TBM法隧道刀盘前大坍塌处理方案.doc

一、编制目的
某隧道TBM掘进至里程DyK148+192，刀盘前方出现大面积坍塌，在坍腔处理完毕，稳定了坍腔后，工区面临如何安全、快速有效的通过此坍腔段。工区根据现场情况及TBM设备性能及情况，特编制此方案，以保证TBM能顺利通过此坍腔段。
二、编制依据
1、2009年8月16日建指、设计院、监理与施工单位4方现场会议。
2、我单位类似问题相关施工经验。
3、现场坍腔情况、地质情况。
4、TBM设备性能及情况。
三、工程概况
1、地质情况：
经现场勘测判断：TBM掌子面前方坍腔段围岩为华力西期花岗岩，呈灰白色、肉红色、灰绿色。受构造影响强烈，节理裂隙很发育，节理面多分布有擦痕，为节理密集带。节理裂隙多为宽张及微张。节理面呈灰白色及灰绿色，有高岭土、绿泥石充填物。岩体破碎，呈碎石、块石状结构。在拱部裂隙水呈线状滴落。该段在掘进时由于围岩自稳性较差，受掘进扰动引起局部失稳，开始坍塌，形成坍腔。
2、施工情况：
某隧道TBM掘进至里程DyK148+192时，刀盘前方出现大面积的坍塌，形成了一个纵向长度约10m，宽约6m，最大高度约8m，与线路约成30°夹角的坍腔，其平面及线路纵向剖面示意图见图2、图3。工区按照2009年8月9日四方变更会议纪要中的坍腔处理技术措施（方案示意图见图4），在进行了为其10天坍腔的处理后，稳固了坍腔。但坍腔内坍落的碴体在刀盘前方形成一个坡度大致为1：1的坍塌体，仍将刀盘卡住，此见现场照片（图5）。

图2：坍腔平面示意图 图3：坍腔纵向剖面图

图4：坍腔处理方案示意图

图5：刀盘与碴体
四、TBM过坍腔段施工方案
目前刀盘前方坍腔段长度约为10m，里程DyK148+193～+203。根据坍体样式以及刀盘被卡停机时通过刀盘内的刀孔查看前方围岩的情况，可初步判定在隧道掘进断面内，其上部是坍碴体，下部仍为基岩，其示意如下图6。

图6：坍腔段横断面示意图 图7：坍腔段TBM步进断面图
根据TBM机械特性，此半断面虚碴、半断面基岩，不宜采用TBM掘进，且震动与推力影响范围大，此对刀盘刀具损害严重，且可能引起再次坍塌，坍碴体很容易再次卡死刀盘。为此，此坍腔段决定采用人工处理，开挖出大于刀盘断面的圆形断面，然后TBM步进通过，方案示意图见图7。具体施工工艺见图8。

图8：坍腔段施工工艺图
1、坍碴加固处理
因随部分坍碴体的清除，新裸露出来的基岩面，进行喷砼封闭，厚度5cm。位于开挖断面外侧的岩面，加设锚杆、网片（布设参数与坍腔处理方案一样），喷砼厚度20cm。
在坍腔内增加横撑，防止坍腔两壁出现较大收敛变形，导致再次出现坍塌。横撑选用Φ150钢管，布设位置其高度大于开挖断面以上1m，间距1榀/1m。
2、坍碴加固
因洞内坍碴量大，且部分坍碴位于开挖断面外侧，无需进行全部清除。但为保证现场作业人员的安全，在进行坍腔内开挖作业之前，应对坍碴进行注浆固结，防止在开挖作业时坍碴滑落伤人。坍碴固结施工工艺为：清理平台→表面喷砼→司钻注浆管→注浆固结；施工方法示意图见图9。

图9：坍碴固结施工方法示意图
1）、清理平台
由人工从上之下，每间隔1.5m高度，沿坍碴体面清理出1个不小于1m宽度的平台。
2）、表面喷浆
对坍体表面进行喷砼封闭，厚度5cm。其作用一是：防止表面石块掉落；二是：保证坍碴体注浆浆液不外渗。
3）、司钻注浆管
在坍碴体上司钻，埋入Φ42注浆小导管，导管长5m，导管间按1m间距布设。
4）、注浆固结
注水泥单液浆固结，水灰比1：1，注浆压力1～1.5MPa。
3、行人通道扩挖
对左护盾侧坍腔进行扩挖，以满足人员及材料能顺利通过此通道，通道净空宽度大于60cm。
根据现场护盾侧坍腔情况，由上往下分两期进行行人通道的扩挖。第一期：将行人通道底部扩挖至开挖断面大跨位置，出护盾后，通过搭建木板平台，延伸至设备桥上。此行人通道使用时间至开始进行下台阶施工前。第二期：将行人通道底部扩挖至开挖断面内仰拱块铺设面，出护盾后，通过搭建木板平台，延伸至隧道底部。其示意图见下图10：

图10：行人通道扩挖示意图 图11：三台阶开挖示意图
4、坍腔段开挖
依照TBM步进断面开挖断面样式（图7），在坍腔段对不完整的基岩断面进行开挖作业，直至整个开挖断面为完整的基岩面。
首先可利用刀盘前方已清出的上半圆宽度，在刀盘前0.5m及1m距离架设2榀TBM步进断面尺寸的钢拱架。其除作为坍腔段围岩结构支撑作用外，还可作为前方开挖的导向拱架。沿拱架延伸方向进行围岩开挖。
开挖方法：采用上、中、下三台阶法进行开挖，中、下台阶分界线为上下半圆分断面处。首先完成上台阶开挖支护，拱架背后铺设钢板，然后在拱顶回填注浆，厚度50cm，形成拱部支撑。而后进行中、下台阶开挖支护施工。本段分台阶开挖示意图见图11。
开挖方式：采用Φ50脚手架管搭建作业平台。软弱围岩采用风镐剔除；无法剔除的围岩或无法搬运的大石块则采用松动爆破处理。
开挖进尺：上台阶每一循环进尺控制在架立1榀拱架范围内（0.5m）；中下台阶每循环进尺控制1m范围内。
开挖所用风、水、电： TBM上自行配有相应的设备，由相应管线的引入，可满足现场施工需要。
出碴途径：人工出碴，主要通过刀盘刮碴孔装入，由TBM皮带机运输至矿车内。前期一部分可通过行人通道清出，再由人工装入碴斗内，有平板车运出。
5、坍腔段支护
在开挖断面上半圆范围内，设Φ42超前小导管，长4.5m，环向间距40cm，每环小导管间搭接1m，小导管注水泥单液浆。
坍腔段围岩支护详见支护参数表2：
表2 坍腔段支护参数表
初 期 支 护 参 数
二次衬砌（cm）
喷砼cm
锚 杆
钢 筋 网
钢支撑榀/m
厚度
位置
位置
长度m
间距(m)
位置
直径mm
间距(cm)
25
全断面
全断面
3.0
0.5×1
全断面
Φ8
15×15
1榀/0.5m
50
1）、钢架安装
开挖后初喷4cm厚砼，然后架立钢架。每榀钢架采用8分片组装，上台阶3片、中台阶2片、下台阶3片，其加工安装样式见图12。为保证钢架结构整体稳定，钢架纵向采用I16工钢连接，环向间距1m。
2）、锚杆、网片及预埋管安装
在有基岩处施作锚杆，立钢架处，每侧拱脚必须采用4根锁脚锚杆固定钢架。网片全环铺设，与拱架焊接上，坍腔处网片背后再铺设3mm的钢板，封闭坍腔。间隔5m由高到低埋设排气管（Φ50）、吹填缓冲层管（Φ80）、细石砼回填管（Φ60）。预埋管安设示意图如图13。

图12：钢架断面图 图13：预埋管安设示意图
3）、喷砼
采用湿喷砼，强度C25,由下至上喷砼。为保证TBM步进撑靴正常受力，必须保证喷砼面圆顺。
4）、二次衬砌：采用钢筋混凝土样式，钢筋的绑扎样式参照V级围岩，A-1断面样式。
6、围岩加固
为保证TBM机械的顺利通过，以及防止以后围岩继续变形对结构的破坏，在开挖后的断面内，进行全环径向注浆加固。注浆管采用Φ42小导管，单根长4.5m，间距1.0*1.0m，梅花型布置。注浆采用水泥单液浆，水灰比1：1，注浆压力1～1.5MPa。
7、回填细石砼及吹填缓冲层
在整个坍腔段支护完成后，为保证TBM的顺利通行，特别是保证TBM撑靴处能受力，必须及时对坍腔处进行回填。回填材料采用C25细石砼，依据预埋细石砼回填管高低（提前预埋、编号），由低到高，分层对摊前进行回填，回填高度至拱顶以上1m高度。
在TBM通过此坍腔段后，利用TBM设备平台，再通过预埋的缓冲层管，进行吹填粉煤灰，厚度2m。
8、监控量测
1）、因坍腔段处理时间较长，TBM护盾后至喷砼区还未进行喷砼支护段围岩随之暴露的时间也长，所以需要按既有的监控量测方案，继续对进行监控量测。根据数据资料，若有围岩变形较大处，及时加强支护。
2）、坍腔段内埋设2～3组点，通过收敛仪量测观察其是否还在进行收敛变形，并及时反馈数据，指导施工。
3）、在坍碴体上埋设2～3个点，通过收敛仪量测观察，经过注浆加固的围岩是否稳固，在进行开挖作业掏碴时是否有滑动变形，以便及时采取防范措施。
五、作业人员及机械设备配置计划（坍腔段施工）
1、施工人员配置情况：
为快速、高效的完成对坍腔段施工，作业人员分三班作业，每班配置人员情况见表1。
表1： 人工开挖作业人员配置表
序号
工 种
人数
1
领工员
1
2
施工技术人员
1
3
安全员
1
4
司钻人员
6
5
支护人员
8
6
清碴人员
10
7
运碴人员
4
合计

31
2、机械设备及主要材料配置情况见表2。
表2： 机械设备及主要材料配置表
编号
名称
数量
规格
备注
1
风动凿岩机
5台
YT-28
2台备用
2
风镐
8台

2台备用
3
钻头
50个
φ40/φ50

4
钻杆
18根
2.5m/3.5m/5m
各6根
5
注浆机
1台
单液

6
碴斗
30个

7
圆锹
30把

8
小导管
1800m
φ42
单根加工长3.5m或4.5m
9
通风机
1台
5kw

10
木板
1 m3

11
脚手架管
100m
φ50

12
水泥
2000吨
R42.5
袋装
13
空压机
1台
20m3/min
TBM自带
六、安全施工注意事项
1）、现场作业人员必须严格按照技术交底要求作业，执行技术标准，且不得随意调整作业工序。
2）、进洞作业人员，必须佩带相应的安全防护用品，保证作业安全。
3）、现场专职安全员必须严格按照安全作业程序或技术交底要求，逐一检查落实安全防范措施是否到位，督促现场安全作业。
4）、各种安全应急设备及材料必须准备到位。
5）、及时扩挖行人通道，保证其通畅。
6）、保证作业环境下充足的照明及通风效果。
7）、临时作业平台（脚手架作业）：
作业平台搭建时，必须保证其牢固，落脚尽量在两侧岩石上，不得落于虚碴上。
脚手架的作业面的木板必须满铺，不得留有空隙和探头板。脚手板与岩壁之间的距离一般不应大于20cm，木板应与脚手架绑扎牢固。
正确使用个人安全防护用品，必须着装灵便（紧身紧袖），在高处（2m以上）作业时，必须正确佩戴、使用安全带，穿防滑鞋。
脚手架扣件需扣牢钢管，螺栓需拧紧，且安排专人时常检查，保证每个扣件的牢固与稳定。
拆除时应做到：拆除作业必须由上而下逐层进行，严禁上下同时作业；各构配件严禁抛掷至地面。
8）、爆破作业：
严格爆破设计，做到“短进尺、弱爆破、强支护”。
站在碴堆上钻眼时，应注意石碴的稳定，防止操作中坍滑伤人。
使用带支架的风钻打眼时，应将支架安置稳，避免滑移，沉陷，倾倒。
严禁在残眼中继续钻眼。
TBM刀盘前爆破作业，必须统一指挥；爆破前应对设备进行防护；爆破时，所有人员应撤至不受有害气体搬动及飞石伤害的地点。
爆破后必须经过15分钟以上的通风排烟后，恢复充足的照明，检查人员才能进入工作面检查，检查内容为：
a、有无瞎炮及可疑现象;
b、有无残余炸药及雷管；
c、顶部及两边有无松动石块；
d、附近支护有无损坏和变形。
当发现瞎炮时，必须由原爆破人员按规定进行处理。
9）、喷锚支护作业：
初喷前应设专人仔细检查围岩受喷面，彻底清除危石，并用高压风将开挖面的粉尘、杂物清理干净。
喷砼作业人员必须配带防护用具、胶皮手套、防尘口罩，防护眼镜、防护罩等。
喷嘴前方不得站人，处理管路堵塞时，要防止喷头摆动，喷射伤人，关风排压后，方可进行拆卸及维修。
经常对已喷砼进行观察与捡查，发现异常应立即处理。
打锚杆眼前，首先要检查已喷砼面是否有空鼓、剥落等弊病，并及时清除隐患。
立拱时必须严格控制水平、中线；连接板螺栓必须上紧，坚决不留下安全隐患。
发现钢拱架倾斜、弯扭、变形等异常情形时必须立即采用加固与防护措施。
10）、严格执行用电及电焊作业的安全防护措施。
11）、其他事宜参照《隧道施工安全技术交底》实施。

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