[发明专利]全断面隧道掘进机掘进挤压变形卡机灾害安全控制方法

权利要求书

1.一种全断面隧道掘进机掘进挤压变形卡机灾害安全控制方法，其特征在于，包括：

步骤一：评估全断面隧道掘进机掘进过程中围岩挤压变形等级；

步骤二：根据以下不同的挤压变形等级确定不同组合的掘进与围岩支护策略：

挤压变形等级为轻微挤压变形时，驱动全断面隧道掘进机刀盘进行扩挖，采用沿隧道长度方向架设钢拱架，沿拱顶施打预应力锚杆以及沿拱顶布设钢筋排并喷射混凝土支护；

挤压变形等级为中等挤压变形时，掘进过程中向掌子面前方打入第一超前锚杆，操作刀盘小变径扩挖从而预留变形量，同时全断面隧道掘进机匀速不间断掘进快速通过以减轻时效变形影响；掘进后沿拱顶施作钢筋排，沿隧道长度方向架设钢拱架，同时向拱顶施打预应力锚杆和预应力锚索并喷射混凝土支护；

挤压变形等级为严重挤压变形时，掘进前对掌子面前方进行超前预注浆加固支护，操作全断面隧道掘进机刀盘进行大变径扩挖为围岩预留更大的变形空间，同时提高刀盘扭矩和主驱动推力；掘进后沿拱顶施作钢筋排，沿隧道长度方向架设可缩式钢拱架，以及向拱顶施打预应力锚杆和预应力锚索并分步注浆；

挤压变形等级为非常严重挤压变形时，如果继续使用全断面隧道掘进机开挖极易发生卡机，应停止全断面隧道掘进机掘进并驱动全断面隧道掘进机后退，用钻爆法扩挖，分步联合支护以稳定控制围岩，钻爆法掘进通过后全断面隧道掘进机步进通过；所述分步联合支护包括：开挖前通过超前预注浆、超前管棚对掌子面前方岩体进行超前加固；掘进时采用钢拱架、钢筋网喷射混凝土对工作面安全防护；掘进后的后期支护采用预应力锚杆、预应力锚索和分步注浆改善隧道围岩应力状态以增强自承载能力。

2.根据权利要求1所述的全断面隧道掘进机掘进挤压变形卡机灾害安全控制方法，其特征在于，所述步骤一的评估全断面隧道掘进机掘进过程中围岩挤压变形等级包括：

依照挤压变形U_rmax与扩挖间隙ΔR的比值将挤压变形等级分为五级：U_rmax/ΔR1时，无挤压变形；1≤U_rmax/ΔR1.25时，轻微挤压变形；1.25≤U_rmax/ΔR1.5时，中等挤压变形；1.5≤U_rmax/ΔR2时，严重挤压变形；U_rmax/ΔR2时，非常严重挤压变形。

3.根据权利要求1所述的全断面隧道掘进机掘进挤压变形卡机灾害安全控制方法，其特征在于，还包括：当挤压变形等级为无挤压变形时，不扩挖，支护时沿隧道长度方向依次架设多榀第一钢拱架，贴合隧道围岩表面在拱顶环向挂单层钢筋网并喷第一混凝土层；围岩变形稳定后，在第一钢拱架内侧施作钢筋混凝土衬砌。

4.根据权利要求1所述的全断面隧道掘进机掘进挤压变形卡机灾害安全控制方法，其特征在于，所述挤压变形等级为严重挤压变形时，采用人工扩挖旁洞、开挖超前导洞及更换刀盘中的一种或多种方法辅助进行变径扩挖。

5.根据权利要求1所述的全断面隧道掘进机掘进挤压变形卡机灾害安全控制方法，其特征在于，所述挤压变形等级为严重挤压变形时，启动所述全断面隧道掘进机的脱困电机提高主驱动推力，降低所述全断面隧道掘进机的刀盘转速从而提高刀盘扭矩。

6.根据权利要求1所述的全断面隧道掘进机掘进挤压变形卡机灾害安全控制方法，其特征在于，

当所述挤压变形等级为严重挤压变形时，所述掘进前对掌子面前方进行超前预注浆加固支护包括：

在靠近掌子面的拱顶位置朝掘进前方施打超前注浆小导管，对掌子面前方软弱、破碎围岩进行预注浆加固，确保前方围岩稳定；超前注浆小导管与隧道长度方向之间形成的外倾角为10°；

在靠近掌子面的拱顶位置处利用全断面隧道掘进机配备的超前钻机朝向掘进前方施打第二超前锚杆，从而在掘进前方形成围岩锚固圈，实现对前方围岩的预锚固；所述第二超前锚杆与隧道长度方向之间形成的外插角为10°～18°。