[发明专利]隧道TBM施工过破碎带灾害源超前控制方法及系统

说明书

本公开提供了一种隧道TBM施工过破碎带灾害源超前控制方法及系统，利用钻探与地球物理探测，在地表对破碎带展布范围内地层采用超前钻探方法进行取芯，根据取芯结果调整软弱破碎区域分布范围，确定TBM掘进前方灾害源赋存位置及特征；从地表开设垂直钻孔，对TBM周边地层低压渗透注浆加固，对破碎带富水软弱地层地表注浆治理；综合采用地球物理探测和检查孔法对富水破碎灾害源加固治理效果进行检查，判断注浆加固效果，直到注浆治理效果达到预期要求再启动TBM掘进，保障安全顺利施工。

技术领域

本公开涉及一种隧道TBM施工过破碎带灾害源超前控制方法及系统。

背景技术

TBM因其具有高效、优质、安全及环保的技术特点，已被广泛应用于长距离地铁隧道施工。隧道施工不可避免地要穿越断层破碎带等不良地质体，破碎带通常软弱破碎且连通富水含水层。TBM单一的全断面开挖方式本身不利于围岩稳定，临近破碎带其开挖扰动极易诱发围岩失稳及突水突泥灾害，导致TBM被卡被埋，严重威胁TBM施工安全。此外，由于TBM刀盘护盾阻隔，揭露围岩情况和开挖面渗漏水信息不能被及时有效收集，当判定地层为破碎带时，往往TBM已经置身其中，使得断层破碎带治理不仅要有效加固地层，而且要兼顾TBM机器安全，无疑加大了工程治理难度。

TBM过破碎带灾害源超前治理通常采用注浆治理方法，但现有治理方法存在以下三个问题：①对掘进前方地层缺乏全面准确的判断，使得注浆加固范围和强度具有盲目性，主要表现为富水软弱区域没有加固或加固强度不够，围岩较完整区域重复加固，强度浪费。②破碎带治理忽略了TBM安全保护。主要表现为浆液无序扩散进入TBM内部造成堵塞和污染或固结刀盘以及过大的注浆压力对TBM护盾造成损伤。③对注浆加固效果缺乏全面可靠的认识，对加固效果容易造成误判，贸然启动TBM，给施工带来极大安全风险，并且一旦出现TBM卡机事故，需要重新对断层破碎带进行全面二次加固，极大浪费材料和工期。

因此，对于地铁隧道TBM过破碎带灾害源超前探查和安全控制应当将钻探和物探相结合，全面准确判定地层，在此基础上，破碎带治理应当平衡富水软弱围岩加固和TBM机器安全，实现经济性和安全性的统一。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种隧道TBM施工过破碎带灾害源超前控制方法及系统，本公开可实现地铁隧道TBM施工过破碎带灾害源超前探查及治理，保障安全顺利施工。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种隧道TBM施工过破碎带灾害源超前控制方法，包括以下步骤：

利用钻探与地球物理探测，在地表对破碎带展布范围内地层采用超前钻探方法进行取芯，根据取芯结果调整软弱破碎区域分布范围，确定TBM掘进前方灾害源赋存位置及特征；

从地表开设垂直钻孔，对TBM周边地层低压渗透注浆加固，对破碎带富水软弱地层地表注浆治理；

综合采用地球物理探测和检查孔法对富水破碎灾害源加固治理效果进行检查，判断注浆加固效果，直到注浆治理效果达到预期要求再启动TBM掘进。

作为进一步的限定，在确定TBM掘进前方灾害源赋存位置及特征前，通过开展地球物理探查工作，结合场区工程地质水文地质资料，确定掘进前方破碎带富水软弱围岩展布形态和范围。这种做法能够结合地质资料，对钻探提供基础信息，能够保证控制方法的顺利进行。

作为进一步的限定，利用三维地震法探测在洞内对TBM掘进前方破碎带破碎岩体进行探测；利用地表高密度探测方法对掘进前方含导水构造进行探测，综合三维地震和地表高密度探测结果以及场区工程地质水文地质资料，绘制破碎带展布范围内破碎岩体及含导水构造空间分布图。

作为进一步的限定，基于地球物理探测结果，在地表对破碎带展布范围内地层采用超前钻探方法进行取芯，根据取芯结果对软弱破碎区域分布范围进行调整，圈定破碎带治理区域。