[发明专利]敞开式TBM的装配式支护钢管片及其与喷锚联合支护方法

说明书

本发明公开了一种敞开式TBM的装配式支护钢管片结构及其与喷锚联合的支护方法，该装配式环形钢管片分为多环，每环钢管片由带肋钢壳结构组成，环形钢管片之间采用螺栓连接。钢管片面板及肋板上设置预留孔，可布设灌浆孔、螺栓孔、锚杆孔、排水孔等，通过预留孔进行锚杆或预应力锚杆支护及灌浆，必要时进行超前钢花管注浆，从而形成敞开式TBM隧洞用的装配式封闭支护工法。该结构解决了敞开式TBM工法时无法及时封闭盾尾出露围岩的难题，为盾尾出露的破碎围岩快速提供大刚度、全封闭支撑条件，增加撑靴处承载能力，提高TBM掘进效率，支护结构安全性高、与锚喷支护结合后处理措施多样，对突涌水、断层破碎带、岩爆等不良地质的适应性好，可靠性高。

技术领域

本发明涉及一种敞开式TBM掘进工法的隧洞初期支护结构，尤其是一种敞开式TBM的装配式支护钢管片及其与喷锚联合支护方法，适用于突涌水、岩爆及断层破碎带等不良地质条件的隧洞初期支护结构。

背景技术

敞开式TBM的工法优势是护盾长度短、盾尾后方围岩临空，从而便于结合新奥法进行锚喷支护。但同时，因盾尾后方岩体直接裸露，围岩失稳风险也较大，尤其是敞开式TBM穿越断层破碎带、突涌水、岩爆等不良地质洞段时，地下水冲刷裹挟作用强、围岩破碎不稳定，甚至出现大范围溜渣、掉块及坍塌，撑靴部位承载力也往往难以满足要求，给现场人、机与设备造成巨大安全威胁，且TBM交叉、干扰工序增多，掘进效率明显降低，附加人工、费用也增大，难以发挥敞开式TBM的高效、安全、快速的优势。因此，敞开式TBM穿越不良地质洞段的工效提升方案成为制约隧洞工程安全、进度、投资的重要因素，而敞开式TBM的盾尾快速封闭支护方案是有效解决这一问题的重要途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种敞开式TBM的装配式支护钢管片及其与喷锚联合支护方法，适用于敞开式TBM穿越突涌水、岩爆及断层破碎带等不良地质洞段的隧洞初期支护结构，能快速封闭敞开式TBM护盾尾部不稳定岩面，并有效结合现有锚喷支护技术。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：一种敞开式TBM的装配式支护钢管片，装配式支护钢管片为弧形带肋钢壳结构，包括弧形钢壳、设置在弧形钢壳弧面内侧的多个环向肋板和多个纵向肋板，边部的两个纵向肋板与边部的两个环向肋板围在弧形钢壳四周，焊接成一个整体，内部的纵向肋板垂直焊接在相邻的两个环向肋板壁上，底面焊接在弧形钢壳的内壁上，在弧形钢壳上开有多个用于插入注浆锚杆和超前钢花管的预留孔，边部的两个纵向肋板与边部的两个环向肋板上开有多个螺栓孔，多片装配式支护钢管片通过螺栓拧入相邻两块支护钢管片上的螺栓孔而组装成环状支护结构。

所述弧形钢壳厚度在0.2～2cm之间，环向肋板、纵向肋板高度在5cm～15cm之间、厚度0.2cm～0.5cm，环向肋板和纵向肋板高度相同。

所述预留孔为椭圆形。

上述敞开式TBM的装配式支护钢管片与喷锚联合支护方法，包括以下步骤：

A.根据设计参数，选取装配式支护钢管片，使支护钢管片的弧形钢壳的外侧紧贴岩壁布置，环向肋板、纵向肋板靠近洞内一侧，弧形钢壳与环向肋板、纵向肋板间焊接牢固，形成整体受力结构；

B.在敞开式TBM盾尾，在护盾内部通过安装器安装360°全断面支护钢管片，封闭盾尾出露岩面，弧形钢壳与岩面紧贴，支护钢管片间采用螺栓连接；

C.在支护钢管片内侧采用喷射混凝土填充环向肋板、纵向肋板之间的预留空间，使支护钢管片与喷射混凝土形成整体受力结构；

D.通过弧形钢壳上的预留孔，沿半径方向钻设中空注浆锚杆，通过锚杆注浆加固周边围岩。

还包括通过预留孔沿洞轴线方向向前打设超前钢花管，同时复喷混凝土，超前钢花管与洞轴线方向夹角在5°～15°范围，保障超前加固范围。

在高外水洞段，在顶部的预留孔钻设径向毛细透排水孔，降低衬砌外水压力。