TBM穿越某隧道高地应力岩爆地段的施工方案

TBM穿越某隧道高地应力岩爆地段的施工工艺及施工方法某隧道属于高地应力山岭隧道，地质复杂，具有岩爆等不良地质、安全风险高，设计采用18乂施工。18乂如何顺利通过不良地质段是施工难点。.岩爆地段概况（1）该隧道深埋高地应力地段，洞身大部分段落围岩属于硬质岩，高地应力环境下具备发生岩爆的岩性条件。该隧道岩爆等级与段落长度预估如下。隧道TBM岩爆段统计表序号起始里程终止里程岩爆等级长度（米）1DK18+580DK19+840中等岩爆12602DK19+840DK20+370轻微岩爆5303DK22+618DK24+018轻微岩爆14004DK24+018DK24+768中等岩爆7505DK24+768DK25+268轻微岩爆5006DK25+968DK26+268中等岩爆3007DK26+268DK27+118强烈岩爆8508DK27+118DK127+368中等岩爆250合计轻微岩爆2430米5840米中等岩爆2560米强烈岩爆850米（2）隧道地层主要为弱富水性花岗岩，需采取洒水、及时施作锚杆，喷射钢纤维混凝土、超前钻应力释放孔、管喷高压水等措施进行应力释放，以确保施工安全。.岩爆段施工原则及措施(1)岩爆段18乂施工时，应“以防为主、防治结合”，遵循“早预报、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的原则，对开挖面前方的围岩特性、水文地质情况等进行预测、预报，准确把握待开挖段岩石的力学性质及开挖卸荷下的力学行为，识别可能的岩爆类型。当发现有较强烈岩爆存在的可能性时，应及时研究开挖、支护对策措施，做好施工前的必要准备，确保掘进过程中人员、设备的安全。(2)施工中应加强监测，若有发生轻微岩爆的可能时，可加大18乂刀盘喷水量对易产生岩爆的地段起到一定的软化作用，促使应力释放和调整，必要时可以打应力释放孔或局部喷射混凝土挂钢筋网封闭等措施进行处理，以确保施工安全。根据岩爆强度与破坏程度，具体施工措施见下表所示。TBM法岩爆地段施工措施岩爆等级支护措施轻微轻微岩爆治理以柔性支护为主，围岩出露后，立即对岩面高压喷水，促使应力释放和调整；局部采用钢筋排；按照快速支护封闭原则，及时喷射混凝土，必要时可采用部分柔性钢丝网或普通钢筋网。中等对岩面进行高压喷水促使应力释放和调整；拱部根据围岩的破碎情况使用钢筋排结合全圆型钢拱架支护；拱部施作涨壳式低预应力中空注浆锚杆，仰拱块以上施作柔性钢丝网；及时喷射钢纤维混凝土。强烈开挖前根据岩爆超前预测情况，评估超前应力释放的必要性，必要时实施。施工时放慢掘进速度，待后部初支体系稳固之后再推进。拱部安设钢筋排，采用全圆型钢拱架支护，拱架之间采用半刨型钢连接；拱部施作涨壳式低预应力中空注浆锚杆；初喷钢纤维混凝土封闭，与支护钢拱架形成联合支护体系；同时对岩爆塌腔内部回填混凝土。必要时，采用岩爆等级支护措施消能锚杆与钢拱架缓冲岩爆冲击能量。3.不同岩爆地段的施工工艺及方法3.1轻微岩爆地段TBM轻微岩爆段施工工艺流程见下图:轻微岩爆I围岩喷水促使应力释放 是钢筋排加强支护卜 ^二二、是否加强支护二A否 ，系统锚杆+钢筋网支护

喷射混凝土封闭岩面 完成支护

轻微岩爆施工工艺流程图在施工中，岩爆控制主要通过有效地开挖控制和支护系统来实现，具体施工如下：①在必要的工作区域和易受损的设备处增设临时防护设施，在后配套部分设置防护棚，以保证人员、设备的安全。②TBM开挖过程中，加大刀盘喷水量，减缓掘进进度，充分降低周边围岩的脆性同时需对护盾内出露的围岩立即采取不间断的喷水措施，使围岩受到湿润，提高其韧性，软化表面，促使应力的释放和调整，从而消除或降低岩爆的程度。③采用巾18钢筋排（间距5。山）进行支护，避免岩爆石块掉落后砸坏设备部件并减少隧道底部清渣量，同时辅以局部锚杆与消能防护网加强支护。由于轻微岩爆一般影响深度较小，常规的2米以上长度的锚杆支护满足受力要求。如岩爆范围相对较大，可在岩爆部位施做长3m的625涨壳式低预应力中空注浆锚杆实现快速支护，现场也可采用喷射C30钢纤维混凝土对出露护盾围岩快速封闭进行治理。.2中等岩爆地段TBM中等岩爆段施工工艺流程见下图所示。中等岩爆

做应力力释放孔一

围岩喷水促使应力释放调整拱部1200采用钢筋排超前支护 拱墙挂设消能防护网安设HW100/150型钢拱架支护拱架背部塌腔铺设铁皮预埋注浆孔塌腔采用细石混凝土回填密实喷射混凝土封闭岩面

完成支护中等岩爆施工工艺流程图具体施工方法如下：①TBM掘进时，可将刀盘喷水开到较大喷水状态，边喷水边切削，以便及时软化掌子面围岩，防止大的岩爆出现，影响TBM正常掘进，同时控制掘进速度。②对TBM掘进过程中出露的围岩立即采取不间断的喷水措施，使围岩受到湿润，提高其韧性，软化表面，促使应力的释放和调整，用以降低岩爆的程度。③必要时打超前应力释放孔和径向应力释放孔，提前释放应力。④洒水与径向应力释放孔施做完成后，如微震监测不稳定，则初喷5〜10cm的掺纳米材料和仿钢/钢纤维的混凝土，达到一定强度后进行钢筋排与全圆钢拱架的安装作业；如微震监测暂时稳定，则立即安装616〜620钢筋排（间距3cm）和HW100/HW150全圆钢拱架，钢拱架之间可采用622mm钢筋加强连接，钢拱架安装间距一般1m左右，并在钢筋排以外的部位增加68mm钢筋网片（网格间距25X25cm）；在围岩出露护盾后暂未发生岩爆的情况下，也采取初喷完成后通过挂设180°整体柔性钢丝网再复喷的支护方式进行施工，但这种情况一般需要配套625mm涨壳式低预应力中空注浆锚杆加强锚网结构的整体性，系统锚杆（间距1.0X1.0m梅花布置）长度增加到3m以上，提高支护体系的整体受力。⑤TBM在岩爆段掘进过程中，应将TBM的护盾适当伸出，以防止护盾被卡。.3强烈岩爆地段强烈岩爆对施工人员及施工设备的威胁最大，需要等待岩爆应力释放后再进行支护，通过超前应力解除爆破形式，使孔内爆破后未开挖岩体形成的破碎区基本位于左侧11点、右侧1点位置，且顶拱位置留有一定厚度的开挖厚度，以免后续掘进开挖过程中因岩体软弱不均造成刀盘偏压。应力释放孔一般采用盾尾超前地质钻机施作。岩爆破坏初支体系盾尾超前钻孔：利用18乂设备上自带的超前钻机进行钻孔，范围为拱部120°,外插角5〜9°,从护盾位置向掘进断面外圈扩散，钻孔深度15〜25m,孔径89mm,孔内爆破，对刀盘前方未开挖岩体形成破碎区，提前释放应力。护盾位置超前应力释放孔见图：护盾位置超前应力释放孔拿子面护盾位置超前应力释放孔拿子面超前应力释放完成后，可开展丁8乂慢速掘进工作，在掘进中，需要及时实施护盾后相应的岩爆治理措施。TBM强烈岩爆段施工工艺流程见下页图所示。具体施工步骤如下：①施做超前应力释放孔和径向应力释放孔，并注水降低围岩表面张力,软化围岩,降低岩爆的程度。②启用双结构支护的情况下，围岩出露后安装钢管片，提高支护体系的整体刚度,将即时性岩爆及滞后性岩爆都封闭在管片背部,最大限度确保施工安全,管片安装完成后吹填豆砾石+水泥回填灌浆或水泥砂浆回填,撑靴位置模筑混凝土。

安装钢

管片*水泥砂浆回填TBM强烈岩爆段施工工艺流程图安装钢

管片*水泥砂浆回填TBM强烈岩爆段施工工艺流程图③借助TBM护盾的钢筋排存储系统在拱部120°范围内采用间距5cm的618钢筋排辅以超前支护，在边墙部位安设消能防护网，及时、有效稳固出露护盾围岩；正洞断面立设HW150全圆型钢拱架，拱架上视空腔情况安装一定的刚性材料与岩面形成有效支撑，拱架间采用HW100型钢或HW150半剖型钢进行加强连接，环向间距1.0m。锚杆安装窗口注浆孔钢管片初步设计图④采用L1区应急喷混系统喷射掺纳米材料和仿钢/钢纤维的混凝土，厚度5cm，加强初支系统整体性及初支强度。拱部坍塌区域拱架外背采用1.5mm厚铁皮对塌腔