TBM穿越某隧道高地應(yīng)力巖爆地段的施工方案

TBM穿越某隧道高地應(yīng)力巖爆地段的施工工藝及施工方法某隧道屬于高地應(yīng)力山嶺隧道，地質(zhì)復(fù)雜，具有巖爆等不良地質(zhì)、安全風(fēng)險(xiǎn)高，設(shè)計(jì)采用18乂施工。18乂如何順利通過(guò)不良地質(zhì)段是施工難點(diǎn)。.巖爆地段概況（1）該隧道深埋高地應(yīng)力地段，洞身大部分段落圍巖屬于硬質(zhì)巖，高地應(yīng)力環(huán)境下具備發(fā)生巖爆的巖性條件。該隧道巖爆等級(jí)與段落長(zhǎng)度預(yù)估如下。隧道TBM巖爆段統(tǒng)計(jì)表序號(hào)起始里程終止里程巖爆等級(jí)長(zhǎng)度（米）1DK18+580DK19+840中等巖爆12602DK19+840DK20+370輕微巖爆5303DK22+618DK24+018輕微巖爆14004DK24+018DK24+768中等巖爆7505DK24+768DK25+268輕微巖爆5006DK25+968DK26+268中等巖爆3007DK26+268DK27+118強(qiáng)烈?guī)r爆8508DK27+118DK127+368中等巖爆250合計(jì)輕微巖爆2430米5840米中等巖爆2560米強(qiáng)烈?guī)r爆850米（2）隧道地層主要為弱富水性花崗巖，需采取灑水、及時(shí)施作錨桿，噴射鋼纖維混凝土、超前鉆應(yīng)力釋放孔、管噴高壓水等措施進(jìn)行應(yīng)力釋放，以確保施工安全。.巖爆段施工原則及措施(1)巖爆段18乂施工時(shí)，應(yīng)“以防為主、防治結(jié)合”，遵循“早預(yù)報(bào)、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的原則，對(duì)開(kāi)挖面前方的圍巖特性、水文地質(zhì)情況等進(jìn)行預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)，準(zhǔn)確把握待開(kāi)挖段巖石的力學(xué)性質(zhì)及開(kāi)挖卸荷下的力學(xué)行為，識(shí)別可能的巖爆類型。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有較強(qiáng)烈?guī)r爆存在的可能性時(shí)，應(yīng)及時(shí)研究開(kāi)挖、支護(hù)對(duì)策措施，做好施工前的必要準(zhǔn)備，確保掘進(jìn)過(guò)程中人員、設(shè)備的安全。(2)施工中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，若有發(fā)生輕微巖爆的可能時(shí)，可加大18乂刀盤噴水量對(duì)易產(chǎn)生巖爆的地段起到一定的軟化作用，促使應(yīng)力釋放和調(diào)整，必要時(shí)可以打應(yīng)力釋放孔或局部噴射混凝土掛鋼筋網(wǎng)封閉等措施進(jìn)行處理，以確保施工安全。根據(jù)巖爆強(qiáng)度與破壞程度，具體施工措施見(jiàn)下表所示。TBM法巖爆地段施工措施巖爆等級(jí)支護(hù)措施輕微輕微巖爆治理以柔性支護(hù)為主，圍巖出露后，立即對(duì)巖面高壓噴水，促使應(yīng)力釋放和調(diào)整；局部采用鋼筋排；按照快速支護(hù)封閉原則，及時(shí)噴射混凝土，必要時(shí)可采用部分柔性鋼絲網(wǎng)或普通鋼筋網(wǎng)。中等對(duì)巖面進(jìn)行高壓噴水促使應(yīng)力釋放和調(diào)整；拱部根據(jù)圍巖的破碎情況使用鋼筋排結(jié)合全圓型鋼拱架支護(hù)；拱部施作漲殼式低預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿，仰拱塊以上施作柔性鋼絲網(wǎng)；及時(shí)噴射鋼纖維混凝土。強(qiáng)烈開(kāi)挖前根據(jù)巖爆超前預(yù)測(cè)情況，評(píng)估超前應(yīng)力釋放的必要性，必要時(shí)實(shí)施。施工時(shí)放慢掘進(jìn)速度，待后部初支體系穩(wěn)固之后再推進(jìn)。拱部安設(shè)鋼筋排，采用全圓型鋼拱架支護(hù)，拱架之間采用半刨型鋼連接；拱部施作漲殼式低預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿；初噴鋼纖維混凝土封閉，與支護(hù)鋼拱架形成聯(lián)合支護(hù)體系；同時(shí)對(duì)巖爆塌腔內(nèi)部回填混凝土。必要時(shí)，采用巖爆等級(jí)支護(hù)措施消能錨桿與鋼拱架緩沖巖爆沖擊能量。3.不同巖爆地段的施工工藝及方法3.1輕微巖爆地段TBM輕微巖爆段施工工藝流程見(jiàn)下圖:輕微巖爆I圍巖噴水促使應(yīng)力釋放 是鋼筋排加強(qiáng)支護(hù)卜 ^二二、是否加強(qiáng)支護(hù)二A否 ，系統(tǒng)錨桿+鋼筋網(wǎng)支護(hù)

噴射混凝土封閉巖面 完成支護(hù)

輕微巖爆施工工藝流程圖在施工中，巖爆控制主要通過(guò)有效地開(kāi)挖控制和支護(hù)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體施工如下：①在必要的工作區(qū)域和易受損的設(shè)備處增設(shè)臨時(shí)防護(hù)設(shè)施，在后配套部分設(shè)置防護(hù)棚，以保證人員、設(shè)備的安全。②TBM開(kāi)挖過(guò)程中，加大刀盤噴水量，減緩掘進(jìn)進(jìn)度，充分降低周邊圍巖的脆性同時(shí)需對(duì)護(hù)盾內(nèi)出露的圍巖立即采取不間斷的噴水措施，使圍巖受到濕潤(rùn)，提高其韌性，軟化表面，促使應(yīng)力的釋放和調(diào)整，從而消除或降低巖爆的程度。③采用巾18鋼筋排（間距5。山）進(jìn)行支護(hù)，避免巖爆石塊掉落后砸壞設(shè)備部件并減少隧道底部清渣量，同時(shí)輔以局部錨桿與消能防護(hù)網(wǎng)加強(qiáng)支護(hù)。由于輕微巖爆一般影響深度較小，常規(guī)的2米以上長(zhǎng)度的錨桿支護(hù)滿足受力要求。如巖爆范圍相對(duì)較大，可在巖爆部位施做長(zhǎng)3m的625漲殼式低預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿實(shí)現(xiàn)快速支護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)也可采用噴射C30鋼纖維混凝土對(duì)出露護(hù)盾圍巖快速封閉進(jìn)行治理。.2中等巖爆地段TBM中等巖爆段施工工藝流程見(jiàn)下圖所示。中等巖爆

做應(yīng)力力釋放孔一

圍巖噴水促使應(yīng)力釋放調(diào)整拱部1200采用鋼筋排超前支護(hù) 拱墻掛設(shè)消能防護(hù)網(wǎng)安設(shè)HW100/150型鋼拱架支護(hù)拱架背部塌腔鋪設(shè)鐵皮預(yù)埋注漿孔塌腔采用細(xì)石混凝土回填密實(shí)噴射混凝土封閉巖面

完成支護(hù)中等巖爆施工工藝流程圖具體施工方法如下：①TBM掘進(jìn)時(shí)，可將刀盤噴水開(kāi)到較大噴水狀態(tài)，邊噴水邊切削，以便及時(shí)軟化掌子面圍巖，防止大的巖爆出現(xiàn)，影響TBM正常掘進(jìn)，同時(shí)控制掘進(jìn)速度。②對(duì)TBM掘進(jìn)過(guò)程中出露的圍巖立即采取不間斷的噴水措施，使圍巖受到濕潤(rùn)，提高其韌性，軟化表面，促使應(yīng)力的釋放和調(diào)整，用以降低巖爆的程度。③必要時(shí)打超前應(yīng)力釋放孔和徑向應(yīng)力釋放孔，提前釋放應(yīng)力。④灑水與徑向應(yīng)力釋放孔施做完成后，如微震監(jiān)測(cè)不穩(wěn)定，則初噴5?10cm的摻納米材料和仿鋼/鋼纖維的混凝土，達(dá)到一定強(qiáng)度后進(jìn)行鋼筋排與全圓鋼拱架的安裝作業(yè)；如微震監(jiān)測(cè)暫時(shí)穩(wěn)定，則立即安裝616?620鋼筋排（間距3cm）和HW100/HW150全圓鋼拱架，鋼拱架之間可采用622mm鋼筋加強(qiáng)連接，鋼拱架安裝間距一般1m左右，并在鋼筋排以外的部位增加68mm鋼筋網(wǎng)片（網(wǎng)格間距25X25cm）；在圍巖出露護(hù)盾后暫未發(fā)生巖爆的情況下，也采取初噴完成后通過(guò)掛設(shè)180°整體柔性鋼絲網(wǎng)再?gòu)?fù)噴的支護(hù)方式進(jìn)行施工，但這種情況一般需要配套625mm漲殼式低預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿加強(qiáng)錨網(wǎng)結(jié)構(gòu)的整體性，系統(tǒng)錨桿（間距1.0X1.0m梅花布置）長(zhǎng)度增加到3m以上，提高支護(hù)體系的整體受力。⑤TBM在巖爆段掘進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)將TBM的護(hù)盾適當(dāng)伸出，以防止護(hù)盾被卡。.3強(qiáng)烈?guī)r爆地段強(qiáng)烈?guī)r爆對(duì)施工人員及施工設(shè)備的威脅最大，需要等待巖爆應(yīng)力釋放后再進(jìn)行支護(hù)，通過(guò)超前應(yīng)力解除爆破形式，使孔內(nèi)爆破后未開(kāi)挖巖體形成的破碎區(qū)基本位于左側(cè)11點(diǎn)、右側(cè)1點(diǎn)位置，且頂拱位置留有一定厚度的開(kāi)挖厚度，以免后續(xù)掘進(jìn)開(kāi)挖過(guò)程中因巖體軟弱不均造成刀盤偏壓。應(yīng)力釋放孔一般采用盾尾超前地質(zhì)鉆機(jī)施作。巖爆破壞初支體系盾尾超前鉆孔：利用18乂設(shè)備上自帶的超前鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，范圍為拱部120°,外插角5?9°,從護(hù)盾位置向掘進(jìn)斷面外圈擴(kuò)散，鉆孔深度15?25m,孔徑89mm,孔內(nèi)爆破，對(duì)刀盤前方未開(kāi)挖巖體形成破碎區(qū)，提前釋放應(yīng)力。護(hù)盾位置超前應(yīng)力釋放孔見(jiàn)圖：護(hù)盾位置超前應(yīng)力釋放孔拿子面護(hù)盾位置超前應(yīng)力釋放孔拿子面超前應(yīng)力釋放完成后，可開(kāi)展丁8乂慢速掘進(jìn)工作，在掘進(jìn)中，需要及時(shí)實(shí)施護(hù)盾后相應(yīng)的巖爆治理措施。TBM強(qiáng)烈?guī)r爆段施工工藝流程見(jiàn)下頁(yè)圖所示。具體施工步驟如下：①施做超前應(yīng)力釋放孔和徑向應(yīng)力釋放孔，并注水降低圍巖表面張力,軟化圍巖,降低巖爆的程度。②啟用雙結(jié)構(gòu)支護(hù)的情況下，圍巖出露后安裝鋼管片，提高支護(hù)體系的整體剛度,將即時(shí)性巖爆及滯后性巖爆都封閉在管片背部,最大限度確保施工安全,管片安裝完成后吹填豆礫石+水泥回填灌漿或水泥砂漿回填,撐靴位置模筑混凝土。

安裝鋼

管片*水泥砂漿回填TBM強(qiáng)烈?guī)r爆段施工工藝流程圖安裝鋼

管片*水泥砂漿回填TBM強(qiáng)烈?guī)r爆段施工工藝流程圖③借助TBM護(hù)盾的鋼筋排存儲(chǔ)系統(tǒng)在拱部120°范圍內(nèi)采用間距5cm的618鋼筋排輔以超前支護(hù)，在邊墻部位安設(shè)消能防護(hù)網(wǎng)，及時(shí)、有效穩(wěn)固出露護(hù)盾圍巖；正洞斷面立設(shè)HW150全圓型鋼拱架，拱架上視空腔情況安裝一定的剛性材料與巖面形成有效支撐，拱架間采用HW100型鋼或HW150半剖型鋼進(jìn)行加強(qiáng)連接，環(huán)向間距1.0m。錨桿安裝窗口注漿孔鋼管片初步設(shè)計(jì)圖④采用L1區(qū)應(yīng)急噴混系統(tǒng)噴射摻納米材料和仿鋼/鋼纖維的混凝土，厚度5cm，加強(qiáng)初支系統(tǒng)整體性及初支強(qiáng)度。拱部坍塌區(qū)域拱架外背采用1.5mm厚鐵皮對(duì)塌腔