TBM通過地質(zhì)不良地段的處理

1、一、 般斷層及破碎帶TBM掘進施工磨溝嶺隧道工程地處秦嶺中低山區(qū)，砂粘土、碎石土、卵石土，大量為破裂大理巖，巖石較軟，較發(fā)育，適于TBM破巖，但同時要求支護加強，故要求恢復(fù)刀盤手噴砼系統(tǒng)，遇大的斷層時，應(yīng)先將錨桿插入護盾上焊的14孔中，然后立拱架，掘進半個循環(huán)馬上用噴砼封閉巖層，事實證明此方法可靠，當噴完砼后再視圍巖情況立第二榀拱架。當圍巖轉(zhuǎn)好時可用16拱架與槽鋼、格柵支護間做，以加快進度。在特殊地段進行超前一般破碎帶，預(yù)注漿施工。開挖輪廓出露時，對破碎帶觀察，可視情況支護如下、類圍巖采用錨桿掛網(wǎng)，鋼拱架（槽鋼）和噴砼持護，類圍巖以上則半圓以上部位打錨桿掛網(wǎng)噴砼支護，要求網(wǎng)片密貼巖面，保證噴砼

2、質(zhì)量，噴砼的好壞將直接影響鋼網(wǎng)噴支護的質(zhì)量。根據(jù)磨溝嶺隧道的特點，地質(zhì)觀察。 圍巖地質(zhì)判斷 很差 一 超前預(yù)注漿 般 掘進 支護1 超前地質(zhì)預(yù)報積極開展施工地質(zhì)超前預(yù)報，是合理確定掘進及支護參數(shù)的前提條件和重要措施，這項工作應(yīng)貫穿于隧道工程建設(shè)的始終，其主要步驟為： 前期準備 分析研究已有地質(zhì)資料 1.以地質(zhì)觀測為基礎(chǔ)，選有多種手段； 2.做好宏觀與微觀、定性與定時相結(jié)合； 施工地質(zhì) 3. 工程地質(zhì)貫穿全隧施工； 4. 針對特殊地段，制定相應(yīng)對策。 信息反饋 及時提供地質(zhì)信息，供設(shè)計、施工參考 施工驗證 再反饋，經(jīng)指導(dǎo)改進地質(zhì)預(yù)報前期準備根據(jù)線平導(dǎo)掘進超前地質(zhì)探測情況，采用地質(zhì)為比法推延線隧道

3、，線隧道地質(zhì)平、剖圖見附圖施工地質(zhì)是以地質(zhì)觀測常規(guī)手段為主，必要時輔以TBM超前地質(zhì)探測系統(tǒng)，根據(jù)掌子面及其附近圍巖的地質(zhì)觀測、素描（著重結(jié)構(gòu)面性質(zhì)及其組合關(guān)系，軟弱夾層和涌水特點等），通過作圖（各種寺質(zhì)斷面圖、平面圖），分析判斷掌子面前方（近距離、一般數(shù)米以內(nèi)）地質(zhì)構(gòu)造、巖體穩(wěn)定情況，提出開挖參數(shù)和防坍措施。一般每循環(huán)作業(yè)進行相應(yīng)的預(yù)報，提供寺質(zhì)信息，并經(jīng)施工掘進驗證，提高改進地質(zhì)預(yù)報的正確性。1. 超前預(yù)注漿掘進中遇斷層破碎帶、類圍巖，視圍巖自穩(wěn)能力，可利用TBM超前地質(zhì)鉆及注漿系統(tǒng)進行地質(zhì)超前預(yù)注漿施工加固圍巖后再行掘進。注漿參數(shù)的選擇，根據(jù)圍巖工程地質(zhì)和水文地質(zhì)，如圍巖孔隙率、裂隙大小

4、、滲透系數(shù)、涌水量、水壓等，施工時以試驗確定。預(yù)注漿參數(shù)見附件一2. 掘進可使用電驅(qū)動形式，也可利用TBM輔助液壓驅(qū)動形式，刀盤具有較高的脫因扭矩并具有自動反轉(zhuǎn)特性。2.1 TBM施工不良地質(zhì)的特點：作為TBM施工，切削巖石對圍巖的擾動相對鉆爆法較小，其圍巖穩(wěn)定的前提條件相對優(yōu)越，但由于TBM上支護設(shè)備位置限制，其初期支護一般不能象鉆瀑法施工那樣及時、靈活，針對秦嶺隧道采用的TB880E掘進機而言，按1.80m/h速度掘進，拱部及邊墻錨桿分別需在開挖后313h才能施作；按15m/天速度掘進，在正常情況下，噴射砼需在開挖后5天才能施作。對于巖石特別破碎地段，利用手噴（對機器污染特別嚴重），在開挖

5、后3h方可施作。因此在系統(tǒng)初期支護完成以前，圍巖要暴露5天以上，暴露長度75m，出現(xiàn)圍巖松弛變形，落石的概率極大，對圍巖受力和TBM設(shè)備的安全非常不利。由此可看出，TBM施工不良地質(zhì)地段是有其特點的：2.1.1 TBM施工初期支護不如鉆爆法施工及時。TBM初期支護的各個工序在開挖后的不同位置平行作業(yè)，互不干擾，不象鉆爆法施工能很快形成系統(tǒng)支護。2.1.2 TBM施工初期支護設(shè)備位置固定，其支護必須一次成功，自身無法進行補強，遠沒有鉆爆法施工時機動靈活。2.1.3 TBM施工初期支護的目的除為圍巖提供支護抗力外，還要確保在初期支護全部完成（噴砼前），不坍陷、掉塊損壞機器。2.1.4危石處理困難。

6、由于TBM設(shè)備龐大，占據(jù)隧道大部分空間，初期支護前巖石暴露時間又較長，極易出現(xiàn)危石損壞設(shè)備，這就需要根據(jù)設(shè)備分布位置，選擇合適時機，進行找頂、取石，遠不如鉆爆法時方便。2.2圍巖坍塌、掉塊的特點：2.2.1斷層破碎帶引起的坍塌：秦嶺線隧道進口段區(qū)域性斷層和一般斷層累計有28條之多，這是選成圍巖產(chǎn)生坍方的主要原因，如果斷層面方向與隧道軸線方向夾角較小，而且傾角又較小，就會使斷層帶出露范圍較大，當開挖通過以后，圍巖平衡狀態(tài)被破壞，導(dǎo)致應(yīng)力重分布，圍巖承載力降低，斷層破碎帶受力不平衡，但在圍巖出露刀盤護盾前，尚很難進行必要的支護（只有超前處理），即會產(chǎn)生圍巖不同程度的坍方。2.2.2節(jié)理密集帶及擠壓

7、軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的坍塌、掉塊：節(jié)理較密集地帶、節(jié)理間距較小，巖石的抗壓強度受到節(jié)理面的影響。節(jié)理面的填充物質(zhì)，抗壓強度較低，隧道開挖后，原始應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞，應(yīng)力二次重分布，圍巖承載力降低，易造成坍方，而且節(jié)理發(fā)育，節(jié)理多在23組，或3組以上，呈X型或米字型交叉布置，更易造成受力不平衡，造成坍塌、掉塊。擠壓軟弱結(jié)構(gòu)面在斷層附近較發(fā)育，一般厚約5100cm，主要由碎裂巖、構(gòu)造擠壓巖或糜棱巖組成，巖面有滴水或股狀線型出水，這類巖石開挖后立即產(chǎn)生很大坍塌，但由于水的破壞作用及時間推移，圍巖變形將逐漸增大，易產(chǎn)生坍塌、掉塊。2.2.3巖爆造成坍塌、掉塊：巖爆是隧道開挖后，圍巖應(yīng)力超過其強度，圍巖失穩(wěn)、

8、爆落。在埋深較大陡坡地段，石質(zhì)堅硬，巖體完整性較好的情況下，受高地應(yīng)力及斜坡應(yīng)力的影響，經(jīng)常出現(xiàn)巖爆現(xiàn)象，持續(xù)時間均4天左右。巖爆部位大部分出現(xiàn)在隧道右側(cè)四分之一圓范圍內(nèi)（與地形有關(guān)）。秦嶺隧道埋深較大，最深達1600m，、類圍巖較多，巖爆發(fā)生非常頻繁。2.2.4水造成坍塌：水是造成隧道工程病害的重要因素，水將對構(gòu)造角礫石、碎裂巖、糜棱巖、斷層泥及各種充填物起破壞作用，降低其強度，其承載能力顯著降低，斷層破碎帶、節(jié)理密集帶、軟弱結(jié)構(gòu)面帶，水的出現(xiàn)，都會加劇坍方的發(fā)展，對二次襯砌的砼侵蝕和破壞作用，都將是永久的隱患，治坍必先治水。2.2.5撐靴影響：掘進需要的推力由撐靴來提供，當撐靴處巖石破碎，

9、不能滿足撐靴壓力時，即造成坍塌，特別當?shù)侗P處在堅硬巖石中，而撐靴處在破碎帶（如掘進通過斷層后）時，掘進所需推力較大，此時更易出現(xiàn)由于撐靴影響而引起坍塌。2.3支護措施：TB880E開敞式硬巖掘進機比較適合硬巖的開挖掘進，對于不良地質(zhì)段適應(yīng)性較差，但我們有必要根據(jù)機器的性能及現(xiàn)場實際情況制定可行的辦法，使TBM安全、快速通過不良地質(zhì)段。2.3.1通過斷層破碎帶：掘進機通過斷層破碎帶時，因石質(zhì)較軟，掘進速度快，每循環(huán)1.8m掘進時間不多于1小時。在掘進過程中，拱部不斷有石塊滑落，為確保施工人員安全，底部虛碴按常規(guī)只有等停機找頂安全后方開始清除，才能開始16全圓拱架立設(shè)，立設(shè)一榀拱架一般需要1小時，

10、兩榀就需2小時，還沒有考慮底部清碴影響，因此掘進每一循環(huán)1.8m至少需3小時，其中至少2個小時耽誤在支護上，另外，滑落的大石塊會砸壞前部錨桿鉆機及操作平臺，將影響正常的掘進。要確保TBM安全，快速通過斷層破碎帶，可以從以下兩個方面采取措施：A.防止石碴大量掉落，減少清碴量；B.采取其它支護措施，不立16全圓拱架或少立16拱架。針對以上問題，我們組織專門技術(shù)力量，結(jié)合客觀實際采取了如下措施：在刀盤護盾下面（即環(huán)形拱架安裝器上面）間隔15cm焊上一根長100cm、內(nèi)徑40鋼管。坍落較嚴重時，預(yù)先插上22螺紋，長度一般3m長，根據(jù)需要而定。同時預(yù)先在鋼筋上安好網(wǎng)片，再立好拱架，打好鎖腳錨桿，將大量落

11、石兜在網(wǎng)片上，減少清碴量，確保人員安全。實際證明，這對控制落石量、減少清碴量、確保清碴人員安全非常重要。在16全圓拱架立設(shè)方面，一方面根據(jù)預(yù)測提前作好各種準備，準備好各種使用工具和拱架及配件；另一方面，對職工進行工藝培訓(xùn)，使他們熟練掌握施工工藝。在斷層破碎帶，對于沒有地下水影響、斷層面與隧道軸向夾角較大、傾角較大地段，采取了一些支護措施，減少支護對掘進的影響。把16全圓拱架設(shè)計間距變?yōu)?.8m或2.7m，中間輔予槽鋼拱架、格柵拱架加固，減少停機支護時間；根據(jù)現(xiàn)場實際情況，把16全圓拱架立設(shè)時間改在保養(yǎng)維修班人工立設(shè)，但這要當班的技術(shù)人員和施工人員有良好的判斷力和經(jīng)驗，確保隧道的安全；由于砼機械

12、手偏后，要求前部手噴系統(tǒng)隨時準備好，根據(jù)反饋過來的量測數(shù)據(jù)隨時快速封閉巖面；錨桿按設(shè)計采用系統(tǒng)錨桿外，還要求每班下班前，再緊固一次所有錨桿螺栓，施加預(yù)應(yīng)力；除確保噴漿厚度810cm外，坍穴內(nèi)、機械手噴嘴必須接長，封閉好坍穴面，而且鋼拱架要求噴嚴，以利下步防水板掛設(shè)，避免防水板的損壞。采用這種方法通過斷層破碎帶，可大量減少停機支護時間，充分提高掘進速度，發(fā)揮TBM功效，同時可確保人員和機器的安全，確保隧道初期支護質(zhì)量。如fsn11、fsn12斷層，fsn11、fsn12兩斷層均為壓性逆斷層，斷帶主要由碎裂混合片麻巖和斷層泥礫組成，巖體極為破碎，呈碎石狀壓碎松散結(jié)構(gòu)，無水。巖體穩(wěn)定性極差，坍塌極為

13、嚴重。至98年11月15日處理定時為止，拱部最大坍塌深達78m。坍方總量達500多方，屬大型坍方。此斷層為秦嶺隧道TBM掘進遇到的最為嚴重的一個斷層。98年11月3日至8日掘進通過時，共安裝鋼拱架九榀，清碴近200方，噴灌砼、注漿回填80多方，但仍不能有效控制坍塌發(fā)展。其后因坍方繼續(xù)發(fā)展，致使拱架變形過大，個別拱架已侵入襯砌凈空。11月9日至11月15日停機對變形拱架進行卸載、拱架歸位、噴射砼封閉巖面、注漿回填等處理，共處理拱架六榀，清碴200多方，注漿回填150多方。2.3.2通過節(jié)理密集帶及軟弱結(jié)構(gòu)面帶：秦嶺線隧道進口段、類圍巖約1206m，節(jié)理密集及軟弱結(jié)構(gòu)面地段較多，如果僅考慮如何快速

14、掘進，不重視初期支護質(zhì)量，那將是隧道安全的一大隱患。對于節(jié)理密集帶及軟弱結(jié)構(gòu)面帶制定了如下措施：A.按設(shè)計采取系統(tǒng)錨桿、掛網(wǎng)、噴漿，另外采用槽鋼拱架或格柵拱架加固；B.根據(jù)量測結(jié)果，對于變形速度超過要求的，人工架立16全圓拱架，加強鋼性支護；C.嚴格按初噴、復(fù)噴要求噴漿，確保噴漿砼厚度10cm以上。2.3.3 TBM通過巖爆地段：巖爆按其規(guī)模分輕微巖爆、中等巖爆、強裂巖爆。輕微巖爆主要表現(xiàn)為：巖爆坑成片連續(xù)分布，規(guī)模小，坑徑幾十厘米，且較淺，爆落數(shù)量小，這對正常施工影響較小。處理辦法為鉆淺孔、噴水、釋放應(yīng)力、掛網(wǎng)、噴漿。中等巖爆主要表現(xiàn)為：巖爆坑成片連續(xù)分布，巖爆坑明顯，規(guī)模較大，坑徑可達數(shù)米

15、，坑深小于2m，爆落巖片尺寸較大，數(shù)量多，直接威脅施工人員與設(shè)備的安全，處理辦法：A.鉆淺孔、噴水釋放應(yīng)力；B.及時錨、網(wǎng)、噴，格柵拱架、槽鋼拱架支護，控制落石；C.現(xiàn)場確定立設(shè)16全圓鋼拱架。強裂巖爆主要表現(xiàn)：巖爆坑連續(xù)分布，坑深可達2m及以上，爆落巖片尺寸大、數(shù)量多，且造成圍巖大面積開裂失穩(wěn)，嚴重威脅施工人員及設(shè)備安全，處理辦法立16全圓鋼拱架、再輔予格柵、槽鋼拱架，及時模注砼支護。另外，巖爆有時并不是開挖后立即發(fā)生，發(fā)生時間一般在兩個月內(nèi)，應(yīng)此，有必要組織專門人員進行安全常規(guī)檢查，確保過往車輛及人員的安全。2.3.4 TBM通過有水地段：對于圍巖滲水地段，有必要采取加強支護措施，確保初期

16、支護的質(zhì)量。對于節(jié)理密集等軟弱圍巖地段，要求立16全圓拱架，再輔予網(wǎng)格100×100mm鎖腳錨桿加固。對類圍巖等節(jié)理發(fā)育地段，必須采用系統(tǒng)錨桿，L=3m，間距1.0×1.0m，網(wǎng)格150×150mm，同時用格柵或槽鋼拱架加固，使拱部成一系統(tǒng)支護。對于、類圍巖有水地段，也必須錨桿、掛網(wǎng)、噴漿、支護。有水地段須加密環(huán)向透水管，同時須用草繩等引用排水，防止巖面被大面積淋濕，造成噴漿困難。對有水段必須采用特殊的噴漿工藝，即保證能封閉好巖面，又確保噴漿厚度，已有專門的研究。四 4 地質(zhì)不良地段的處理4.1 TB880E為開敞式機型，主要適用于中等硬度以上巖石，且圍巖穩(wěn)定性較

17、好的地質(zhì)，TBM施工受地質(zhì)條件影響的主要因素有：4.1.1巖石的干抗壓強度：掘進貫入度隨著強度的增高而降低；4.1.2圍巖的節(jié)理裂隙發(fā)育程度：節(jié)理裂隙越發(fā)育，掘進貫入度越大，掘進速度越快，但支護工作量相對增加；4.1.3巖石主結(jié)構(gòu)面方向：主結(jié)構(gòu)面方向與隧道軸線夾角越小，越容易掘進；4.1.4巖石硬度：硬度越高，刀盤貫入度越小，掘進速度越慢；4.1.5巖石的耐磨性：耐磨性越高的巖石，貫入度越小，刀具的消耗量越大。4.2秦嶺隧道不良地質(zhì)及其特點秦嶺隧道地質(zhì)主要為混合花崗巖和混合片麻巖，除局部斷層或斷層破碎帶外，圍巖的穩(wěn)定性都很好，但針對TB880E而言，仍存在著各種各樣的掘進“障礙”：4.2.1斷

18、層及斷層破碎帶掘進通過斷層及斷層破碎帶時，在掌子面及巖面沒出露護盾字之前，就出現(xiàn)掌子面以及開挖面巖石坍塌、從護盾后部向外落石的現(xiàn)象，其主要特征為：掌子面跨坍。大量的石塊堵塞皮帶機，需停止掘進，轉(zhuǎn)動皮帶機輸渣。開挖面坍塌。開挖面出露護盾后，出現(xiàn)大量落石，砸壞錨桿鉆機，且引起刀盤后面無法清雜渣需停止掘進處理后方可開始。撐靴位置跨坍。巖石松軟，無法承受撐靴壓力（4 kg/cm2）。撐靴工作時，在隧道側(cè)壁處引起大量的圍巖脫離巖壁。4.2.2主結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀主結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀對圍巖穩(wěn)定影響特別大，結(jié)構(gòu)面走向與隧道軸向夾角越小，越容易發(fā)生巖石坍塌剝落現(xiàn)象，根據(jù)掘進以來情況總結(jié)，當斷層主結(jié)構(gòu)面走向與隧道軸向夾角小于

19、45°，傾角小于45°時，在結(jié)構(gòu)面附近，極易出現(xiàn)坍塌。4.2.3高地應(yīng)力在埋深較大和陡坡地段，石質(zhì)堅硬、巖體完整性較好的情況下，受高地應(yīng)力及斜坡應(yīng)力的影響，在隧道右上側(cè)四分之一圓范圍內(nèi)，出現(xiàn)巖爆現(xiàn)象 。4.2.4節(jié)理發(fā)育程度在秦嶺隧道進口標段，存在著相當長的巖石不發(fā)育段，且?guī)r石強度高、巖石耐磨性好、硬度高，致使貫入度僅達到1.1 mm/rpm ，每循環(huán)掘進時間達到5.0h，嚴重制約了掘進。4.3不良地質(zhì)的處理針對秦嶺隧道的各種不良地質(zhì)，在施工過程中采取不同的方法進行處理。4.3.1 F4區(qū)域性斷層處理F4斷層由碎裂巖和斷層泥礫組成，為逆斷層，通過隧道長度為130m，伴有4條

20、次生小斷層。斷層巖體多呈碎石狀壓碎結(jié)構(gòu)，局部為松散結(jié)構(gòu)，有滴水。在線施工時，出現(xiàn)過大坍塌。為TBM保證順利通過，采取由線平導(dǎo)進入線用鉆爆法進行開挖，并完成襯砌， TBM到達后直接步進通過。4.3.2掘進掉塊落石處理掘進過程中，由于節(jié)理裂隙或巖爆造成的掉塊落石 ，施工中主要通過各種不同的支護形式，支頂巖石限制落石或?qū)赡芴鷰r石進行預(yù)加固，主要支護形式有：16全圓鋼支撐體系支護，輔助網(wǎng)片和22鋼筋棚架。錨網(wǎng)噴支護體系，輔助222格柵鋼架和12槽鋼鋼架。4.3.3掘進坍塌處理掘進過程中，由于斷層造成坍塌，形成空洞，施工中，一方面采用16全圓鋼支撐體系支護，另一方面，及時在空洞中穿入型鋼，并噴灌速凝

21、砼，防止巖石繼續(xù)坍塌。98年11月3日通過的fsn11斷層在掘進后發(fā)生了大約300m3的坍塌，其處理方法見另節(jié)。4.3.4撐靴懸空處理由于節(jié)理或巖石破碎，造成撐靴處巖石坍塌，引起撐靴懸空無法提供掘進反力，此時需調(diào)整撐靴縱向位置，也可在撐靴沒到達前灌注速凝砼或用背材填塞牢固，在允許的情況下也可放棄一個支撐進行掘進，但必須控制掘進推力。4.3.5巖爆處理針對巖爆地段，采取掘進出露后鉆孔、噴水等方式，減少巖爆發(fā)生，同時增加部分短錨桿，以防巖爆發(fā)生時掛網(wǎng)用。四 12 TBM在掘進中出現(xiàn)的問題及其處理要點和經(jīng)驗12.1 TBM掘進中出現(xiàn)的問題：正常情況下，隨著刀盤推抵巖面，刀具切割巖石，巖碴從掌子面進入

22、輸送皮帶，經(jīng)后配套系統(tǒng)運往洞外棄碴場，供風(fēng)、水、電及支護、出碴運輸系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合同時運轉(zhuǎn)，完成一個行程后，換步重新開始下一個循環(huán)，連續(xù)作業(yè)。但是在秦嶺線隧道進口掘進過程中，TBM穿越、類不同圍巖表現(xiàn)出的適應(yīng)性是不同的，出現(xiàn)過很多問題，造成停機，影響正常的掘進生產(chǎn)。主要有兩個方面的因素：一是土木施工技術(shù)，突出表現(xiàn)在初期支護上；二是機械保障，TBM主機、后配套及運輸系統(tǒng)。12.1.1 TBM在各類巖層中出現(xiàn)的問題：實踐證明，秦嶺線隧道進口使用的德國Wirth公司生產(chǎn)的TB880E型全斷面隧道掘進機比較適合、類圍巖的掘進。利用TBM上的支護系統(tǒng)進行必要的錨、網(wǎng)、噴就可以順利通過并繼續(xù)掘進，支護量少且不

23、影響掘進，最高速度可達2.72m/h。、類圍巖段可分為一般地段、局部滑坍掉落、斷層破碎帶和軟弱富水帶幾種不同情況，初期支護選用局部槽鋼拱架或全圓工字鋼拱架，配合錨、網(wǎng)、噴漿、注漿加固，特殊地段結(jié)合超前錨桿注漿措施。局部滑坍掉落，有時需停機支護，并視部位，如在撐靴處，還需加固或墊以方木等材料使TBM通過。一般支護量較少，停機時間短。斷層破碎帶和軟軟弱富水帶由于石質(zhì)破碎、大塊石多，加上大量跨塌，對TBM掘進危害極大。出現(xiàn)過的問題有：卡住刀盤，無故障顯示停機；刀盤拉裂；離合器故障；刀具大量消耗（刀具漏油；刀圈移位；刀圈偏磨；擋圈脫落；螺栓斷裂；螺栓脫落）；皮帶機被卡；皮帶被劃破或撕裂；鋼拱架安裝器傳

24、感器被砸壞；撐靴處巖壁塌空或支撐力量不夠；后配套上散落堆積石碴太多，拖不動等。如果水大還會造成電氣故障、支撐靴打滑、錨固劑裝不上等。嚴重時，已支護好地段鋼拱架受擠壓變形而侵限。fsn11斷層掘進時從98年11月3日至8日僅前進6m，初期支護施作完成后2天產(chǎn)生嚴重變形，侵入界限，使主機室不能通過，從10日至14日停機對初期支護進行重新處理：清除塌坍石碴，重新立拱，注漿回填，割掉已變形拱架，錨網(wǎng)噴加固。99年6月先后通過fsn19、fsn20斷層富水破碎帶，焊接刀盤裂縫7次，焊擴孔刀及鏟斗間隔離鋼板24塊，換新刀166把，換修刮板101塊，架立全圓工字鋼拱架19榀，掘進過程停機126小時，占掘進及

25、換步工作時間的32%，比正常的810%增大了2至3倍，而且維修保養(yǎng)時間加長。、類圍巖地段，發(fā)生了輕微中等程度的巖爆，多為彈射剝落形，巖瀑坑最大約3m3，采用錨網(wǎng)噴及局部拱架支撐支護。由于圍巖干抗壓強度高，整體性好，掘進很慢，最長一個循環(huán)需5個多小時，刀具消耗量大，設(shè)備維修保養(yǎng)時間增加。12.1.2秦嶺線隧道進口5243.39m的掘進過程中，出現(xiàn)TBM 5次集中停機修理的情況：98年6月1日至4日，修理K2右下后部撐靴不能收回的故障；98年11月16日至12月8日計23天進行刀盤裂縫修理及主機檢修；99年3月6日至4月24日共50天，查找出液壓系統(tǒng)故障原因，更換主軸承密封、齒輪泵及齒輪油、清洗主

26、油箱及更換液壓油；另外，利用99年春節(jié)放假，從1月31日至2月4日，焊修刀盤并更換8個變速箱；利用TBM步進通過F4預(yù)處理段，于99年6月28日至7月7日，維修刀盤及66套刀座，更換40塊刮板，恢復(fù)5#、6#電機，補充和更換各類油脂。12.2處理的要點及經(jīng)驗：TBM掘進過程中出現(xiàn)問題是難免的，重要的是要作到預(yù)測并及時發(fā)現(xiàn)問題，正確果斷決策，迅速采取有效的處理方法加以解決，恢復(fù)正常施工。12.2.1第一勘測設(shè)計院提供的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)資料是根據(jù)線平導(dǎo)施工實測資料編制的，比較準確，結(jié)合實際情況指導(dǎo)施工，可以提高預(yù)見性，給TBM掘進提供較為合理的參數(shù)，使TBM操作得當，避免或減少故障的發(fā)生，降低故

27、障修復(fù)難度；選擇合適的初期支護，并作好支護材料的儲備，使初期支護及時、有效地發(fā)揮作用，減少停機支護時間。12.2.2對掘進機中出現(xiàn)的不良地質(zhì)情況，要迅速判定其性質(zhì)，選用合適的支護型式并及時施作，確保TBM安全、快速通過。12.2.3要注重TBM設(shè)備的維修保養(yǎng)，充分利用維修保養(yǎng)時間，對各個系統(tǒng)進行認真的檢查、維修和保養(yǎng)。12.2.4對TBM的機電故障應(yīng)當正確判定、分析原因，嚴格按照有關(guān)操作規(guī)程進行修理，并不斷總結(jié)和積累經(jīng)驗。12.2.5搞好常用配件的儲備。12.2.6充分利用社會技術(shù)力量，與國內(nèi)外有關(guān)廠家及科研單位和院校建立技術(shù)協(xié)作關(guān)系。四 2 地質(zhì)不良造成圍巖坍塌、掉塊地段的支護2.1 TBM

28、施工不良地質(zhì)的特點：作為TBM施工，切削巖石對圍巖的擾動相對鉆爆法較小，其圍巖穩(wěn)定的前提條件相對優(yōu)越，但由于TBM上支護設(shè)備位置限制，其初期支護一般不能象鉆瀑法施工那樣及時、靈活，針對秦嶺隧道采用的TB880E掘進機而言，按1.80m/h速度掘進，拱部及邊墻錨桿分別需在開挖后313h才能施作；按15m/天速度掘進，在正常情況下，噴射砼需在開挖后5天才能施作。對于巖石特別破碎地段，利用手噴（對機器污染特別嚴重），在開挖后3h方可施作。因此在系統(tǒng)初期支護完成以前，圍巖要暴露5天以上，暴露長度75m，出現(xiàn)圍巖松弛變形，落石的概率極大，對圍巖受力和TBM設(shè)備的安全非常不利。由此可看出，TBM施工不良地

29、質(zhì)地段是有其特點的：2.1.1 TBM施工初期支護不如鉆爆法施工及時。TBM初期支護的各個工序在開挖后的不同位置平行作業(yè)，互不干擾，不象鉆爆法施工能很快形成系統(tǒng)支護。2.1.2 TBM施工初期支護設(shè)備位置固定，其支護必須一次成功，自身無法進行補強，遠沒有鉆爆法施工時機動靈活。2.1.3 TBM施工初期支護的目的除為圍巖提供支護抗力外，還要確保在初期支護全部完成（噴砼前），不坍陷、掉塊損壞機器。2.1.4危石處理困難。由于TBM設(shè)備龐大，占據(jù)隧道大部分空間，初期支護前巖石暴露時間又較長，極易出現(xiàn)危石損壞設(shè)備，這就需要根據(jù)設(shè)備分布位置，選擇合適時機，進行找頂、取石，遠不如鉆爆法時方便。2.2圍巖坍

30、塌、掉塊的特點：2.2.1斷層破碎帶引起的坍塌：秦嶺線隧道進口段區(qū)域性斷層和一般斷層累計有28條之多，這是選成圍巖產(chǎn)生坍方的主要原因，如果斷層面方向與隧道軸線方向夾角較小，而且傾角又較小，就會使斷層帶出露范圍較大，當開挖通過以后，圍巖平衡狀態(tài)被破壞，導(dǎo)致應(yīng)力重分布，圍巖承載力降低，斷層破碎帶受力不平衡，但在圍巖出露刀盤護盾前，尚很難進行必要的支護（只有超前處理），即會產(chǎn)生圍巖不同程度的坍方。2.2.2節(jié)理密集帶及擠壓軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的坍塌、掉塊：節(jié)理較密集地帶、節(jié)理間距較小，巖石的抗壓強度受到節(jié)理面的影響。節(jié)理面的填充物質(zhì)，抗壓強度較低，隧道開挖后，原始應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞，應(yīng)力二次重分布，圍巖承

31、載力降低，易造成坍方，而且節(jié)理發(fā)育，節(jié)理多在23組，或3組以上，呈X型或米字型交叉布置，更易造成受力不平衡，造成坍塌、掉塊。擠壓軟弱結(jié)構(gòu)面在斷層附近較發(fā)育，一般厚約5100cm，主要由碎裂巖、構(gòu)造擠壓巖或糜棱巖組成，巖面有滴水或股狀線型出水，這類巖石開挖后立即產(chǎn)生很大坍塌，但由于水的破壞作用及時間推移，圍巖變形將逐漸增大，易產(chǎn)生坍塌、掉塊。2.2.3巖爆造成坍塌、掉塊：巖爆是隧道開挖后，圍巖應(yīng)力超過其強度，圍巖失穩(wěn)、爆落。在埋深較大陡坡地段，石質(zhì)堅硬，巖體完整性較好的情況下，受高地應(yīng)力及斜坡應(yīng)力的影響，經(jīng)常出現(xiàn)巖爆現(xiàn)象，持續(xù)時間均4天左右。巖爆部位大部分出現(xiàn)在隧道右側(cè)四分之一圓范圍內(nèi)（與地形有

32、關(guān)）。秦嶺隧道埋深較大，最深達1600m，、類圍巖較多，巖爆發(fā)生非常頻繁。2.2.4水造成坍塌：水是造成隧道工程病害的重要因素，水將對構(gòu)造角礫石、碎裂巖、糜棱巖、斷層泥及各種充填物起破壞作用，降低其強度，其承載能力顯著降低，斷層破碎帶、節(jié)理密集帶、軟弱結(jié)構(gòu)面帶，水的出現(xiàn)，都會加劇坍方的發(fā)展，對二次襯砌的砼侵蝕和破壞作用，都將是永久的隱患，治坍必先治水。2.2.5撐靴影響：掘進需要的推力由撐靴來提供，當撐靴處巖石破碎，不能滿足撐靴壓力時，即造成坍塌，特別當?shù)侗P處在堅硬巖石中，而撐靴處在破碎帶（如掘進通過斷層后）時，掘進所需推力較大，此時更易出現(xiàn)由于撐靴影響而引起坍塌。2.3支護措施：TB880E

33、開敞式硬巖掘進機比較適合硬巖的開挖掘進，對于不良地質(zhì)段適應(yīng)性較差，但我們有必要根據(jù)機器的性能及現(xiàn)場實際情況制定可行的辦法，使TBM安全、快速通過不良地質(zhì)段。2.3.1通過斷層破碎帶：掘進機通過斷層破碎帶時，因石質(zhì)較軟，掘進速度快，每循環(huán)1.8m掘進時間不多于1小時。在掘進過程中，拱部不斷有石塊滑落，為確保施工人員安全，底部虛碴按常規(guī)只有等停機找頂安全后方開始清除，才能開始16全圓拱架立設(shè)，立設(shè)一榀拱架一般需要1小時，兩榀就需2小時，還沒有考慮底部清碴影響，因此掘進每一循環(huán)1.8m至少需3小時，其中至少2個小時耽誤在支護上，另外，滑落的大石塊會砸壞前部錨桿鉆機及操作平臺，將影響正常的掘進。要確保

34、TBM安全，快速通過斷層破碎帶，可以從以下兩個方面采取措施：A.防止石碴大量掉落，減少清碴量；B.采取其它支護措施，不立16全圓拱架或少立16拱架。針對以上問題，我們組織專門技術(shù)力量，結(jié)合客觀實際采取了如下措施：在刀盤護盾下面（即環(huán)形拱架安裝器上面）間隔15cm焊上一根長100cm、內(nèi)徑40鋼管。坍落較嚴重時，預(yù)先插上22螺紋，長度一般3m長，根據(jù)需要而定。同時預(yù)先在鋼筋上安好網(wǎng)片，再立好拱架，打好鎖腳錨桿，將大量落石兜在網(wǎng)片上，減少清碴量，確保人員安全。實際證明，這對控制落石量、減少清碴量、確保清碴人員安全非常重要。在16全圓拱架立設(shè)方面，一方面根據(jù)預(yù)測提前作好各種準備，準備好各種使用工具和

35、拱架及配件；另一方面，對職工進行工藝培訓(xùn)，使他們熟練掌握施工工藝。在斷層破碎帶，對于沒有地下水影響、斷層面與隧道軸向夾角較大、傾角較大地段，采取了一些支護措施，減少支護對掘進的影響。把16全圓拱架設(shè)計間距變?yōu)?.8m或2.7m，中間輔予槽鋼拱架、格柵拱架加固，減少停機支護時間；根據(jù)現(xiàn)場實際情況，把16全圓拱架立設(shè)時間改在保養(yǎng)維修班人工立設(shè)，但這要當班的技術(shù)人員和施工人員有良好的判斷力和經(jīng)驗，確保隧道的安全；由于砼機械手偏后，要求前部手噴系統(tǒng)隨時準備好，根據(jù)反饋過來的量測數(shù)據(jù)隨時快速封閉巖面；錨桿按設(shè)計采用系統(tǒng)錨桿外，還要求每班下班前，再緊固一次所有錨桿螺栓，施加預(yù)應(yīng)力；除確保噴漿厚度810cm外，坍穴內(nèi)、機械手噴嘴必須接長，封閉好坍穴面，而且鋼拱架要求噴嚴，以利下步防水板掛設(shè)，避免防水板的損壞。采用這種方法通過斷層破碎帶，可大量減少停機支護時間，充分提高掘進速度，發(fā)揮TBM功效，同時可確保人員和機器的安全，確保隧道初期支護質(zhì)量。如fsn11、fsn12斷層，fsn11、fsn12兩斷層均為壓性逆斷層，斷帶主要由碎裂混合片麻巖和斷層泥礫