一种TBM施工小断面隧洞蚀变岩塌腔处理方法

摘要

本发明公开了一种TBM施工小断面隧洞蚀变岩塌腔处理方法，所述方法包括如下步骤：1）塌腔区域预加固；2）搭建塌腔BIM模型；3）架设钢拱架；4）进行TBM撑靴回填；5）对塌腔进行回填；6）对拱顶下沉和周边位移进行监测；7）永久监测装置布设；8）二次衬砌。本发明具有安全可靠、成本低的优点，采用它能够及时的对蚀变岩段塌方后的隧洞进行处理，并且使得处理后的塌方段具有更好的稳定性，不但保证了施工安全，降低了工程成本，而且，还能够大幅节省处置时间，缩短了整体施工时间，取得了良好的经济效益和社会效益。

说明书

技术领域

本发明涉及一种TBM施工方法，特别是一种TBM施工小断面隧洞蚀变岩塌腔处理方法。

背景技术

目前，在利用TBM进行隧道施工过程中，常常遭遇蚀变岩地段，由于蚀变岩受地下涌水影响，极易掉块或坍塌。TBM法施工隧洞时，一旦遇到蚀变岩地段，轻则造成经济上的损失，重则会威胁到TBM设备和施工人员的安全，危害性极大。当遭遇蚀变岩地段塌方发生后，应根据塌腔的范围、形状、地质构造、地下水情况，采取相应的措施及时处理，防止进一步塌方。由于TBM施工的特殊性，加之水工隧洞断面较小，施工场地狭窄，超前大管棚、洞渣回填等常用的处理方法不适用。

在CN106761790B中公开了名称为“一种敞开式TBM过全断面炭质板岩掘进及支护方法”的发明专利，该专利是针对设计提供的地质剖面图对附近有低阻异常带、断层等进行超前地质预报，探清前方地质情况。在掘进过程中根据掘进参数的变化、出碴的大小对前方围岩情况进行辅助预判，围岩出护盾后根据实际揭露的围岩情况进行加强支护，采用拱架、钢筋排、锚杆、钢筋网、喷射混凝土等进行联合支护，在塌腔处回填混凝土，初喷后进行回填灌浆，使初期支护安全稳固，同时初支后加强监控量测，使TBM能够安全顺利进行掘进。其主要流程有：超前地质预报→TBM掘进→支护施工(钢筋排、钢筋网安装→拱架安装→锚杆安装→喷砼支护→回填混凝土及注浆)→监控量测→施工结束。虽然该方法能够实现TBM快速安全通过炭质板岩地段，但是，该方法对于蚀变岩地段而言，仍然没有考虑地下水等情况，施工完成后，仍然存在较大的塌方风险。

在CN110656954B中公开了名称为“收敛型塌腔的隧道塌方处理方法”的发明专利，它采用如下技术方案：隧道塌腔稳定后，首先，利用塌渣形成施工作业平台；其次，将塌方影响段分为已开挖塌方影响段和未开挖塌方影响段并分别加固；再喷混凝土支护塌腔；再次，在塌方段施工临时支架及模板，在塌方段中部的隧道拱顶位置制作人孔，采用混凝土回填塌腔，施工塌方锚固锚杆，拆除临时支架和塌方影响段的加固并挖除施工作业平台；最后，按照原设计施工隧道排水管、防水板，施工二次衬砌混凝土。虽然该专利能够对塌腔进行处理，但是，该方法只适用于收敛型塌腔，而对于蚀变岩的塌腔，则无法采用该方法进行处理。

发明内容

本发明的目的就是提供能快速安全对塌方段进行处理的TBM施工小断面隧洞蚀变岩塌墙处理方法。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种TBM施工小断面隧洞蚀变岩塌腔处理方法，所述方法包括如下步骤：1）塌腔区域预加固；2）搭建塌腔BIM模型；3）架设钢拱架；4）进行TBM撑靴回填；5）对塌腔进行回填；6）对拱顶下沉和周边位移进行监测；7）永久监测装置布设；8）二次衬砌。

其中，在所述步骤1）中，为了防止塌腔进一步扩大，当发现塌方后，立即停止TBM掘进；在塌腔后方未塌段加设临时钢拱架以及进行喷砼加固；塌腔内及时采用喷射混凝土进行围岩封闭。

进一步，在所述步骤2）中，利用激光二维扫描仪，快速获取隧道塌腔断面数据；将测量断面曲线导出“.DXF”格式文件，利用Revit软件快速建立塌腔实体模型，获取塌腔方量。

其中，在所述步骤3）中，根据塌腔体积大小，采用架设I14@20cm钢拱架，塌腔前第3榀拱架为双拼拱架，每隔1m设置一组双拼拱架，并及时打设锁脚锚杆，锁脚锚杆采用φ18mm锚固剂锚杆，长2m；钢拱架外侧铺设钢筋网片、钢筋排和钢板，分别与钢架焊接牢固；在拱顶预留若干个泵管，泵管上端延伸至塌腔顶部；同时紧贴塌腔面埋设若干排水盲管将渗水引至边墙，盲管采用钢筋支撑固定在钢架上；钢拱架架设完成后，及时喷射C25混凝土封闭成环。

为了包装TBM平稳通过塌方段，在所述步骤4）中，在TBM撑靴塌腔位置采用混凝土进行回填，满足撑靴支撑强度。

进一步，在所述步骤5）中，通过预留的泵管对塌腔进行分层回填混凝土；其中，隧道拱部120°范围外回填C25混凝土，120°范围内先回填厚度为1.5m的C25混凝土，塌腔岩面与回填C25混凝土之间空隙再采用轻质泡沫混凝土回填；混凝土回填采用对称分层回填，单次回填厚度1.5m，根据塌腔BIM模型计算出每一层回填方量，严禁超方量回填；上一层混凝土凝固并达到一定强度后方可进行下一层回填。

为了保证安全，在所述步骤6）中，回填过程中和第三方监测单位共同对拱顶下沉和周边位移进行监测，发现数据异常立即停止回填。

进一步，在所述步骤7）中，塌腔回填完成后，在塌腔段监测断面拱顶及一侧拱腰各布置一组多点位移计，以监测该段围岩内部变形情况；通过电源线连接到洞口的太阳能供电装置进行供电，采集数据通过无线方式传输至工程管理中心，进行永久监测。

为了保证运行期间检修人员和隧洞的安全，在所述步骤8）中，TBM施工段隧洞贯通后，及时对塌方段进行二次衬砌加强支护，衬砌施作长度单侧大于塌腔段2m，每10m设置一道伸缩缝，衬砌施工完成后全断面进行固结灌浆，灌浆孔深入岩面1.9m，排距3m，环向角度45°，对周边岩面和混凝土与岩面之间孔隙进行加固。

由于采用了上述技术方案，本发明具有安全可靠、成本低的优点，采用它能够及时的对蚀变岩段塌方后的隧洞进行处理，并且使得处理后的塌方段具有更好的稳定性，不但保证了施工安全，降低了工程成本，而且，还能够大幅节省处置时间，缩短了整体施工时间，取得了良好的经济效益和社会效益。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明搭建的塌腔模型示意图；

图2本发明的回填示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。

实施例1：如图1、2所示，一种TBM施工小断面隧洞蚀变岩塌腔处理 方法，所述方法包括如下步骤：1)塌腔区域预加固；2)搭建塌腔BIM模 型；3)架设钢拱架；4)进行TBM撑靴回填；5)对塌腔进行回填；6)对 拱顶下沉和周边位移进行监测；7)永久监测装置布设；8)二次衬砌。

其中，在所述步骤1）中，当发现塌方后，立即停止TBM掘进；在塌腔后方未塌段加设临时钢拱架以及进行喷砼加固，这样做是为了防止塌腔进一步扩大。同时，塌腔内及时采用喷射混凝土进行围岩封闭，这样做是为了防止二次坍塌；当围岩封闭后，需要加强塌腔区域的监控量测，保障施工啊安全。

其中，在所述步骤2）中，利用激光二维扫描仪，快速获取隧道塌腔断面数据；将测量断面曲线导出“.DXF”格式文件，利用Revit软件快速建立塌腔实体模型，直观、快速、精准获取塌腔需回填的混凝土方量。

其中，在所述步骤3）中，采用架设I14@20cm钢拱架，塌腔前第3榀拱架为双拼拱架，每隔1m设置一组双拼拱架，并及时打设锁脚锚杆，锁脚锚杆采用φ18锚固剂锚杆，长2m；钢拱架外侧铺设钢筋网片、钢筋排和钢板，分别与钢架焊接牢固；在拱顶预留若干个泵管，泵管上端延伸至塌腔顶部；同时紧贴塌腔面埋设若干排水盲管将渗水引至边墙，盲管采用钢筋支撑固定在钢架上；钢拱架架设完成后，及时喷射C25混凝土封闭成环；其中，钢筋网片采用φ8mm的钢筋网片，钢筋排采用φ18mm的钢筋排,钢筋排网格为间距20cmX20cm；泵管为φ18mm。

其中，在所述步骤4）中，在TBM撑靴塌腔位置采用混凝土进行回填，满足撑靴支撑强度，这样做是为了保证TBM平稳通过塌方段。

其中，在所述步骤5）中，通过预留的泵管对塌腔进行分层回填混凝土；其中，隧道拱部120°范围外回填C25混凝土1，120°范围内先回填厚度为1.5m的C25混凝土，塌腔岩面与回填C25混凝土之间空隙再采用轻质泡沫混凝土2回填；混凝土回填采用对称分层回填，单次回填厚度1.5m，根据塌腔BIM模型计算出每一层回填方量，严禁超方量回填；上一层混凝土凝固并达到一定强度后方可进行下一层回填；其中，轻质泡沫混凝土2密度不大于300kg/m

为了保障施工安全，在所述步骤6）中，回填过程中和第三方监测单位共同对拱顶下沉和周边位移进行监测，发现数据异常立即停止回填。

进一步，在所述步骤7）中，塌腔回填完成后，在塌腔段监测断面拱顶及一侧拱腰各布置一组多点位移计，以监测该段围岩内部变形情况；通过电源线连接到洞口的太阳能供电装置进行供电，采集数据通过无线方式传输至工程管理中心，进行永久监测；通过多点位移计，可以随时进行监测，保障了安全。

其中，在所述步骤8）中，TBM施工隧洞贯通后，及时对塌方段进行二次衬砌加强支护，衬砌施作长度单侧大于塌腔段2m，每10m设置一道伸缩缝，衬砌施工完成后全断面进行固结灌浆，灌浆孔深入岩面1.9m，排距3m，环向角度45°，对周边岩面和混凝土与岩面之间孔隙进行加固，这样做是为了保证运行期间检修人员和隧洞的安全。