TBM法施工防卡脱困技术.doc

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TBM法施工防卡脱困技术

TBM法施工防卡脱困技术 一、综述 1 TBM法施工的特点 TBM具有高效、快速、优质、安全等优点,其掘进速度一般是钻爆发的4~10倍。此外,采用TBM还有利于环境保护和节省劳动力,提高施工效率,整体上比较经济。TBM掘进技术体现了计算机、新材料、自动化、信息化、系统科学、管理科学等高新技术的综合和集成,在一定程度上反映了一个国家的综合实力与科技水平。 TBM不足之处在于对不良工程地质条件适应性较差,在复杂地质条件下掘进时易出现各种工程地质问题,掘进效率大大降低;一次性投入费用较大;对施工人员的素质要求高。TBM法施工,在一些工程地质条件较差的局部地段尚可通过一些工程技术手段或两种掘进方法结合解决TBM难题,而当隧道大部分线路都表现为不良工程地质条件时,选用TBM 往往出现决策性失误,带来重大经济损失。 2 TBM法施工有关的工程地质问题 TBM施工有关的不良地质条件,主要包括地质构造、岩性、地应力和地下水4方面因素, 并可细分为不同类别的次级因素。 在TBM 施工中会出现各种各样的工程地质问题,绝大多数与不良工程地质条件有关。有时与一种因素有关,如断层破碎带可引起多种工程地质问题,更多的是几种因素同时存在而引起,即不良工程地质条件和工程地质问题之间存在多种因果关系。大量工程事故实例分析总结得图1-1中多条关联线,就说明了这点。就具体工程而言,往往是一种或几种因素为主导,通过一定的相互作用而导致了工程地质问题发生。这种相互作用在空间上互相关联,在时间上有一定的转化和互为消长。当几种不利因素组合时易出现一些特大型工程地质问题, 威胁到机器和人员安全(如机器损毁等),或构成地 质灾害(如洞内泥石流等)。 从图1-2可得出TBM施工的一些基本认识:构造破碎带与很多工程地质问题有关,是最为不利的控制性地质因素;软岩大变形和突(涌)水、涌泥是极严重的工程地质问题,与岩性和水文地质系统有关。通过对国内外98例TBM 施工工程实例分析后发现:在TBM施工中,围岩大变形、突(涌)水涌泥、岩爆以及瓦斯突出(含煤地层)是导致重大工程事故的主要工程地质问题,尤以软岩大变形和突(涌)水涌泥为甚。在已发生的TBM重大工程事故中,约有72%系这二者所引起,其所占比例分别为37%和35%。 图 1-1 与 TBM 有关不良工程地质条件中的四大因素及相关工程地质问题 图1-2 TBM 施工中主要工程地质问题类型所占比例 二、TBM施工防卡措施 (一)正确决策、选择适当的施工方法 TBM法与钻爆发相比,有许多显而易见的优点,但是也存在对地质适应性差、施工成本高等致命的缺点,选择合理的施工方法,对工程的成败具有决定性的意义。如果施工方法决策错误,工程会将遭到惨重的失败。 施工方法的选择,必须在地质人员认真细致的地质工作基础上,对TBM施工方法的可行性提出初步意见,再由设计人员根据隧道其他条件就采用常规钻爆法与掘进机法开挖进行技术、经济、安全等方面的比较,从而选择合适的施工方法。 1 影响TBM可行性论证的主要地质因素 目前还没有能够适应任何地质条件的“万能掘进机”,TBM只能做到适应大部分或绝大部分地层,因此,在决定采用TBM方法施工之前,必须经过反复论证,特别是对于长大隧道,尽管可行性论证也包括设备性能、工程造价及地质条件等众多内容,但最为重要的是地质条件。 1.1 影响TBM施工的隧道围岩地质条件 初步设计阶段若地质勘察表明,隧道围岩处于以下地质环境时,不适宜采用TBM掘进或TBM掘进时将遇到很大困难。 (1)地应力大的塑性软弱围岩,这类围岩因强度低而围压高易产生大的缩径变形。 (2)类砂性土构成的软弱围岩和具中强等级以上膨胀性围岩段,一般不宜采用TBM掘进,特别不宜采用敞开式TBM掘进; (3)断层破碎带。主要指那些由碎裂岩与断层泥构成的宽大断层带,此带不但围岩自稳性差或根本无自稳能力,而且大多富水,因此不宜采用TBM施工。 (4)涌泥、漏水严重地段。若围岩为软弱围岩层、断层带,严重的柱状涌水、漏水将大大恶化围岩的工程地质条件,一般不宜采用TBM掘进。若采用TBM掘进,将会发生开挖面坍落、坍拱等问题,TBM很难推进。 (5)强烈岩溶发育带。当隧洞穿过岩溶强烈发育段,隧道将极可能遭遇巨大的岩溶洞穴、充填溶洞或充水溶洞(如暗河通道等),TBM掘进或通过都将极为困难,严重时可能发生掉机、陷机、埋机等事故; (6)汇水构造地段。如向斜构造核部,地下水丰富时,易发生埋机事故,特别是由岩溶发育的可溶岩和断层破碎带组成的向斜核部往往会发生严重事故; 1.2 影响TBM掘进效率的地质因素 TBM效率能否充分发挥主要取决于掘进岩石的强度、硬度、结构面的发育程度。 (1)岩石的单轴抗压强度 岩石的单轴抗压强度是影响TBM开挖难易的关键因素。TBM是利用岩

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