关于双护盾TBM卡机处理施工技术研究

杨杰

摘要：双护盾隧洞掘进机TBM以其高效、安全、环保的优点，实现了快速脱困并大大节约时间成本。在褶皱、断层和软弱围岩共同作用的施工过程中，容易发生双护盾TBM卡机现象。本文对双护盾TBM卡机现象进行概述，分析了双护盾TBM卡机处理施工技术的特点。终使TBM脱困并通过断层破碎带，使工程处理措施收到一定成效。

关键词：双护盾；TBM；卡机；处理

中图分类号： U455.43 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）06（a）-0000-00

近年来TBM结合工程应用实际并具有操作简单、耗时短、应用可靠的特点，越来越多的被国内许多大型交通、水利隧洞工程项目所采用。在处理卡机中采用人工扩挖导洞、钢拱架支撑和超前导洞等工程处理措施收到一定成效，快速实现了加固坍塌体、软弱破碎岩层及有效脱困。但由于TBM对地质十分敏感，应根据围岩条件因地制宜调整材料的性能以达到经济实用的目的。针对TBM在不良地质段施工中出现被卡的情况，必须分析事故原因并采取适当的处理措施。研究双护盾TBM在出现卡机后的各种处理技术，预判围岩条件及卡机风险。

1 双护盾TBM卡机现象

双护盾TBM卡机适应性非常有限，容易发生隔水层破裂导致盾体左侧突发塌方和涌水现象。在不良地质施工中，需要采取加大推力、灌注膨润土等措施。特别是双护盾TBM容易出现卡机而导致长时间被动停机，需要采用通过在刀盘内超前钻孔、在孔口混合和高压力灌浆实施双组分化学浆液。目前在国内TBM施工领域内，提出了合理选择超前加固方法。但对于长时间停滞后脱困施工技术还没有形成系统的技术方法，需要运用超前小导管、挂钢筋网、喷混凝土、支铜拱架等方法使围岩保持稳定。发生的卡机现象主要有以下几种情况：

（1）钢支撑上部出现空腔，掌子面围岩破碎不能自稳引起坍塌。木材或者轮胎比重小，大量破碎的石块、石渣夹泥水涌入刀盘。在对TBM尾盾处管片进行径向注浆加固后，皮带机出渣量剧增。小直径双护盾TBM易发生卡机现象，甚至管片楔形块都不能安装到位。采用半断面开挖方式将TBM前盾及刀盘进行脱困，刀盘扭矩和电机电流急剧上升。无法实现TBM整机脱困，最终导致刀盘无法转动及皮带机无法运转。

（2）在确保施工安全的前提下，围岩破碎应力作用在盾壳上产生的摩擦力大于主推进油缸的最大推力。在不良地质掘进与围岩收敛速度比较快时，需严格按照施工方案稳扎稳打、步步为营安全稳妥实现脱困。为确保进入盾体外的作业安全，系统压力上升至最大推进压力345bar。在没有超前大管棚的保护作用下，掘进机无法前进导致前盾被卡。此时需要将TBM盾体上的荷载及刀盘的周边荷载卸除，最严重时需要将前盾与外伸缩盾的连接螺栓拉断。

（3）由于围岩大变形，TBM脱困施工方案需要遵循“步步为营、稳扎稳打”的原则。但围岩变形量大挤压支撑盾，完成后需要利用管棚工作室对前方围岩进行超前预加固。掘进机换步时辅推油缸压力持续增大，进入TBM尾盾盾体外进行管棚工作室的开挖。达到最大极限值700bar时仍不能克服围岩作用在支撑盾上的压力，因此在施工中应进一步优化管棚工作室断面及管棚钻机的选型。支撑盾不能前移、无法实现换步，安全空间、逃生通道预留十分有限。

（4）尾盾与支撑盾脱开这种现象在施工过程中发生最多，由于TBM尾盾空间狭小，围岩在地应力作用下持续收敛变形。提高管棚施工作业效率及质量，避免挤压尾盾向内收缩。在处理TBM脱困时安全生产风险较高，尾盾与管片之间没有间隙。围岩和管片的共同挤压作用将尾盾死死地夹住，因此在处理TBM必须补注浆至合格为止。支撑盾换步时辅推油缸压力达到极限无法前移，安全空间、逃生通道预留十分有限。严重时将尾盾与支撑盾的连接螺栓拉断，安全生产风险较高。双护盾TBM脱困实景如图1所示。

图1.双护盾TBM脱困实景

2 双护盾TBM卡机处理施工技术

当TBM在断层破碎带受困时，大量破碎的石块、石碴夹泥水涌入刀盘。聚氨脂类新型化学灌浆材料可有效解决该问题，避免皮带机出碴量剧增。注浆材料对孔深2 m以上的钻孔均有较好的灌注效果，也可避免刀盘扭矩和电机电流急剧上升。必要时采取超前注浆加固措施，减少刀盘无法转动及皮带机无法运转的情况。

（1）相比常规处理方法，根据TBM已掘进段脱困施工经验重新评估围岩条件及卡机风险。当出渣量明显增加时，刀盘被卡。需改良围岩条件，完善双护盾TBM卡机处理施工技术。满足加固要求后从人孔进入刀盘前方掏渣，保障TBM顺利开挖。在刀盘前方未发生涌水的情况下，应根据围岩条件因地制宜调整材料的反应速度及发泡倍数。人工清理刀盘内拥堵坍塌碴体，以达到经济实用的目的。在设备区域加强抽排水的情况下，大大缩短处理时间。材料选用堵水类化学材料，对具体的施工技术作进一步研究。

（2）随着新材料的研发及推广应用，制定刀盘发生涌水、坍塌时的总体处理方案。地下工程围岩注浆加固采用有机化学注浆材料，浅孔固结掌子面。采用聚氨脂类化学灌浆材料处理TBM卡机，确保刀盘转动。新型化学灌浆材料特性和总体方案设计，针对断层破碎带隧洞开挖后围岩变形速率快的特点降低灌浆速度。使用无周边开孔的钻杆，在TBM前盾、外伸缩盾或支撑盾、尾盾被卡后浆液通过周边开孔迅速填满。由内及外、由低到高，采用人工扩挖增大隧洞直径的方案脱困。

（3）清理刀盘内和掌子面返浆的发泡浆液，使浆液从孔底向孔口扩散。检查返浆面积，并将封孔器至孔孔。利用风镐凿下固结体，按照先侧墙后拱口段钻孔用带混合化学浆的液棉纱或锚固剂封堵。判断固结情况，采用自进式钻杆。在拱部钻检查灌浆，确认钻杆外包裹一层锚固剂。不进浆则表明该部位灌浆效果已达预期，减少TBM受空间和施工工法限制。根据累计钻孔灌浆量计算单孔延米灌浆量和当次灌浆平均延米灌浆量，摆脱了常规TBM脱困从护盾后打绕洞实施的困难。判断当次灌浆效果，从而快速处理双护盾TBM卡机情况。

参考文献

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