软弱千枚岩地段TBM掘进施工技术

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平均进尺 9． 6 m， 远低于Ⅲ级围岩地 段 日 平 均 进 尺 21． 5 m 的掘进速度。通 过对 掘进 报告 的 整 理分 析 ( 见表 1) ， 在 软弱千枚 岩地 段掘进 时 ， 刀 具 检查 时 间 、 更换
表1 Table 1
围岩状况 Ⅲ级围岩段 Ⅳ级围岩段
频 率 以 及 由 于 石 碴 较 大 引 起 的 皮带机 故障 频 率 明 显 高 于 Ⅲ 级 围 岩 地 段， 从 而 减 少 了 TBM 的 有 效 掘 进 时间。
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4． 1
软弱千枚岩地段 TBM 掘进施工技术
加强 提 前 预 测 前 期 没 有 探 明 、 的 隐伏的地质问题， 做 好 围 岩 判 别， 降 低隧道地质 灾 害发生的概率及危害程度， 做好施工对策及处理措施， 保证隧道施工正常进行; 特别是软弱围岩段， 加强超前 地质预报 工 作 对保 证 机 器 设 备 的 安 全 和 施 工的 连续 性、 安全性有重大 意义。 西秦岭 隧道工程 成立专 门 的 超前地质预报组， 并将其纳入全工序管理， 采用多种地 质预报手段与现场经验实践相结合的方式加强超前地 质预报工作。 4． 1． 1 一般地段 以地质分析为基础， 充分利用前期勘察资料、 钻爆 法施工段开挖揭露 的地质 资 料 及 施 工 积 累 的经 验， 通 过地质符合性评判， 经地 表 调 查、 地质 素 描、 地质分 析 作图， 综合分析后得出超前地质预报结论， 遇有异常时 采取 TSP、 红外探测等进行验证预报。 4． 1． 2 重点地段 对可能存在构 造 破 碎 带 ( 断 层 破 碎 带、 褶 皱 带) 、 软硬岩分界面及其他软弱夹层或节理裂隙发育带的隧 道段、 物探异常区、 可 能 存 在 涌 水 突 水 的隧道 段， 以地 质分析为基础， 在地 表 调 查、 地质 素 描、 地质分 析 作图 的基 础 上 ， 采用 TSP、 红外探测对 发现 的地质 异 常 地 段
不同围岩段各工序及停机时间百分比对比表 %
Percentage of time consumed by different construction procedures and downtime in different rock mass
刀盘检查 10． 93 16． 36 刀具更换 0． 50 3． 19 维修保养 11． 36 11． 17 支护停机 8． 86 10． 20 运输停机 1． 92 1． 47
第 31 卷 第 6 期 2011 年 12 月
隧道建设 Tunnel Construction
Vol． 31 No． 6 Dec． 2011
软 弱千枚 岩 地 段 TBM 掘 进 施 工技术
张学军，胡必飞
( 中铁隧道集团二处有限公司，河北 三河 065201 )
摘要: 为提高 TBM 在软弱千枚岩地段中的掘进速度， 提高施工效益， 从施工组织管理、 调整 TBM 掘进参数、 围岩坍塌 的 快速 处 理 和 设备改造 4 个方面介绍 TBM 在这种围岩中掘进的施工措施及技术。实践证明: 通过设 备改造和采 用 合 理的 掘进 参数， 能 有效 地 提 高 TBM 在软弱千枚岩地段中的掘进速度和施工效益。 关键词: TBM; 软弱千枚岩; 设备改造; 掘进参数 中图分类号: U 455． 4 文献标志码: B 文章编号: 1672 － 741X( 2011 ) 06 － 0706 － 06
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概述
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软弱千枚岩地段影响 TBM 掘进的主要因素
兰渝铁路西秦岭 隧道 XQLS2 标 位 于 新 建铁路 兰 渝线中段， 地处甘肃省陇南市武都区境内， 为左右线分
2010 年 12 月 26 日—2011 年 3 月 3 日， TBM 在连 续 647 m 的Ⅳ级软弱围岩地段掘进施工， 该段掘进日
， TBM 掘进段 地层主要 为 千
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软弱千枚岩特征
西秦岭隧道软弱围岩地段出露的千枚岩为浅灰色 至深 灰 色 ， 主要为 砂 质 千枚 岩 和 千枚 状 夹 变 砂 岩。 千 受构 造 影响， 层间 揉 皱 强 烈， 岩石 较 破 枚岩节理发育， 碎， 零星夹有灰岩薄层。当 TBM 进入软弱千枚 岩地 段 进行掘进施工时， 由 于 千枚 岩节理 发 育 或 存 在 断 层 破 碎带， 层间结合差， 岩 体本 身 碎 块 状 结构， 加之刀盘切 削作用和护盾的震动影响， 致使千枚岩沿节理面、 断层 、 ， 、 面或岩层松动 错落 出现大面积失稳 坍滑和坍塌。
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引言
西秦岭隧道全长 28 236 m， 采 用 钻 爆 法 与 TBM 法 TBM 掘进出碴方 式 采 用 连 续 皮 相结合的施 工 方 式，
［1 － 3］ 。 TBM 掘进 带机出 碴 ， 衬砌采用同步衬砌技术 12 934 m， 分为 2 个阶段， 其中第 1 阶段 5 594 m， 第2 阶
XQLS2 标 负 责 左 线 隧道的 施 工， 设的 2 条单 线 隧道， 全线处于直线 上。 用 于 西秦岭 隧道 施 工的 TBM 采 用 美国罗宾斯公司生产的 10． 2 m 开敞式全断面隧道硬 岩掘进机。隧道地层主要 为 第四 系全 新 统 松散 层， 石 炭系下统砂质千枚 岩， 泥 盆 系 下 统 灰 岩、 千枚 岩， 下元 古界灰岩、 砂质千枚岩夹变砂岩、 变砂岩、 砂质千枚岩， 断层角砾岩和断层泥砾 枚岩和砂质千枚岩。
刀盘运转 36． 87 26． 21
TBM 故障停机 皮带机故障停机 其他原因停机 13． 06 6． 67 9． 83 14． 05 10． 73 6． 61
注: 其他原因停机主要包括电力供应中断、 洞外出碴运输运力不足等。
影响 TBM 掘进 的主要 因 素 大 致 可 以 归 纳 为 以 下 4 个方面: 1 ) 因撑靴位置 围 岩 破 碎 或 滑 塌， 无法 提 供 撑 靴 支 撑所需要的反力， 需要对撑靴背后围岩进行加固; 2 ) 围岩 坍塌、 掉 块 等 情况， 停 机进 行 初 期 支 护 施 工以及处理围岩坍塌; 3 ) 因软弱围岩段 TBM 掘进施工时， 碴体中块状岩 碴含量 达 到 60% ～ 90% ， 粒 径 3 ～ 10 cm， 有 时会 出 现 30 cm 以上的大石 块， 容 易 划 伤、 划 破 皮带， 有时掌子 面破碎围岩坍塌体 会堵 塞 皮带机 接 料口， 造 成 连续皮 停机修复甚至更换皮带; 带故障， 4 ) 因软弱围岩段碴体中大块岩块较多， 刀盘侧边铲 斗的刀牙磨损严重， 导致刀盘检查、 刀具和刀牙的更换。
收稿日期: 2011 － 10 － 14 ; 修回日期: 2011 － 10 － 24 2003 年毕业于石家庄铁道学院铁道工程专业， 作者简介: 张学军( 1971 —) ， 男， 河南安阳人， 工程硕士， 高级工程师， 现从事隧道及地下工程的管理工作。
第6 期
张学军，等 :
软弱千枚岩地段 TBM 掘进施工技术
进行核实与验证。 4． 1． 3 现场经验实践手段 西秦岭隧道软弱千枚 岩 受 结构面 影响 较 严重， 围 岩情况指标很大程 度 上 受 岩 体 结构的 控 制。 因 此， 对 该类围岩的情况进 行 估 计 时， 应重 点 考 察 其岩 体 结构 和不连续 面 情况 等。 TBM 开挖 的 碴 料 由 片 状 或 块 状 TBM 滚 刀 将 岩 体 挤 岩碴、 岩粉及构 造 充 填 物 等 构 成， 压破碎时， 破裂面优先沿着岩体节理面、 层理面等软弱 结构面形成。因此， 当围岩类别不同时， 其碴料成分和 ［5 － 6 ］ 。 粒径也不相同 根据西秦岭 隧道 第 1 掘进段碴 料 特 征: Ⅲ级 围 岩 ， 段 因千枚岩完整性较好， 碴体中片状岩碴含量为 90% ～ 100% ， 块状岩碴含量为 0% ～ 5% ， 粒径为 3 ～ 10 cm， 岩粉 主要由刀具切割岩石形成， 岩碴中一般少见或无节理面; Ⅳ级围岩段， 小粒径岩碴含量较少， 块状岩碴含量较大， 粒 径为 3 ～ 20 cm， 超过 20 cm 的大块岩碴出现较多， 常见棱 角状未切割岩块， 不同围岩段碴体特征见图 1 和图 2。实 际施工中， 可根据碴体情况判断掌子面围岩情况， 提前做 好围岩处理措施及工序转换。 4． 1． 4 物探重点手段 1 ) TSP203 + 超 前 地质 预 报。 TSP203 + 每次 可 探测
100 ～ 350 m， 为提高预报准确度和 精 度， 采 取 重叠式 预 报， 每开挖 120 ～ 200 m 预报一次， 并对重叠部 分 ( 不 小 # 于 20 m) 进行对 比 分 析， 所 有 探测 孔 布 置 在盾 尾 和 2 拖车之间， 见图 3 。
图1 Fig． 1
Ⅲ级围岩段碴料
Mucks produced in Grade Ⅲ rock mass
TBM Tunneling Technology in Weak Phyllite Section
ZHANG Xuejun，HU Bifei
( The 2 nd Engineering Co． ，Ltd． of China Railway Tunnel Group，Sanhe 065201 ，Hebei，China) Abstract: TBM tunneling technology in weak phyllite section is presented in terms of tunneling management，TBM boring parameter adjustment，collapse treatment and equipment modification． The practice shows that the speed and efficiency of TBM tunneling in weak phyllite section can be improved by means of equipment modification and adopting rational boring parameters． Key words: TBM; weak phyllite; equipment modification; boring parameter