敞开式TBM破碎围岩施工方法技术

本发明专利技术涉及破碎围岩岩层掘进方法领域，特别是涉及到了一种敞开式TBM破碎围岩施工方法。该方法是在TBM盾体后部采用弧形的管片拼装成支护环，并在支护环的外壁与洞壁之间留出注浆间隙；通过管片上预留的锚杆孔，用TBM的锚杆钻机施作锚杆；通过TBM盾体上预留的注浆口用TBM的注浆装置向支护环与洞壁之间的注浆间隙中注入结合物，结合物将管片与洞壁结合为一体，通过安装管片、施作锚杆以及填充结合物构造支护体系；管片的内侧面形成用于与TBM的撑靴配合的支撑面。施工过程可直接利用现有TBM上自带的注浆装置以及锚杆钻机进行相应操作，最大限度地减少对TBM结构的改变。综上所述，本发明专利技术有效解决了现有敞开式TBM破碎围岩施工方法存在的成本高、效率低的问题。效率低的问题。效率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
敞开式TBM破碎围岩施工方法


[0001]本专利技术涉及破碎围岩岩层掘进方法领域，特别是涉及到了一种敞开式TBM破碎围岩施工方法。

技术介绍

[0002]TBM(岩石隧道掘进机)是一种被广泛应用于山岭隧道施工的全断面掘进设备。伴随着各种长、超长(10km以上)隧道建设需求的日益增多，隧道地质变化复杂，Ⅱ、Ⅲ类占比居多的围岩中还会夹杂着占比不少的Ⅳ、
Ⅴ
类围岩，且存在大量的破碎带，这种工程仍将不得不选择敞开式TBM，但面临着敞开式TBM在破碎岩体时的施工支护问题。
[0003]敞开式TBM软弱破碎地层施工过程中容易产生掉块、渗水、大变形等风险，使得施工安全性大大降低；同时，破碎岩体不能提供足够的TBM撑靴推力，使得TBM掘进困难；破碎围岩若不能得到很好的支护和处理，则隧道围岩稳定性将无法保证，影响隧道的施工和运营。目前TBM施工初期支护采取主要措施包括：钢筋排支护、钢筋网支护、钢拱架支护、锚杆支护、喷射混凝土支护等，支护体系割裂且单一，不能很好地适应TBM快速施工和围岩有效支护，安全性和可靠性不高。
[0004]为了解决上述问题，申请公布号为CN110939468A、申请公布日为2020.03.31的专利申请提供了一种敞开式TBM的装配式支护钢管片及其与喷锚联合支护方法。所述方法依次包括在TBM盾体的盾尾用弧形的支护管片拼支护环的步骤、在所述支护环的内壁上喷混凝土形成整体受力结构的步骤以及通过支护管片上的预留孔向围岩打中空注浆锚杆以及注浆加固围岩的步骤。通过以上步骤可以解决敞开式TBM工法时无法及时封闭盾尾出露围岩的难题，为盾尾出露的破碎围岩快速提供大刚度、全封闭支撑条件，增加撑靴处承载能力，提高TBM掘进效率，支护结构安全性高、与锚喷支护结合后处理措施多样，对突涌水、断层破碎带、岩爆等不良地质的适应性好，可靠性高。
[0005]然而，上述敞开式TBM的装配式支护钢管片与喷锚联合支护方法中，支护结构主要是通过喷锚的方式，在支护管片的内壁上喷射混凝土构成，这种方式需要较大地改变现有敞开式TBM的结构，较大地增加设备成本，而改变后的TBM则又可能出现无法在正常支护模式下掘进的问题，降低设备的工作效率。因此所述的装配式支护钢管片与喷锚联合支护方法对现有的敞开式TBM很不友好。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种敞开式TBM破碎围岩施工方法，以解决现有敞开式TBM破碎围岩施工方法存在的成本高、效率低的问题。
[0007]为了解决上述问题，本专利技术的敞开式TBM破碎围岩施工方法采用以下技术方案：敞开式TBM破碎围岩施工方法，该方法是在TBM盾体后部采用弧形的管片拼装成支护环，并在支护环的外壁与洞壁之间留出注浆间隙；通过管片上预留的锚杆孔，用TBM的锚杆钻机施作锚杆；通过TBM盾体上预留的注浆口用TBM的注浆装置向支护环与洞壁之间的注浆间隙中注
入结合物，结合物将管片与洞壁结合为一体，通过安装管片、施作锚杆以及填充结合物构造支护体系；管片的内侧面形成用于与TBM的撑靴配合的支撑面。
[0008]有益效果：本专利技术的方法摒弃现有方法中“喷锚”的支护理念，开拓性地提出通过在管片上预留的锚杆孔，用TBM的锚杆钻机施作锚杆；通过TBM盾体上预留的注浆口用TBM的注浆装置向支护环与洞壁之间的注浆间隙中注入结合物，结合物将管片与洞壁结合为一体，通过安装管片、施作锚杆以及填充结合物构造支护体系；直接以管片的内侧面作为与TBM的撑靴配合的支撑面。施工过程可直接利用现有TBM上自带的注浆装置以及锚杆钻机进行相应操作，最大限度的减少对TBM结构的改变，从而可实现TBM在正常围岩地层和破碎围岩地层掘进地快速转换，提高其施工效率。综上所述，本专利技术有效解决了现有敞开式TBM破碎围岩施工方法存在的成本高、效率低的问题。
[0009]更进一步地，所述管片上设有用于与管片拼装机配合的抓取口，在拼装管片之前，将TBM的钢拱架安装机构替换为管片拼装机，采用管片拼装机完成对管片的拼装。在管片上设置所述抓取口，可通过简单的改变TBM的拼装机构便可以实现对管片的自动化拼装，在较小改变TBM结构的情况下，便可大大提高施工效率。
[0010]更进一步地，所述管片的外侧面上设有加强肋。加强肋可以使管片具备更高的强度。
[0011]更进一步地，管片的内侧面为粗糙面，以增大与撑靴间的摩擦力。通过将管片的内侧面设为粗糙面以增大与撑靴间的摩擦力后，能够更好地避免出现撑靴处打滑的问题。
[0012]更进一步地，所述结合物为豆砾石和浆液的混合物。豆砾石和浆液的混合物作为盾构机中常用的材料，可以很好地满足强度的要求。
[0013]更进一步地，所述锚杆为中空锚杆，其壁上布设有通孔，用TBM的注浆装置通过中空锚杆向破碎岩体中注入浆液以加固破碎岩体。用TBM的注浆装置通过中空锚杆向破碎岩体中注入浆液，可充分利用TBM自身的注浆装置，同时改善岩层强度及整体性。
[0014]更进一步地，所述浆液为早强混凝土浆液，以使撑靴在到达最末端的管片时，浆液的强度可以支撑撑靴。通过采用早强混凝土浆液，使撑靴在到达最末端的管片时,浆液的强度可以支撑撑靴的情况下，能够充分保证TBM工作的连续性，充分发挥其工作效率。
[0015]更进一步地，所述管片的两端分别设有向内侧延伸的连接沿，相邻两管片之间通过连接沿上的紧固螺栓连接在一起。连接沿能够实现相邻两管片间的快速连接。
[0016]更进一步地，所述连接沿由管片端部的折边构成。折边构成的连接沿具有制作简单、整体性好的优点。
[0017]更进一步地，在前后方向上相邻的两管片间通过在所述注浆间隙中注入结合物而间接结合在一起。前后相邻的两管片间通过在所述注浆间隙中注入结合物而间接结合在一起时，可不必再进行二者之间的预连接，例如不需保证前后两管片的连接孔的对准，从而可降低对管片安装的周向位置精度要求。
附图说明
[0018]图1是使用本专利技术敞开式TBM破碎围岩施工方法的实施例1所开挖隧道的示意图；
[0019]图2是使用本专利技术敞开式TBM破碎围岩施工方法的实施例1所开挖隧道的剖面图；
[0020]图3是两管片的连接示意图(剖视图)；
[0021]图4是管片的连接示意图(主视图)；
[0022]图5是锚杆的示意图。
[0023]图中：11、管片；12、锚杆孔；13、抓取口；14、锚杆；15、螺栓；16、围岩。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，即所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0025]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.敞开式TBM破碎围岩施工方法，其特征在于，该方法是在TBM盾体后部采用弧形的管片(11)拼装成支护环，并在支护环的外壁与洞壁之间留出注浆间隙；通过管片(11)上预留的锚杆孔(12)，用TBM的锚杆钻机施作锚杆(14)；通过TBM盾体上预留的注浆口用TBM的注浆装置向支护环与洞壁之间的注浆间隙中注入结合物，结合物将管片(11)与洞壁结合为一体，通过安装管片(11)、施作锚杆以及填充结合物构造支护体系；管片(11)的内侧面形成用于与TBM的撑靴配合的支撑面。2.根据权利要求1所述的敞开式TBM破碎围岩施工方法，其特征在于，所述管片(11)上设有用于与管片拼装机配合的抓取口(13)，在拼装管片(11)之前，将TBM的钢拱架安装机构替换为管片拼装机，采用管片拼装机完成对管片(11)的拼装。3.根据权利要求2所述的敞开式TBM破碎围岩施工方法，其特征在于，所述管片(11)的外侧面上设有加强肋。4.根据权利要求1所述的敞开式TBM破碎围岩施工方法，其特征在于，管片(11)的内侧面为粗糙面，以增大与撑靴间的摩...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾正文，荆留杰，杨晨，王祥祥，陈帅，鞠翔宇，郑赢豪，陈强，岳朋闯，曹浩天，周宇，张娜，简鹏，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：