双护盾TBM穿越不良地质洞段的施工方案设计

韩佳霖

摘要：TBM即隧洞掘进机是隧洞施工中主要使用的机械设备，双护盾掘进机相较于敞开式掘进机优势更加明显，其良好的适应性能够更好的适应良地质洞段的施工。但是在穿越不良地质洞段的施工过程中，即使使用双护盾TBM，也要注意施工方案设计的科学性和合理性。本文根据施工隧洞地质条件的复杂性和不良性，在施工方案设计中提出空腹管片衬砌技术方案，在提高的灌浆质量的同時，有效的解决了管片施工与止浆环施工之间的矛盾，有一定的推广价值。

关键词：双护盾TBM；不良地质；空腹管片

1 双护盾TBM概述

双护盾TBM，全称为双护盾隧洞掘进机，是各类隧洞施工的主要机械设备，在我国铁路工程和水利工程以及其它类型的隧洞施工中发挥了重要的作用。相较于敞开式掘进机来说，双护盾掘进机在适应力方面表现更佳，在不良地质条件洞段的施工中也比敞开式掘进机表现更为稳定，并且安全度更好，环保性能更好。在引大入秦工程中，应用双护盾TBM进行隧洞的掘进施工，取得了良好的应用效果。即便如此，在应用双护盾TBM在不良地质洞段进行施工的过程中，也要根据实际的地质条件状况和施工要求，制定和设计科学合理的施工方案，采取恰当的施工方法，才能使双护盾TBM的优势得以充分的发挥，才能在保证施工质量的前提下如期完成施工进度。

应用双护盾TBM进行隧洞掘进施工的过程中，需要在护盾按进行管片的安装，开挖掘进的同时在管片与岩壁之间的空间内用豆砾石进行填充，在对豆砾石材料之间的空隙进行灌浆处理，使其形成压浆混凝土，以保证隧洞结构的稳定性和坚固性。管片是在护盾内侧进行安装的，因此在掘进的过程中，地质人员和施工人员无法直观的看到管片连续安装的情况，因此对于隧洞岩层的不良地质构造及时全面的发现，更很难及时采取合理的措施对不良地质进行处理，这就给隧洞灌浆止浆的施工带来困难。为了保证隧洞施工的质量和施工要求，施工单位在采用双护盾TBM进行施工过程中如何能够连续安全管片，又能在必要条件下将岩石界面暴露出来成为难题，也是本文研究的重点问题。

2 双护盾TBM空腹管片的设计

双护盾TBM在进行开挖掘进的过程中，安装管片是利用护盾末尾固定的起重机来操作的，管片安装循环的周期与TBM掘进的循环周期是一致的；在掘进的过程中，隧洞会对TBM产生反作用力，而这种反作用力会通过TBM传递到护盾内的管片上，因此管片的安装是周期性并且是连续性的。

在实际的施工过程中，隧洞的地质条件不是保持不变的，而是随着掘进的推进而发生变化。断层、破碎带等不良地质构造是隧洞掘进中经常遇到的，严重的地质构造，如大型的空穴、破碎带、溶洞也屡见不鲜。同时施工合同也有具体的要求，比如要求管片与岩壁之间要进行回填并灌浆处理，即使是薄弱的拱顶，其强度也有具体的要求。为了能够对各种不停的地质结构进行恰当的处理，并且保存止浆环之间有恰当的等间距，就需要将开挖后的岩石能够暴露出来。那么在复杂的地质构造条件下，TBM掘进与管片周期性连续施工之间就会产生末端，管片施工与止浆环施工之间的矛盾也显现出来。为了有效的解决矛盾，保证施工质量和施工进度，本文提出针对复杂、不良的地质洞段采用空腹管片衬砌的施工方案。

在部分结构复杂的洞段，使用空腹管片代替原有的混凝土管片，二者在外形和尺寸方面都没有任何不同，只是空腹管片内部结构设计为空腹，并设计有腹柱两根，材质为铸铁材料或者钢材料。

空腹管片与原有的混凝土管片相同留有机械插孔，便于空腹管片的安装。在其内部设置有筋板，以将推力传递给管片。在空腹管片上设计有专门的导向槽，结构与混凝土管片的结构是一样的。混凝土通过空腹管片伸入到混凝土管片，这样可以形成止浆环，从而起到止浆和止水的目的。在安装管片的过程中，为了保证精度要求，在空腹管片的周围设置必要的止水条槽，同时配备有止水条。在精度要求上，空腹管片与混凝土管片的要求是一致的。

由于在重量要求上，空腹管片与混凝土管片差不多，因此在安装方面空腹管片与混凝土管片在工艺上没有任何差别，按混凝土管片的安装方面即可，在此不在做详细的阐述。二者相较而言，其不同点在于护盾向前推进于空腹管片相脱离后，需要在空腹管片与岩壁之间进行必要的局部支护，在此可采用钢板垫块来起到稳固支护的作用。特别是对管片底部需要采取轻轨支撑，这样才能保证管片之间的有序性不至于发生错台的现象。

3 空腹管片在不良地质洞段中的应用

3.1 在断层、裂隙地质条件下的应用

双护盾TBM在穿越不良地质洞段时是否应用空腹管片，主要还是取决于断层、裂隙的程度和大小，当断层或者裂隙所造成的影响超过30cm的范围时，就可以采用空腹管片，而且管片使用的数量、安装工艺也要充分的结合断层、裂隙的实际情况。使用空腹管片的范围要超出断层、裂隙影响的范围，一般以超出50cm为宜，这也是为了保证不良地质条件下施工的质量。空腹管片在安装完成后，要注意设置止浆环，通常止浆环的宽度以40cm为宜，起到不良地质洞段与良好地质洞段分隔的作用。止浆环的设置一般采用喷混凝土的方法来施工，可独立施工，也可与支护同时施工进行。如果岩石破碎的程度属于轻微破碎，岩石稳定性并没有因此受到影响，直接在空腹管片内喷混凝土即可，无需另做喷锚支护。但是如果断层或者裂隙严重，岩石破碎程度较重，可将空腹空间加以利用，对软弱层进行开挖，然后进行混凝土的浇筑，从而增加岩石的稳定程度。断层要素示意图如下图1所示：

3.2 空腹管片在止浆环设置中的应用

在灌浆的过程中，进行止浆环的设置，是为了进一步提高洞段开挖支护的稳定性，保证工程质量。由于空腹管片的设计和应用，使得止浆环的设置更加便捷。在布置止浆环的过程中，其间距的设置取决于设备所具有的灌浆能力，一般来说，在安装混凝土管片的过程中，每隔15m安装一个空腹管片。利用空腹，在相邻的管片与岩壁之间安装圆弧薄钢板，钢板安装完成后无需拆模。当管片与护盾相脱离后，在进行混凝土的喷射。在相邻的管片与岩壁之间喷设止浆环，然后将空腹管片也采用混凝土喷射的方式浇筑到设计内径。

4 结论

双护盾TBM穿越不良地质洞段的施工中，设计空腹管片，利用空腹设置止浆环，采取分区灌浆的方式能够很好的保障灌浆的均匀性，对于保证工程质量十分有利。同时，安装空腹管片可以通过直喷混凝土的方式对岩壁起到支护的作用，对于节约施工成本，提高施工效率也具有积极的作用。

参考文献：

[1]宋天田.TBM应用与施工技术研究[D].四川：西南科技大学，2012.

[2]张镜剑. TBM的应用及有关问题和展望[J].岩石力学与工程学报，2014.

[3]苏 枢等.隧洞豆砾石灌浆软膜止浆梗初步设计[J].岩石力学与工程学报，2013.