TBM施工中喷锚支护技术的论述论文

关于TBM施工中喷锚支护技术的论述论文

　　1 概述

　　那邦水电站引水隧洞全长为9687m，过水断面为圆形，最小过水断面直径3.5m，开挖直径为4.5m，隧洞最小埋深约为60m，最大埋深约为600m。引水隧洞底坡为3.59‰。引水隧洞岩石中Ⅱ类围岩约占44%，Ⅲ类围岩约占34%，Ⅳ类围岩约占19%，Ⅴ类围岩估计在3%左右。Ⅱ类围岩只需进行一次支护，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩需一次支护，并需进行混凝土衬砌。

　　引水隧洞主要采用TBM 法施工，TBM 施工主要是掘进、支护、出渣三大作业，以及轨道延伸、通风、供电、供水等其他辅助作业，一切作业以掘进作业为核心。在掘进作业的同时，锚杆作业和混凝土喷射等支护作业，以及进料、通风、供电、供水、轨道铺设等辅助作业同时进行，以降低延误掘进作业为一般原则。

　　初期支护是解决隧道施工期间的稳定和安全的工程措施，它是永久衬砌的一部分。初期支护形式为喷射混凝土、安装锚杆、支立钢拱架、挂钢筋网片等。

　　2 TBM初期喷锚支护

　　开敞式TBM 及其后配套系统配置了相应的支护设备。一般情况下，利用这些附属设备，能够与TBM 掘进同时作业，做到及时快速支护，真正实现TBM 工厂化流水线的连续并行作业模式。TBM 施工初期支护主要有以下几种类型：锚杆支护(包括随机锚杆和系统锚杆);喷射混凝土支护(包括素喷混凝土、钢筋网和钢拱架喷混凝土);超前支护(包括超前锚杆或超前小钢管、超前管棚、超前小导管注浆)。现就喷锚支护技术进行论述：

　　2.1 喷锚支护支护方法及工艺方法

　　2.1.1 锚杆作业

　　支护方法：在Ⅱ、Ⅲ类围岩地段以及一般围岩地段，TBM掘进后，对于隧洞局部不稳岩块，Ⅱ类围岩打Φ22，L=2.25m 随机锚杆，外露0.1m，入岩深2.15m;Ⅲ类围岩打Φ22，L=3m 随机锚杆，外露0.1m。Ⅳ、Ⅴ类围岩利用TBM 上配置的两台锚杆钻机，施作Φ22、L=3m，间距200×200 梅花形布置的系统锚杆。锚杆采用“先注浆后安装锚杆”的程序施工。利用锚杆钻机钻孔，孔径42mm，清洗孔内岩粉后，注浆泵满孔注浆，将锚杆立即插入孔内安装固定。

　　工艺方法：锚杆钻机可在主梁一定范围内纵向移动，并可在圆断面180°区域内旋转，也可前后旋转。保证了钻机在TBM 掘进过程中完成钻孔作业。锚杆注浆的水泥砂浆配合比通过试验确定，注浆采用注浆机。

　　1) 锚杆钻孔。砂浆锚杆采用“先注浆后安装锚杆”的程序施工。TBM 掘进后，采用刀盘后面TBM 上配置的两台锚杆钻机(型号COP113、速度500 rpm/320 rpm、功率11 kW、钻孔深度1.8m (1 步in 1stage)、纵向移动距离1.5m) 钻孔，钻孔直径大于锚杆直径15mm 以上，孔深偏差值不大于50mm;孔内积水和岩粉吹洗干净。

　　2) 锚孔注浆。注浆方式：制浆机(型号GX- Ⅱ) 拌制好砂浆后，采用TBM 上配置的砂浆锚杆专用注浆泵(型号NHBL110) 将砂浆注入孔内，砂浆充填长度不小于孔深的80%;注浆开始或中途停止超过30min 时，用水或稀水泥浆润滑注浆罐及其管路。

　　3) 砂浆锚杆安装。在锚孔注浆后利用锚杆钻机直接将加工好的锚杆插入孔内，并将锚杆搅拌数次，以使砂浆中空气充分排出;将孔口段填满砂浆，锚杆与钻孔间隙用钢楔加固，使锚杆不松动，并在钻孔中央。

　　锚杆施工工艺流程：

　　布点→钻孔→冲孔→注浆→安装锚杆→养护→无损检测

　　岩石锚杆的质量检验：

　　引水隧洞锚杆检测主要采取声波原理的无损检测方法，选用的检测仪器为LX- 10E锚杆锚固检测仪。

　　2.1.2 混凝土喷射作业

　　锚杆布设后，拌制好的混凝土罐车与空渣车编组后运进洞内就位，其上的吊机将罐车吊起放到固定位置，接电源罐体旋转将料卸到传送带上，并通过传送带向喷射泵受料斗供料，再由喷射泵管路送至人工喷咀或喷射机械手处，，喷射至作业面。隧洞开挖后，一般由后配套喷射机械手进行系统喷射C25 混凝土，可在环向270°范围内作业，喷混凝土层厚为100mm，一次喷射完成。在不良洞段施工时，利用软管从喷射混凝土泵引到机头架后的喷咀，人工持喷咀先及时喷射一层C25 混凝土，尽早封闭围岩，进行封面处理。

　　因此，得到最大关联度指标值r3=0.925，最小关联度指标值r17=0.925，即壁后注浆对盾构隧道工程质量风险影响最大，高水压的影响相对最小。

　　壁后注浆和注浆控制的灰色关联度值都达到了0.90 以上，说明在施工过程中应做好壁后注浆与注浆孔封堵，在填充围岩与管片之间的空隙，要确保同步注浆量，及时根据管环上浮量的变化增减卸水孔。

　　对权重值分析，按照权重值降序排列得到的因素类别排列依次为：管片错台(0.296)、管片破损、崩角(0.292)、管片渗漏水(0.248)、管片裂纹(0.163)，即管片错台对盾构隧道工程质量风险影响最大，管片裂纹的影响最小。

　　管片错台的风险因素较复杂，其不仅影响到隧道的外观质量，还会导致隧道漏水，在施工过程中应加强其质量控制。

　　3结论

　　运用灰色关联分析法，通过建立风险评价模型，对盾构隧道的风险因素集进行了定量分析，得到的各风险因素的灰色关联度指标和权重值较准确地反映了盾构隧道风险大小，具有一定的科学性，从而可为盾构隧道质量风险的控制提供科学的依据。

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