一、坍滑、坍塌的主要類(lèi)型、形態(tài)及原因分析

    TBM進(jìn)入軟弱破碎圍巖時(shí)出現(xiàn)坍滑、坍塌的主要類(lèi)型、形態(tài)隨圍巖類(lèi)別、巖性、節(jié)理發(fā)育、節(jié)理走向的不同而有所不同，在TBM掘進(jìn)時(shí)圍巖出現(xiàn)坍滑、坍塌的情況主要有以下5種：

    (1)工作面前方出現(xiàn)坍滑、坍塌：在TBM刀盤(pán)的正前方開(kāi)挖斷面Φ8.8 m以內(nèi)出現(xiàn)圍巖坍滑、坍塌。

    原因分析：TBM刀盤(pán)前部圍巖破碎，節(jié)理很發(fā)育，圍巖失穩(wěn)，大范圍松動(dòng)、剝落，掌子面坍塌。

    (2)刀盤(pán)前上方及刀盤(pán)前部出現(xiàn)坍滑、坍塌：TBM刀盤(pán)前上方呈鍋底狀，并隨時(shí)有巖石掉落現(xiàn)象發(fā)生；TBM刀盤(pán)的正前方出現(xiàn)圍巖坍滑、坍塌，圍巖呈自然斜坡?tīng)睿藭r(shí)坍滑、坍塌部位擴(kuò)展到開(kāi)挖斷面Φ8.8 m以外。

    原因分析：TBM刀盤(pán)前上方及刀盤(pán)前部圍巖破碎，節(jié)理很發(fā)育，圍巖失穩(wěn)，大范圍松動(dòng)、下沉，整個(gè)掌子面坍塌，刀盤(pán)前上方巖石極不穩(wěn)定，隨時(shí)有掉落的可能，隨巖石的塌落，上部塌腔將逐漸增大。

    (3)刀盤(pán)頂護(hù)盾上方出現(xiàn)圍巖坍滑、坍塌：TBM刀盤(pán)頂護(hù)盾上方塌落的巖石緊壓護(hù)盾，或呈半鍋底狀，并隨時(shí)有巖石掉落現(xiàn)象發(fā)生。

    原因分析：TBM刀盤(pán)護(hù)盾上方圍巖節(jié)理很發(fā)育，塑性圍巖。先期掘進(jìn)時(shí)處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)?shù)侗P(pán)切削完成后處于護(hù)盾上方時(shí)，由于地應(yīng)力的影響，圍巖收斂變形，加上護(hù)盾振動(dòng)的影響，圍巖失穩(wěn)、松動(dòng)、剝落。

    (4)刀盤(pán)于護(hù)盾外側(cè)出現(xiàn)圍巖坍滑、坍塌：刀盤(pán)于護(hù)盾外側(cè)出現(xiàn)巖石塌落、掉落，根據(jù)圍巖類(lèi)別、巖性、節(jié)理發(fā)育及走向不同而形狀各異。

    原因分析：圍巖節(jié)理很發(fā)育段，先期掘進(jìn)時(shí)處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)?shù)侗P(pán)切削完成后處于護(hù)盾外側(cè)時(shí)，由于地應(yīng)力的影響，圍巖收斂變形，加上護(hù)盾振動(dòng)的影響，圍巖失穩(wěn)、松動(dòng)、剝落。

    (5) TBM主機(jī)支撐區(qū)邊墻坍滑：先期掘進(jìn)后，開(kāi)挖面處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)?shù)侗P(pán)切削完成后處于撐靴位置時(shí)，由于撐靴的擠壓，圍巖失穩(wěn)、松動(dòng)、坍滑。

    原因分析：撐靴擠壓。

    二、出現(xiàn)圍巖坍滑、坍塌后的主要處理措施

    在軟弱圍巖地帶，圍巖自穩(wěn)時(shí)間較短，一般按照超前管棚、支立鋼拱架、錨噴、掛鋼筋網(wǎng)、噴混凝土的順序施工。

    1．圍巖破碎地段的處理

    對(duì)于圍巖局部破碎地段，利用TBM刀盤(pán)護(hù)盾上部的指形防護(hù)柵，在隧道頂部120°范圍內(nèi)安全地安裝Φ22 mm砂漿錨桿，掛雙層鋼筋網(wǎng)，及時(shí)超前噴護(hù)，穩(wěn)定圍巖。

    若圍巖破碎帶較寬，在TBM開(kāi)挖前，可利用超前鉆機(jī)施作超前管棚，Φ108 mm鋼管，間距30 cm，長(zhǎng)18 m，在隧道拱部約120°范圍內(nèi)形成穩(wěn)定支護(hù)區(qū)；然后邊架立拱架邊掘進(jìn)，掘進(jìn)8m左右即施作下一組管棚，與前組管棚間保證一定的搭接寬度，直至TBM通過(guò)該破碎帶。

    2．拱頂處的坍塌處理

    巖石開(kāi)挖后在刀盤(pán)護(hù)盾處出現(xiàn)部分崩塌或局部掉塊，主要處理措施：加密Φ22 mm砂漿錨桿，掛雙層鋼筋網(wǎng)(10 cm×10 cm)，將錨桿頭與鋼筋網(wǎng)焊接為一體，再噴射混凝土，此過(guò)程不影響TBM正常掘進(jìn)。

    巖石開(kāi)挖后在刀盤(pán)或刀盤(pán)護(hù)盾處出現(xiàn)較大坍塌，必須停機(jī)處理。先停機(jī)處理護(hù)盾頂部危石，進(jìn)行超前噴護(hù)，同時(shí)架立鋼拱架，在鋼拱架與護(hù)盾頂部搭焊短鋼管，鋼管上面焊接2 mm厚鋼板封閉塌腔。隨刀盤(pán)前進(jìn)，逐一架立鋼架、鋼板封閉，用C20號(hào)細(xì)石混凝土回填密實(shí)，使塌腔與周?chē)鷰r石連為一體。

    3．拱墻處（撐靴處）坍塌的處理

    一般小范圍的軟弱結(jié)構(gòu)可通過(guò)鎖死部分撐靴的方法通過(guò)。此時(shí)外機(jī)架支撐面積較小，要相應(yīng)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，TBM才能安全通過(guò)。此過(guò)程中TBM不用停機(jī)。

    拱墻處發(fā)生較大坍塌時(shí)，造成TBM外機(jī)架一側(cè)的撐靴無(wú)法支撐，必須停機(jī)處理。施工中采用聯(lián)合支護(hù)方式，先清理危石，塌腔及其周?chē)贸皣婎^噴射8 cm厚混凝土，架立鋼拱架，在鋼拱架與塌腔之間用2 mm厚鋼板封閉，用棉紗堵塞漏洞，用C20號(hào)混凝土回填塌腔，回填密實(shí)后整個(gè)鋼板外圍再噴射5 cm厚混凝土，使回填混凝土與圍巖連成一體，待混凝土初凝后方可掘進(jìn)。

    4．撐靴部位位于軟弱地段的處理

    TBM的支撐系統(tǒng)采用雙排四角支撐，由2個(gè)支撐部分（外機(jī)架1、外機(jī)架2）組成。每個(gè)支撐部件由8個(gè)撐靴組成，額定總支撐力91000 kN，在額定的總支撐力下?lián)窝ソ拥貕毫?90 N/cm2。每個(gè)撐靴都能獨(dú)立操作。TBM掘進(jìn)時(shí)，支撐靴支撐著設(shè)備的重量，并將推力和扭矩的反力傳給拱墻的巖壁。當(dāng)拱墻圍巖強(qiáng)度不足以支撐撐靴壓力時(shí)，TBM將無(wú)法進(jìn)行掘進(jìn)。

    主要處理措施是：

    (1)將拱墻支撐靴部位進(jìn)行換填處理，架立鋼模板，封閉模板四周，用C20混凝土回填，待回填混凝土初凝后，再重新?lián)尉o外機(jī)架進(jìn)行掘進(jìn)。

    (2)在巖石松散、支撐力不足的情況，可采用在撐靴位置打邁式錨桿注漿加固巖石，同時(shí)調(diào)整撐靴壓力，加大撐靴面積，避免出現(xiàn)反力不足、撐靴深陷的情況。

    三、防止圍巖坍滑、坍塌的主要措施

    有效地進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、超前注漿預(yù)加固及采取科學(xué)的支護(hù)手段、選擇合理的掘進(jìn)參數(shù)，是減少、防止圍巖坍滑、坍塌的主要措施。