[发明专利]敞开式TBM隧道软弱破碎富水地层掌子面定向加固方法

说明书

本发明公开了一种敞开式TBM隧道软弱破碎富水地层掌子面定向加固方法，通过超前地质预报信息确定掌子面前方是否存在软弱破碎富水地层区域；若未探测到软弱破碎富水地层区域，则TBM可以按照计划继续掘进，否则TBM停机，在护盾后方区域位置架设可拆卸受控定向钻进系统；根据现场情况确定导向轨迹，经隧道腰部边墙向掌子面钻进；通过钻头前方布置的液态流体压力传感器判断掌子面前方富水情况；若掌子面前方水压大于0.1MPa，先进行排水再进行注浆加固，若水压小于0.1MPa不影响注浆则直接加固；恢复TBM掘进；重复上述过程多次，完成整条TBM线路的掘进。该方法开挖量小，解决了富水地层对TBM主机的直接影响，为TBM快速通过软弱破碎富水地层保驾护航。

技术领域

本发明涉及TBM在软弱破碎富水地层掘进中掌子面前方超前加固工程技术领域，具体涉及敞开式TBM法隧道软弱破碎富水地层掌子面定向加固方法。

背景技术

敞开式全断面岩石隧道掘进机(TBM)以其快速、高效、环保等优点，在山岭隧道以及地铁项目中得到了广泛的应用，和以往人工钻爆法相比，在很大程度上提高了施工效率，也取得了良好的应用效果。但是，在TBM掘进过程中常常会遇到软弱破碎富水等不良地质，尤其是在隧道掌子面前方，若不停机提前处理，就会造成TBM被淹、护盾被卡以及TBM被埋的后果。因此，急需研究一种既能保证TBM在软弱破碎富水地层不停机掘进，又能保证TBM掌子面前方的不良地质体得到有效的处理的新方法。

目前，针对软弱破碎富水等不良地质隧道施工掌子面超前加固研发的工艺技术较多，如专利号：CN201910175204.1公开的“一种用于软岩隧道掌子面加固装置及其施工方法”；专利号：CN201710832510.9公开的“隧道掌子面加固方法及结构”；专利号：CN201410666100.8公开的“一种软弱围岩隧道修建的超前加固施工方法”；专利号：CN201710971986.0公开的“一种高压富水软弱围岩山岭隧道的超前预注浆方法”。还有在TBM施工的隧道现场采用的一些掌子面超前加固的方法，例如：超前锚杆加固、小导管超前注浆加固以及化学灌浆加固等方法等。上述方法虽然都取得了一定的效果，但是仍存在很多问题。主要体现在一下几点：(1)其中一些方法仅适用于钻爆法掌子面超前加固，应用于TBM时由于刀盘和护盾的阻挡导致很难实施；(2)上述方法的加固范围有限，并且应用于TBM时一般很难垂直于掌子面加固，只能沿着护盾以一定的角度打射注浆管，导致加固效果不太理想且浪费材料，造成施工速率慢且成本较高；(3)上述方法应用于富水地层TBM掌子面超前加固时均存在一定的风险，当富水地层水压过大，超前加固容易导致突涌水，造成TBM刀盘和主机被淹的后果。

目前很多山岭隧道施工都用到TBM，但是掌子面前方的不良地质体加固一般用的是超前锚杆、超前管棚等技术。上述加固技术是从护盾顶部或者刀盘刀孔处向前打射锚杆、管棚等，施工空间狭小，故加固效果不好，加固位置不准确。

发明内容

技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中存在的问题，提供一种方法简单、加固效果明显、能解决富水地层对TBM主机直接影响的敞开式TBM法隧道软弱破碎富水地层掌子面定向加固方法。

技术方案：本发明的敞开式TBM隧道软弱破碎富水地层掌子面定向加固方法，包括采用受控定向钻进系统、液态流体压力传感器，富水地层掌子面定向加固方法包括以下步骤：

(1)TBM设备钻进过程中，通过超前地质预报得到的信息确定掌子面前方岩体是否存在软弱破碎富水地层区域；同时探测破碎地层和含水构造，联合TBM设备实现前方地质实时探测；

(2)若超前地质预报未探测到掌子面前方岩体有软弱破碎富水地层区域，则TBM设备按照预定计划继续掘进，若探测到掌子面前方30m范围内岩体有软弱破碎富水地层区域，TBM设备停机，在TBM设备的护盾3-5m范围的后方区域下方位置架设可拆卸的受控定向钻进系统,并在受控定向钻进系统的钻头前方布置液态流体压力传感器；

(3)受控定向钻进系统安装好后，根据现场情况确定钻进导向轨迹，经隧道腰部边墙向掌子面前方钻进；