进行注浆加固；当横向导洞30到达导洞20同一里程处时，根据不良地质的情况采用注浆加固或超前管棚加固导洞20处的围岩，防止导洞TBM通过该不良地质段A时出现卡机事故；当处理卡机的超前小导洞31到达主洞TBM刀盘处时，通过注浆加固卡机掌子面C周围的破碎围岩并清理掉已刀盘附近的破碎围岩，使得主洞TBM快速脱困。

如图3所示，当导洞20超前主洞10掘进进入不良地质段A时，导洞TBM卡机受困，在导洞TBM盾壳21后向位于导洞20同一里程处的主洞10施作横向导洞30，同时通过横向导洞30向卡机掌子面C面施作超前小导洞31，横向导洞30和处理卡机的超前小导洞31均采用矿山法施工，采用全断面开挖并对周围围岩进行注浆加固；当横向导洞30到达主洞10同一里程处时，根据不良地质的情况采用注浆加固或超前管棚加固主洞10处的围岩，防止主洞TBM通过时出现卡机事故；当处理卡机的小导洞31到达导洞TBM刀盘处时，通过注浆加固卡机掌子面C周围的破碎围岩并清理掉已刀盘附近的破碎围岩，使得导洞TBM快速脱困。

实施例：

大瑞铁路高黎贡山隧道正洞、平导线间距30m，分别采用直径Φ9.0m和Φ6.36m敞开式TBM掘进施工，平导小TBM超前掘进、正洞大TBM滞后掘进。超前掘进的平导TBM遭遇花岗岩全风化赋水地层，拱部揭示松散土层，掌子面前方揭示整体呈泥沙状，腰部股状出水，掌子面大面积坍塌，围岩不能自稳，造成TBM掘进扭矩持续增大，TBM护盾被卡，不能推进。

施工期间通过施作超前钻探孔，揭示掌子面前方不良地质分布段落长，经评估分析，采用传统的TBM护盾尾部加固围岩实施极为困难，处理不良地质的工期长，脱困难度大；实施本发明的施工方法，采用平导TBM后方向正洞方向开挖45°的横向导洞，并在横向导洞中部设置超前小导洞，快速进入平导TBM刀盘前方注浆加固围岩并超前引排地下水，改善围岩条件，实现平导TBM快速脱困，并快捷安全地穿越了不良地质。同时，通过横向导洞实施超前加固对应里程段落的正洞不良地质围岩，滞后的正洞TBM通过调整掘进参数、开挖后及时支护并封闭围岩，保障了正洞TBM快速通过不良地质段。

采用本发明的施工方法，每一处不良地质的TBM脱困工期可减少30～45天，节省投资1800～2500万元，取得了良好的经济效益和社会效益。