基于水平掏槽的敞开式TBM卡机脱困方法与流程

本发明属于隧道开挖，尤其是涉及一种基于水平掏槽的敞开式tbm卡机脱困方法。

背景技术：

1、在长大隧洞施工中，基于安全、高效和环保等方面的考虑，多采用tbm进行开挖施工，但多数tbm开挖隧洞地质条件复杂，tbm在施工掘进中极易遇到不良地质引发塌方和围岩大变形等施工灾害，当tbm护盾被围岩挤压和紧紧包裹后，造成tbm护盾、刀盘被卡，无法继续掘进。

2、传统处理tbm卡机的方法为“导洞法”，即在tbm护盾后方向前采用钻爆法或人工手持开挖工具开挖导洞，释放围岩对护盾的挤压和握裹力，该方法需在护盾尾部围岩加固后开口向前施作导洞，施工工序复杂、安全风险极高，同时无法使用大型机具设备，经统计，以往类似工程开挖导洞用时至少需要2个月，甚至更长，施工效率低下，且钻爆法还存在污染工作环境和损坏设备的问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于水平掏槽的敞开式tbm卡机脱困方法，提出了采用钻机进行水平掏槽释放护盾承受的围岩挤压应力的方法，该方法相比于钻爆法或人工开挖导洞，具有地层扰动小、施工工序简单、安全风险低、施工效率高，也不存钻爆法污染工作环境和损坏设备问题；改变了传统导洞法大开挖的不足，采用该方法后卡机脱困处理时间短，大大提高了tbm脱困效率。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：基于水平掏槽的敞开式tbm卡机脱困方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

3、步骤一、对护盾尾部的变形钢拱架进行临时支撑：

4、对护盾的尾部中出现变形的钢拱架进行临时支撑，形成临时支撑结构，所述临时支撑结构包括环向临时支撑和纵向临时支撑，所述环向临时支撑布设在tbm主梁和变形的钢拱架之间，所述纵向临时支撑布设在变形的钢拱架和相邻的钢拱架之间；

5、步骤二、盾尾塌腔处回填混凝土：对护盾尾部塌腔内的虚渣进行清理，在塌腔处架立模板并回填混凝土进行填充，形成塌腔回填区；

6、步骤三、对护盾和护盾尾部围岩进行固结施工，过程如下：

7、步骤301、对护盾周围区域进行固结施工，在护盾周围区域钻设第一灌浆孔组，所述第一灌浆孔组包括多个第一灌浆孔，多个所述第一灌浆孔沿所述护盾的周向方向布设，且每个所述第一灌浆孔均沿隧道的延伸方向布设；在所述第一灌浆孔内插入中空灌浆锚杆，并利用中空灌浆锚杆注入化学灌浆料，在护盾周围区域形成第一灌浆区域；

8、步骤302、对护盾的尾部区域进行固结施工，在护盾的尾部区域钻设多组第二灌浆孔组，多组所述第二灌浆孔组呈梅花型布设，每组所述第二灌浆孔组均包括多个第二灌浆孔，多个所述第二灌浆孔沿所述护盾的周向方向布设，且每个所述第二灌浆孔均沿所述隧道的延伸方向布设；在所述第二灌浆孔内插入中空灌浆锚杆，并利用中空灌浆锚杆注入化学灌浆料，在护盾的尾部区域形成第二灌浆区域；

9、步骤303、在对护盾的尾部区域进行化学灌浆施工的同时，对护盾的尾部区域的围岩钻设多组注浆锚杆组，多组所述注浆锚杆组呈梅花型布设，每组所述注浆锚杆组均包括多根中空注浆锚杆，多根所述中空注浆锚杆沿所述隧道的周向方向布设，相邻两根所述中空注浆锚杆之间的环向间距为1.0m~1.5m；

10、步骤四、更换并加密钢拱架，过程如下：

11、步骤401、对护盾的尾部中出现变形的钢拱架附近的变形围岩和喷混层进行凿除，然后将与所述护盾的尾部紧邻的多榀变形的钢拱架进行更换；

12、步骤402、更换完钢拱架后，在更换后的相邻两榀钢拱架之间加密安装多榀钢拱架，加密安装的多榀钢拱架中，每榀钢拱架的环向采用型钢焊接连接，环向间距不大于1m，交错布置；

13、步骤403、加密安装完成后，对更换和加密的钢拱架采用c30合成粗纤维混凝土进行喷混封闭；

14、步骤五、施工护盾脱困应力释放槽：通过观测tbm与隧道的接触情况，采用tbm搭载的超前钻机、100b钻机和手风钻在护盾的周围进行水平开挖，沿tbm的掘进方向挖设护盾脱困应力释放槽，所述护盾脱困应力释放槽的纵向掏槽长度为0.4m~2.4m；

15、步骤六、启动tbm并脱困：在所述护盾脱困应力释放槽开挖过程中，不断的进行tbm试掘进，将推进油缸泵站的压力调整至348bar，掘进推进力调整至20650kn，护盾有明显的推动现象，贯入度为2.0mm/r~3.2mm/r，不断向前掘进，tbm成功脱困。

16、上述的基于水平掏槽的敞开式tbm卡机脱困方法，其特征在于：步骤一中，所述环向临时支撑包括多个均设置在tbm主梁和变形的钢拱架之间的环向支撑梁和多根均竖向支撑在tbm主梁下方的支撑钢管，多个所述环向支撑梁沿变形的钢拱架的环向方向布设，多根所述支撑钢管沿隧道的延伸方向布设；所述纵向临时支撑包括多根均支撑在变形的钢拱架和相邻的钢拱架之间的支撑横梁，相邻两个钢拱架之间的所述纵向临时支撑交错布设。

17、上述的基于水平掏槽的敞开式tbm卡机脱困方法，其特征在于：步骤301中，所述第一灌浆孔的深度为5m，所述第一灌浆孔的倾斜角度为22°~25°，相邻两个所述第一灌浆孔之间的环向间距为1.0m~1.5m；位于两侧的所述第一灌浆孔之间的夹角为270°。

18、上述的基于水平掏槽的敞开式tbm卡机脱困方法，其特征在于：步骤301中，在所述护盾的顶部区域开设有超前探孔，所述超前探孔的深度为20m，所述超前探孔的孔径为75mm，所述超前探孔的倾斜角度为22°。

19、上述的基于水平掏槽的敞开式tbm卡机脱困方法，其特征在于：步骤302中，所述第二灌浆孔的深度为3m，相邻两个所述第一灌浆孔之间的环向间距为1.0m~1.5m；位于两侧的所述第二灌浆孔之间的夹角为180°。

20、上述的基于水平掏槽的敞开式tbm卡机脱困方法，其特征在于：步骤301和步骤302中，化学灌浆料为由异氰酸酯和聚醚多元醇组成的油溶性聚氨酯，化学灌浆料的灌浆压力不大于5mpa，当注入率不大于0.5l/min后，继续灌注1min，结束灌浆。

21、上述的基于水平掏槽的敞开式tbm卡机脱困方法，其特征在于：步骤303中，所述中空注浆锚杆的长度为3.5m~8m，所述中空注浆锚杆的安装孔的直径为38mm~65mm。

22、上述的基于水平掏槽的敞开式tbm卡机脱困方法，其特征在于：步骤六中，tbm试掘进前，将tbm推进油缸的泵站压力调整至最高、调整撑靴位置，使tbm向前的推进力达到最大，并在tbm试推进过程中不停的调整tbm掘进姿态。

23、本发明的有益效果是首创性的提出了采用钻机进行水平掏槽释放护盾承受的围岩挤压应力的方法，该方法相比于钻爆法或人工开挖导洞，具有地层扰动小、施工工序简单、安全风险低、施工效率高，也不存钻爆法污染工作环境和损坏设备问题；改变了传统导洞法大开挖的不足，采用该方法后卡机脱困处理时间短，大大提高了tbm脱困效率。

24、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。