TBM導(dǎo)坑超前工法的研究.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除TBM導(dǎo)坑超前工法的研究大斷面隧道施工方法之一TBM導(dǎo)坑襯砌施工方法是在超大斷面隧道的施工方法中，利用TBM快速施工的特征而形成的一種施工方法。這是一種在開挖主洞之前，先用TBM快速掘進(jìn)一個(gè)超前導(dǎo)坑，進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查、排水、對超大斷面隧道圍巖改良等作業(yè)，而后用爆破法進(jìn)行擴(kuò)挖的一種施工方法。1、TBM導(dǎo)坑的目的超大斷面隧道TBM 導(dǎo)坑的主要目的是：確認(rèn)前方圍巖的地質(zhì)狀況；對前方圍巖進(jìn)行改良；高速掘進(jìn)。2、適用的地質(zhì)條件從目前的技術(shù)狀況看，適用于比較良好的圍巖，對不良地質(zhì)要考慮具有一定的風(fēng)險(xiǎn)。按日本的圍巖分級，a級圍巖可以采用，而b、c級也勉強(qiáng)可以應(yīng)用，但需輔以相應(yīng)的輔助工法，因?yàn)樵谶@種情況下，圍巖崩塌、土砂流出、涌水等，會(huì)使掘進(jìn)成為不可能，軟弱的圍巖也會(huì)造成機(jī)體下沉等，因此，需要輔以一定的輔助工法。、則應(yīng)另行研究。3、TBM 的施工長度、掘進(jìn)速度TBM施工長度，從出碴等施工性考慮，最好在1.5km以上，如考慮經(jīng)濟(jì)性最好在5km以上。超大斷面隧道采用TBM導(dǎo)坑超前工法時(shí)，如果另外考慮TBM到機(jī)械費(fèi)用，大概在2km以上是比較適宜的施工長度。從最近的實(shí)績看，TBM的月掘進(jìn)速度約在100350m左右，但遭遇不良地質(zhì)時(shí)，速度會(huì)大幅度降低。4、TBM的形式TBM 的形式有開敞式、復(fù)合地質(zhì)式、全地質(zhì)式等，最近采用的，有50以上屬于全地質(zhì)式，越來越多地采用全地質(zhì)式掘進(jìn)機(jī)是一個(gè)趨勢。5、TBM開挖直徑TBM 的開挖直徑應(yīng)根據(jù)其目的、力學(xué)穩(wěn)定性、施工性、工期及經(jīng)濟(jì)性等綜合考慮決定。在地質(zhì)條件和掌子面穩(wěn)定性條件的容許范圍內(nèi)，盡可能地采用較大開挖直徑的TBM為宜。日本的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，在超大斷面隧道中，為了能夠確保主洞圍巖改良和補(bǔ)強(qiáng)的空間，最好采用直徑5.9m的掘進(jìn)機(jī)。6、TBM導(dǎo)坑的設(shè)置位置基本上有四個(gè)位置可以考慮。上半斷面的頂部（頂設(shè)方式）下半斷面的底部（底設(shè)方式）兩側(cè)壁部（側(cè)壁方式）其它位置下面加以簡要說明。61頂設(shè)方式國外、特別是歐洲，TBM導(dǎo)坑設(shè)置在頂部的事例比較多。日本秋田2號公路隧道也是設(shè)在頂部。其優(yōu)缺點(diǎn)是：能夠確認(rèn)隧道上半斷面的地質(zhì)狀況，可取得主洞掘進(jìn)時(shí)的掌子面穩(wěn)定與否定最有用的資料；為了從上半斷面進(jìn)行圍巖改良，這是改良拱部圍巖最優(yōu)點(diǎn)位置；主洞開挖一開始就可以利用導(dǎo)坑作為通風(fēng)坑道，同時(shí)主洞石碴對導(dǎo)坑的影響比底設(shè)方式、側(cè)壁方式都??；排除地下水，上半斷面也是有效的，但開挖下半斷面時(shí)，效果不好，要另外采取排水對策；TBM導(dǎo)坑的施工步驟，頂設(shè)方式與主洞同時(shí)并進(jìn)是困難的。因?yàn)橥瑫r(shí)進(jìn)行上半斷面開挖好出碴非常困難。因此，最好在導(dǎo)坑貫通后，進(jìn)行主洞的擴(kuò)挖。在頂設(shè)方式中，因上半斷面的擴(kuò)挖高度約8m左右，因此導(dǎo)坑的配置有設(shè)在上半斷面上部和下部2個(gè)位置。表8對其進(jìn)行比較，認(rèn)為配置在上半斷面下部比較有利。表8TBM導(dǎo)坑配置位置比較項(xiàng)目上半斷面上部上半斷面下部略圖地質(zhì)確認(rèn)能夠直接確認(rèn)隧道大板的地質(zhì)狀況，擴(kuò)挖時(shí)能夠正確評價(jià)拱頂?shù)姆€(wěn)定性對隧道頂部隊(duì)地質(zhì)確認(rèn)稍微不利事前圍巖改良圍巖補(bǔ)強(qiáng)的錨桿打設(shè)角度條件差，注漿及向下打錨桿的情況多，效率差錨桿布置比較理想，支護(hù)效果好。向下打錨桿的情況少，效率高通風(fēng)坑道的利用能夠有效地排除有害氣體有害氣體可能滯留在上部空間涌水排除地下水位僅能降低到上部斷面能夠讓地下水位降低到上半斷面附近擴(kuò)挖時(shí)的施工性爆破也好，機(jī)械擴(kuò)挖也好效率差，因?qū)Э娱_挖拱頂有松弛的危險(xiǎn)、因是橫向擴(kuò)挖，效率好，導(dǎo)坑與上半斷面底在同一水平，施工安全性高圖1是頂設(shè)方式的施工模式圖圖1頂設(shè)方式的TBM導(dǎo)坑超前工法例【施工事例】隧道名稱：意大利鐵路隧道（Ponte Cardena），隧道長13200m。采用頂設(shè)方式。主要地質(zhì)條件為凝灰?guī)r、片巖等，抗壓強(qiáng)度120160MPa，部分為1080MPa。導(dǎo)坑掘進(jìn)采用3.5m直徑的掘進(jìn)機(jī)。圖2為導(dǎo)坑配置及隧道斷面圖。圖2開挖斷面圖施工實(shí)績：平均月進(jìn)：39.8m，最大日進(jìn)78m，最大月進(jìn)1525m?！臼┕な吕咳毡靖皇看ㄋ淼溃L4.5km，在突破斷層破碎帶時(shí)采用TBM 導(dǎo)坑掘進(jìn)。導(dǎo)坑配置采用頂設(shè)方式，如圖所示。 圖 TBM導(dǎo)坑配置圖為了查明地質(zhì)狀況，首先沿隧道全長用3.5m直徑的TBM掘進(jìn)一條長4754m的輔助坑道。從輔助坑道掘進(jìn)中，不僅確認(rèn)得不良地質(zhì)地段，也驗(yàn)證了TBM 掘進(jìn)的問題。因此在主洞擴(kuò)挖中，采用了直徑5.0m的TBM。進(jìn)行掘進(jìn)。導(dǎo)坑設(shè)在隧道頂部?！臼┕な吕咳毡锯徛构匪淼?，成3938m，開挖斷面積190m，其中3694m采用直徑5.0m導(dǎo)坑掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)（圖）。圖 標(biāo)準(zhǔn)斷面及導(dǎo)坑配置圖主要地質(zhì)條件是砂巖、礫巖及泥巖。抗壓強(qiáng)度增2010MPa之間。隧道穿越大小30余條斷層。全體平均月進(jìn)359m，最大月進(jìn)769m。62底設(shè)方式TBM導(dǎo)坑配置在底部的優(yōu)缺點(diǎn)如下。作為超前導(dǎo)坑確認(rèn)地質(zhì)狀況：由于確認(rèn)隧道下部的地質(zhì)狀況，在上下斷面地質(zhì)條件各異的圍巖中，要特別注意，對上半斷面地質(zhì)的判定；因?qū)Э优渲迷谙虏浚M(jìn)行拱頂部分圍巖改良時(shí)，改良范圍和施工區(qū)域都必頂設(shè)方式大；導(dǎo)坑可以有效地利用作為主洞擴(kuò)挖時(shí)的通風(fēng)坑道，但配置在底部的場合，上半斷面的通風(fēng)狀態(tài)畢頂設(shè)方式差；排除地下水，效果比較好；導(dǎo)坑的施工步驟有可能與主洞同時(shí)并進(jìn)，特別是在工期受到限制的場合。圖2是底設(shè)方式的施工模式圖圖2底設(shè)方式施工模式圖【施工事例】隧道名稱：意大利Camporosso隧道。長7027m，用TBM導(dǎo)坑掘進(jìn)6500m。導(dǎo)坑TBM直徑3.9m，設(shè)在隧道底部。其主要地質(zhì)條件是泥灰石灰?guī)r、石灰質(zhì)頁巖。隧道斷面及導(dǎo)坑配置圖見圖1。圖1隧道斷面及導(dǎo)坑配置圖63側(cè)壁方式作為自隧道兩側(cè)配置導(dǎo)坑的方式，在日本、捷克等國家都有實(shí)例。此方式的特征如下。可以在主洞擴(kuò)挖前確認(rèn)地質(zhì)狀況，這與工期的側(cè)壁導(dǎo)坑法是一樣的。導(dǎo)坑位于隧道斷面下部，特別是設(shè)兩個(gè)導(dǎo)坑，排水效果好；擴(kuò)挖上半斷面時(shí)，可以從兩個(gè)導(dǎo)坑同時(shí)進(jìn)行上半斷面的圍巖改良作業(yè)；因是超大斷面，上半斷面的支撐有可能產(chǎn)生下沉，側(cè)壁方式可以防止腳部下沉；TBM導(dǎo)坑的施工步驟有可能與主洞同時(shí)并進(jìn)，特別是在工期有限制的場合。側(cè)壁方式的施工模式圖示于圖3。圖3側(cè)壁方式施工模式圖【施工事例】隧道名稱：舞子公路隧道，隧道長度：600m，主要地質(zhì)條件：花崗巖，抗壓強(qiáng)度5002000khf/cm，埋深2060m。舞子隧道采用側(cè)壁TBM導(dǎo)坑方式，其布置示于圖3。圖3TBM導(dǎo)坑配置圖施工實(shí)績：平均日進(jìn)：7.6m；平均月進(jìn)：183m；最大日進(jìn)：13.8m；最大月進(jìn)：216.3m。7、結(jié)束語目前，在大斷面隧道施工中，日本推薦的施工方法如下圖所示。 臺(tái)階法 TBM導(dǎo)坑超前法 導(dǎo)坑超前法 上半斷面中壁法 側(cè)壁導(dǎo)坑超前法圖 代表性施工方法主流施工方法是臺(tái)階法。為了適應(yīng)地質(zhì)條件的變化，臺(tái)階法可有多種變化方案，如導(dǎo)坑超前法、中壁法等，但都是在臺(tái)階法的基礎(chǔ)上變化的。在推薦的方法中導(dǎo)坑超前法占據(jù)重要地位。為了適應(yīng)隧道機(jī)械化施工的發(fā)展，導(dǎo)坑超前法中，TBM導(dǎo)坑超前法有了進(jìn)一步的發(fā)展。這是一種趨勢應(yīng)該引起我們的關(guān)注。對上述方法的比較研究結(jié)果如下。工法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用圍巖上半斷面超前臺(tái)階法能夠利用大型施工機(jī)械、施工性好與CD法并用，即使遇到不良地質(zhì)疑難適應(yīng)在超大斷面的場合，掌子面穩(wěn)定性沒有其它方法好。比較適合良好的圍巖C1C2上半斷面中壁法與CD法比，掌子面穩(wěn)定性高，在不良地質(zhì)條件下，輔助工法規(guī)模也小超前的掌子面也可以與導(dǎo)坑一樣確認(rèn)地質(zhì)狀況在適用區(qū)間連續(xù)條件下，比CD法的開挖速度毫不遜色綜合速度較慢后進(jìn)側(cè)拱頂附近的錨桿不能成直角打設(shè)中壁要廢除通風(fēng)方法要研究C