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        復(fù)雜地況下TBM掘進應(yīng)對措施分析

        2020-11-27 12:36:04張波
        商品與質(zhì)量 2020年6期
        關(guān)鍵詞:圍巖

        張波

        中鐵隧道股份有限公司 河南鄭州 450000

        1 隧道的地質(zhì)特點

        在花崗巖底層地段,TBM掘進受到了很大的影響,其原因分析如下:第一,巖石埋深大,地應(yīng)力強,巖爆頻繁;第二,圍巖斷層、破碎帶較多;第三,圍巖變化頻繁,整體穩(wěn)定性差。TBM掘進對地質(zhì)依賴性較大,在復(fù)雜困難的地質(zhì)條件下,TBM掘進會有較大的難度,常見的有三種情況:第一,TBM掘進時在掌子面與噴漿橋之間常會出現(xiàn)巖爆和坍塌的情況,且會形成較大石碴和塌腔,刀具和刮板會在使用中受損嚴(yán)重;第二,圍巖埋深大,在高應(yīng)力的情況下易軟弱變形,掘進過程中護盾容易被卡;第三,掌子面出現(xiàn)嚴(yán)重坍塌時,刀盤極易被卡[1-2]。

        2 TBM掘進在復(fù)雜地況下的對策

        TBM掘進過程中,首先要詳細(xì)的了解地質(zhì)情況,這是進行掘進的基礎(chǔ),其次要根據(jù)地質(zhì)條件設(shè)計可靠安全、掘進效率高的TBM,根據(jù)地質(zhì)情況設(shè)計掘進預(yù)案;最后主司機對TBM掘進操作的熟練程度和緊急情況下的應(yīng)對能力是掘進順利快速完成的根本[1]。在TBM掘進中遇到阻礙時可以采取以下幾方面的措施。

        2.1 改進刀盤和刀具

        刀盤和刀具是TBM掘進過程中的唯一破巖機構(gòu),刀盤和刀具對地質(zhì)的適應(yīng)性越高,TBM掘進效率越好。因而針對刀盤和刀具的改良,是非常有必要的措施[3]。

        (1)改良刮板系統(tǒng)。刮板在大石塊的沖擊下容易脫落,影響掘進進度,為避免造成重大損失,可以通過加大刮板的分擔(dān)受力減緩刮板受到的沖擊。改良措施如:①增加支座板的厚度;②加大刮板固定螺栓孔的數(shù)量;③改進刮板支座的連接方法,采用螺孔鑲套彈簧取代原來老式的支座背后焊絲方式;④增加刮板支座筋板的個數(shù)。

        (2)改進刀具系統(tǒng)。刀具對提高TBM掘進效率有不可忽視的作用,通過以下方式可以改進刀具系統(tǒng),提高TBM掘進效率。①降低刀圈硬度。TBM的刀圈在掘進過程中遇到埋深大的硬巖以及斷層較多的情況,刀具的受力會很大,若刀具抗沖擊能力低,刀具會損壞。刀具的抗沖擊能力與刀具硬度有關(guān),硬度越低,刀具抗沖擊能力越好。因此,通過降低刀圈硬度,刀圈在復(fù)雜地質(zhì)情況下的適用性增強,使刀圈在TBM掘進過程中更耐用,提高TBM掘進效率。②增加刀圈的寬度。TBM的刀圈在面對硬巖時,會受到很大的沖擊力,但是刀圈很薄時,面對大的沖擊力時會抵抗不住,導(dǎo)致刀圈崩裂,增加刀圈寬度,在刀圈面對硬巖時,可以緩解沖擊力,提高刀圈的使用壽命[2]。

        2.2 提前設(shè)計掘進預(yù)案

        根據(jù)地質(zhì)狀況和經(jīng)驗預(yù)估可能發(fā)生的突發(fā)事件,提前作出相應(yīng)的方案。如發(fā)生斷層破碎帶、護盾卡死、刀盤被卡和坍塌等情況,根據(jù)突發(fā)情況的影響輕重設(shè)計出針對性的掘進預(yù)案,確保掘進不被影響,高效的完成掘進計劃。

        (1)斷層破碎帶的應(yīng)急方案。主司機根據(jù)經(jīng)驗和敏銳的預(yù)感判斷掘進地段即將出現(xiàn)的坍塌等突發(fā)狀況,綜合利用超前地質(zhì)預(yù)報、地質(zhì)勘探資料和相鄰線掘進情況等方法迅速準(zhǔn)確判斷出具體的位置,馬上停止掘進,在判斷出的危險地段進行超前支護,必要時可進行圍巖支護參數(shù)變更,同時作業(yè)人員要時刻敏銳的注意地段是否安全,及時做出準(zhǔn)確的判斷,避免人員受傷。

        (2)護盾被卡時的應(yīng)對方法。推進油缸的壓力快速升高和刀盤前進被阻時,可以判斷護盾被卡,TBM掘進被阻。針對這種情況的處理方案是:主司機馬上停止刀盤推進,將刀盤后退,若是刀盤能夠后退,則后退一個循環(huán)的刀盤,此時TBM可以繼續(xù)前進[3]。

        (3)刀盤被卡時的應(yīng)對方法。第一種情況,坍塌程度小,塌腔比較穩(wěn)定。若刀盤能夠繼續(xù)旋轉(zhuǎn),則表明塌方程度小。此時主司機應(yīng)停止推進刀盤。第二種情況,坍塌程度較大,塌腔比較穩(wěn)定。若造成坍塌程度較大時,主司機應(yīng)馬上停止推進刀盤,并進行以下操作步驟:將刀盤后退至50cm左右;隨后安排作業(yè)人員檢測坍塌程度,作業(yè)人員判斷掌子面相對穩(wěn)定后可以較緩的速度掘進,在掘進過程中及時將產(chǎn)生的廢渣清理,避免TBM設(shè)備受損;若經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)坍塌的體積大于刀盤的1/4時,后退刀盤直至到坍塌頂部高度低于刀盤1/4的位置,轉(zhuǎn)動刀盤并清理掘進產(chǎn)生的石碴;若作業(yè)人員發(fā)現(xiàn)掌子面出現(xiàn)塌腔,針對此情況,應(yīng)后退刀盤,回填掌子面,采取超前支護措施,控制住塌腔,待作業(yè)人員檢測前方地段穩(wěn)定后繼續(xù)使用TBM掘進[4-5]。第三種情況,坍塌嚴(yán)重塌腔不穩(wěn)。刀盤后退連續(xù)兩個循環(huán)后,坍塌頂部仍然要比刀盤的1/4位置高時,為保證掌子面的基本穩(wěn)定,停止后退刀盤,掘進人員應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘探的情況以及掘進經(jīng)驗從護盾的側(cè)面來開挖新的通道,在刀盤的前方安裝人工支護裝置,掘進人員在檢測到隧道地況安全和穩(wěn)定之后,使用TBM掘進,保證掘進順利進行[4]。

        3 結(jié)語

        通過對TBM設(shè)備的刀具和刀盤進行改良,提高了TBM設(shè)備對復(fù)雜地質(zhì)的適應(yīng)性,提高了掘進效率。根據(jù)地質(zhì)勘探和掘進經(jīng)驗判斷掘進可能出現(xiàn)的狀況,做好掘進預(yù)案,并結(jié)合現(xiàn)場實際做出正確的掘進處理方式。

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