交通与建筑
II
中天山隧道TBM施工塌方治理技术研究
高攀科1郭金鑫2
(1.陕西铁路下程职业技术学院，陕
西渭南
714099;2.中铁五局集团有限公司，贵
州贵阳
550003)
TBM摘要：关于隧道塌方研究成果甚多，但针对TBM施工塌方治理技术的研究鲜见。基于此，以中天山隧道 施工过程中的软弱围岩洞段的一次塌方事故为例，从地质分析入手，依据TBM施工机械的特点，提出加
固坍腔、人工钻爆、固结坍体、人工开挖坍体并支护的一系列安全治理措施。经现场检验，该治理方案效果良
好，具有一定借鉴意义。
关键词：隧道工程;TBM;塌方；治理技术中图分类号:U455.49
文献标识码:A
文章编号：1003-5168(2016)09-0121-03
Study on Collapse Treatment Technology in TBM Construction
of Zhongtian Mountain Tunnel
( l.Shannxi Railway Institute, Weinan Shannxi 714099Gao Panke1 Guo Jinxiii2
；2.The Fifth Bureau(Group)0〇17)〇1^11〇11 of China Railway,Guiyang
Guizhou 550003)
Abstract： There are a lot of research results about the tunnel collapse, but the research on the treatment technolog}^
of TBM construction landslide is rare. Based on this, taking a landslide accident in the soft rock tunnel during the TBM construction of the Zhongtian mountain tunnel as an example, starting from the geological analysis, according to the characteristics of TBM construction machinery, a series of safety measures of reinforce the collapse cavity, artificial drilling and blasting, consolidation of the collapse bod}^ artificial excavation and supporting the collapse bod}^ were put forward. Through the field test, the control scheme has a good effect, and it has a certain reference value.Key words: tunnel engineering; TBM; collapse; treatment technology
硬岩掘进机(Tunnel Boring Machine)，简称 TBM，以 1
施工塌方概况
其全断面一次开挖成型、钻掘速度快、施T效率高等特 点，在我国乃至世界范围内地下与隧道T程施T中得以 中天山隧道右线TBM掘进至里程DyK148+192时， 广泛应用11L
刀盘前方及护盾右侧出现大面积的坍塌，坍塌石块将刀
盘及护盾卡死，并形成了一个纵向长度约10m，宽约6m， 中天山隧道长22.467km。该T程穿越天山南麓中 最大高度为8m，与线路约成30°夹角的坍腔。
部，采用TBM施丁。然而，由于该隧道局部围岩地质结 构十分复杂，围岩软弱，自稳能力差，隧道施T过程中出 2
地质情况
现多次塌方，对正常生产造成极大的影响。为此，本文 原设计该段围岩为n级花岗岩地段，在掘进时由于 着重研究了隧道软弱围岩洞端TBM施T塌方的治理措 围岩自稳性较差，受掘进扰动引起局部失稳，开始坍塌， 施和对策。
形成坍腔。根据地质超前预报TSP探测结果显示，坍腔
收稿日期：2016-08-07
基金项目：陕西省教育厅自然科学项目（2011JK926)。
作者简介：高攀科（1984-)，男，博士，研究方向:软弱围岩隧道安全施工及控制理论研究
HENANKEJI.CHUANGXINQUDONG 2016.09 121
河南科技•创新驱动>、.........................................表1 TSP趄前地质预报分析结果
序号
里程
长S/m
探测结果推断
1DyK148+193~
DyK148+21825该段围岩强度与掌子面基本一致，岩体破碎，节理裂隙发育;地下水较发育，以渗水和滴水为主
2DyK148+218~ DyK148+300该段围岩强度较硬，岩体较完整，节理裂隙较发育;地下水不发育，仅局部有渗水或滴水
3
DyK148+308~DyK148+339
31
该段围岩强度较弱，岩体较完整，节理较发育;地下水较发育，以渗水和滴水为主，DyK148+308附近可能
发育股状水
段具有破碎、自稳性差等特点。超前地质预报TSP探测 小导管，对坍腔周边围岩进行固结，小导管长4.5m,间距
情况分析结果见表1〇
l.OmX l.〇m,梅花型布置，注桨采用水泥-水玻璃双液浆，
3
塌方治理措施
7JC灰比1:1，水泥浆与水玻璃浆液体积比1.0:0.8,注浆压 力 0.5~ 1.5MPa〇
3.1总体方案
3.2.1.3架立护拱。在坍腔内，高于隧道开挖断面 根据班体样式及刀盘被卡停机时通过刀盘内的刀孔 顶部2m以上位置施作I 16工字钢护拱，护拱拱架间距1 查看前方围岩的情况，可初步判定在隧道掘进断面内，其 榀/m,每榀护拱两端脚锁脚锚杆不少于4根;锁脚锚杆采 上部是班碴体，下部仍为基岩。
用砂浆锚杆，锚杆长3.5m,对称布设，双面焊接于拱架上; 根据TBM机械特性，在非封闭的半虚碴、半基岩的断 拱架间采用U14槽钢连接，间距1.0m〇在护拱拱架上、下 面下,TBM推进易产生偏压，对TBM主轴承造成较大损 铺设钢筋网，喷20cm厚的C25砼，形成钢筋砼护拱结构， 伤，且可能在掘进时引起再次坍塌，造成再次卡死刀盘， 并在护拱上设I 16工字钢支撑，用于支撑班腔顶部围岩。
故对此坍体不宜采用TBM掘进。为稳妥起见，此坍腔段 3.2.1.4架立过河撑。在坍腔内增加过河撑，防止 决定采用人工钻爆处理。首先对坍腔进行锚网喷加固处 坍腔两壁出现较大收敛变形，导致再次出现坍塌。过河 理，稳定坍腔，防止其继续扩大，同时架设钢护拱、过河撑 撑等措施进一步加固围岩，为坍腔处理作业人员创造较为 lm选用9150钢管，布设位置其高度大于开挖断面以上 ,间距1樞/m。
安全的作业环境;然后注浆固结坍体，而后再由人工进行 3.2.2坍体加固。对坍腔处理完毕后，进行坍体封 坍体处理，在坍腔段开挖出大于刀盘断面的圆形断面，最 闭加固，施工措施如下气
后TBM步进通过[火
3.2.2.1表面喷浆。对坍体表面进行喷轮封闭，厚 针对超前地质预报探测出的后续与坍腔段相同岩性 度 10cmo
的围岩段，里程DyK148+202 ~ +218,长度16ir^在坍体 3.2.2.2司钻注浆管。在坍碴体上司钻，埋人942注 段处理完毕,试将掌子面开挖齐整。此时若掌子面围岩 浆小导管,导管长5m,导管间按lm间距布设^
不坍，则对前方围岩进行超前预注浆加固,而后由TBM缓 3.2.2.3注浆固结。注浆采用水泥-7JC玻璃双液浆， 慢推进通过;若掌子面围岩仍然不稳，继续存在坍塌现 水灰比1:1,水泥浆与水玻璃浆液体积比1.0:0.8,注浆压 象，则继续采用与班体段同样的人工处理方法通过[3]。力 0.5~ 1.5MPa〇
3.2治理步骤
3.2.3坍体处理。班体在固结稳定后，即开始进行 3.2.1坍腔处理。先通过锚网喷对坍腔进行封闭， 坍体开挖处理工作。为防止在坍体处理中，围岩再次出 再沿坍腔壁施作小导管注浆固结围岩;而后在坍腔内，施 现：W塌，开挖采用上、中、下三台阶法进行开挖。
作工字钢护拱及钢管过河撑，防止坍腔围岩继续变形、坍 3.2.3.1刀盘前端挖坑。因坍体已挤压接近至刀盘 塌，对坍腔内作业人员起到安全保护作用。
顶，而刀盘无法退动,因而首先从刀盘顶上往下进行刀盘 C3.2.1.1锚网喷支护。首先对坍腔岩壁进行初喷
前方2m左右的坍体的开挖，为防止坍体滑落，采用放坡 25砼，厚度5cm,其基本稳定围岩，保证坍腔内不再掉 开挖，坡度1.00:0.75。开挖深度至上台阶底部。
块后，再在坍腔内利用挖坑主要采用风镐开挖，遇到大块石则采用放炮解 平台，对坍腔周边围岩进行锚网喷支护,支护参数如表2 小处理。坍碴通过人工使用锹、铲,以及手工搬运至刀盘 所示[4]〇刮碴孔内，由TBM皮带机运输至矿车内。
表2坍腔周边围岩锚喷支护参数
3.2.3.2安装开口拱架。利用刀盘前端挖坑形成的 支护结构支护参数
作业面，安装上台阶116开口拱架。第一榀拱架距离刀 锚杆商进式锚杆
L=3m@l.〇Xl.〇m
梅花型布置
盘的距离为60cm，而后拱架按间距按照50cm间距架立， 钢筋网
cp8光圆钢筋
网格 @15cmXl5cm
至拱架顶部接近于班体坡面。每榀拱架两端脚各采用不 喷射混凝土
C25砼厚度15cm
少于4根3.5m长砂浆锚杆锁固。拱架间采用U14槽钢连 3.2.1.2小导管注浆固结围岩。沿坍腔壁施作942
接，间距为lm。
122 HENANKEJI-CHUANGXINQUDONG 2016.09
交通与建筑II
表3班体处理支护参数
初期支护参数
喷轮锚杆钢筋网二次衬砌/cm
厚齡m 位置位置长度/m间距/m 位置直 S/mm间距/cm
钢支撑榀/m25
全断面
全断面
3.0
0.5x1
全断面
cp8
15x15
1 榀/0.5m
50
3.2.3.3上台阶开挖支护3.2.5枬腔回填。在整个班腔段支护完成后,为保证
①
开挖。上台阶开挖采用环型掏槽开挖、中心预留
TBM的顺利通行，特别是保证TBM撑靴处能受力，必须及 核心土方法。为减少爆破对TBM设备的影响，尽量采用
时对班腔处进行回填。回填材料采用C25细石砼，依据预
风镐开挖，如遇硬岩、大块石，处理困难时，则采用松动
埋细石砼回填管高度,按照由低到高的顺序依次分层对枬
爆破,然后风镐剔除。每循环按50cm的进尺进行开挖 腔进行回填,回填高度至拱顶以上lm高度即可[6]。
作业。
②
支护。在掏出环形立拱断面后，及时初喷砼5cm,
4
结语
后架立I 16钢拱架，按表3支护参数进行锚网喷支护作 TBM隧道工法适宜在围岩稳定性高的硬质岩时采
业。在开挖断面拱部120°范围内设cp42超前小导管。超 用，然而相对一条隧道而言,其地质情况复杂多变且具有 前小导管长4.5m,环向间距40cm,搭接lm,外插角为 较髙未知性，故掘进作业前应做好超前地质预报,避免塌 5°。注浆采用水泥-7JC玻璃双液浆，7JC灰比1:1,7jC泥浆与
方事故出现。TBM施工塌方段宜采用人工开挖,避免对 水玻璃浆液体积比1.0:0.8，注浆压力0.5 ~ 1.5MPa〇
坍体进一步扰动和二次事故。同时，硬岩隧道TBM施工 ③
安装预埋管。在喷砼支护前，在拱架背后有坍腔
过程中，应随时准备与钻爆法结合施工，防止TBM强行通 位置，间隔5m由高到低埋设排气管((980)、细石砼回填管(960)。根预埋管焊接固定于钢拱 架上。参考文献：
3.2.3.4中台阶开挖支护。中台阶滞后上台阶3~ 4m施工。其仍然首先在刀盘前方掏坑，形成作业面。然 [D].[1] 张青林.重庆地铁隧道TBM始发段的施工技术研究
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0.8,注浆压力 0.5 ~ 1.5MPa。
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