铁路隧道TBM脱困施工关键工序操作手册

铁路隧道TBM脱困施工关键工序操作手册一、总则1.1编制目的为规范铁路隧道TBM脱困施工关键工序操作流程，明确各环节技术要求、操作要点及质量安全控制标准，确保脱困施工安全、高效开展，特制定本手册。本手册适用于铁路隧道TBM收敛围岩卡机及破碎围岩卡机场景下的脱困作业。1.2编制依据本手册依据《中华人民共和国安全生产法》《盾构法隧道施工及验收规范》（GB50446-2017）《铁路隧道掘进机法技术规程》（Q∕CR9528-2019）《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417-2018）等相关法律法规、规范标准，结合TBM脱困施工实践经验编制。1.3核心原则TBM脱困施工需遵循“先判断、再加固、稳开挖、保安全”的核心原则，优先通过地质勘察明确卡机类型，针对性制定加固方案，施工过程中强化围岩监测与工序管控，严禁冒险作业。二、施工前期准备关键操作2.1卡机类型判断与勘察2.1.1地质条件复核结合大地电磁法、地震波法等超前地质预报成果，对比原始地勘资料，重点核查施工区域围岩级别、岩性、裂隙发育情况及水文地质条件。通过TBM设备自带监测系统，提取卡机瞬间刀盘推力、扭矩、掘进速度等参数，辅助判断围岩变化特征。2.1.2卡机类型界定收敛围岩卡机：表现为刀盘被挤压、护盾与围岩间隙消失，无明显塌渣堆积，多因围岩遇水软化或应力释放导致收敛变形。破碎围岩卡机：伴随刀盘被塌渣掩埋、出渣口堵塞，可能出现掌子面涌水或掉块，核心原因为围岩破碎失稳。2.2技术与现场准备2.2.1内业技术操作组织技术人员开展图纸会审，聚焦隧道断面尺寸、支护参数与TBM设备匹配性，明确管棚、注浆等加固措施的设计依据。编制专项施工方案，需包含卡机原因分析、加固范围、施工流程、技术参数（如管棚间距、注浆压力）、风险防控措施及应急预案。完成安全技术交底，针对不同工种（钻孔工、注浆工、TBM操作工）分别明确操作要点与应急职责，交底后组织签字确认。开展材料与设备检测，水泥、钢筋、管棚钢管等主材需出具质量合格证明，注浆泵、钻机等设备完成调试并标定关键参数。2.2.2外业现场操作掌子面临时支护：采用喷射C20混凝土封闭掌子面，厚度不小于10cm，对局部掉块区域增设φ20钢筋网片，网片间距15cm×15cm。监测点布设：在TBM护盾周边围岩及已完成支护段布设变形监测点，纵向间距5m/个，采集初始数据；同步布设涌水监测点与有害气体监测仪，瓦斯隧道需额外设置甲烷浓度传感器。场地清理与规划：清理TBM周边作业空间，划分材料堆放区（如管棚钢管、注浆材料）、设备停放区与应急通道，确保通道宽度不小于1.5m。临时排水系统修建：在掌子面周边设置环形排水沟，连接至隧道内主排水系统，确保施工废水不浸泡围岩。三、围岩加固关键工序操作3.1管棚工作间开挖与支护3.1.1工作间尺寸控制根据多功能管棚钻机工作参数，确定工作间开挖尺寸：初支内轮廓至钻杆中心线距离不小于50cm，长度满足单根钻杆（通常3m）安装需求，一般为4-5m。采用人工钻孔+静态爆破方式开挖，钻孔深度不超过1.5m，爆破用药量需严格控制，避免扰动前方不稳定围岩。3.1.2工作间支护操作钢拱架安装：选用HW175型钢拱架，间距50cm，拱架连接采用125槽钢，环向间距1m，螺栓紧固力矩不小于300N·m。拱脚处理：在拱脚处浇筑50cm厚C30混凝土扩大基础，钢拱架深入混凝土长度不小于30cm，确保承载稳定。钢筋网与喷射混凝土：顶部120°范围安装φ20钢筋排，间距5-10cm；其余区域铺设15cm×15cm钢筋网片，喷射C25混凝土至设计厚度（不小于25cm），喷射顺序自下而上。3.2盾尾管棚跟管作业3.2.1管棚材料准备选用热处理调质管，单根长度1.5m，壁厚不小于5mm，内外丝扣连接，丝扣公差控制在0.5mm内，丝扣旋转方向与钻进方向相反（防止钻进时松脱）。管棚加工：末端5m范围不设排浆孔，用土工布包裹封堵；其余部分钻设φ10mm排浆孔，每环2孔，纵向间距2m，管棚内插入3根φ16螺纹钢增强刚度。3.2.2钻进与跟管操作钻机定位：多功能管棚钻机推进梁端头与导向孔间距调整为1m，采用激光经纬仪校准钻杆方向角，偏差控制在1°内。钻进参数控制：钻杆转速5-10r/min，推进速度5-10cm/min，钻杆外壁与跟管内壁间隙保持1cm以上，确保岩渣顺利排出。异常处理：遇涌水或岩层破碎导致卡钻时，立即停钻，通过钻杆注入水泥浆（水灰比1:1）进行孔内加固，待浆液初凝后（约4h）重新扫孔钻进。钻杆连接：单根钻杆钻进完成后，先吹扫孔内岩渣，减少供气量至正常的50%，将冲击器缓慢下放至孔底静置30s，缓慢停气后再连接下一根钻杆，防止岩渣倒灌。3.3注浆加固施工操作3.3.1水泥浆灌注（围岩固结）注浆范围确定：帷幕注浆覆盖隧道拱部及边墙开挖线以外5m，掌子面前方设置不小于2m厚的止浆墙，止浆墙采用C25混凝土浇筑。浆液制备：按水灰比2:1、1:1、0.8:1、0.5:1分四个比级配置，优先选用低水灰比浆液灌注破碎区域；浆液温度控制在40℃以内，制备后4h内用完，使用前需过80目筛过滤。注浆顺序：上半断面由外向内逐圈施工，同一圈孔间隔跳打；下半断面由上至下分层作业，相邻孔注浆间隔不小于2h。参数控制：采用纯压式灌浆，最高压力不超过4MPa；当注浆量达到设计值的120%仍未达到压力时，改用双液浆（水泥浆+水玻璃，体积比1:0.5）灌注。冒漏浆处理：发现掌子面或围岩缝隙冒浆时，立即采用棉絮嵌缝，表面喷射混凝土封堵，同时降低注浆压力至1-2MPa，采用间歇注浆（注30min停10min）方式控制扩散范围。3.3.2化学浆灌注（止浆墙强化）灌注前试验：开展配合比试验、毒性试验及现场灌注试验，确定发泡型与固结型化学浆的混合比例，确保28d抗压强度不小于5MPa。设备选用：采用气动高压注浆泵，工作压力满足5-15MPa要求，注浆前检查泵体密封性及管路耐压性。灌注操作：按内环至外环的顺序定点定量灌注，每点注浆量控制在0.5-1m³，注浆压力上升至设计值后稳压3min，确保浆液填充密实。四、导坑开挖与TBM脱困操作4.1导坑开挖施工4.1.1开挖方式选择与参数控制收敛围岩卡机：采用中心导坑开挖，导坑断面尺寸为2m×2m（宽×高），人工手持风镐作业，每循环进尺严格控制在0.5m以内。破碎围岩卡机：采用双侧壁导坑法，侧壁导坑断面1.5m×2m，先开挖两侧导坑并完成支护，再开挖中槽，避免掌子面整体失稳。4.1.2开挖安全控制拱顶防护：在导坑拱顶密排φ20钢筋排，钢筋间距5cm，一端固定于钢拱架，另一端延伸至开挖面，防止岩渣掉落。实时监测：每开挖一循环后，立即测量围岩变形量，水平收敛速率超过5mm/d或累计变形超过30mm时，暂停开挖并加强支护。出渣操作：采用滑移装载机配合人工清渣，渣体及时通过机车转运出洞，避免在作业面堆积，确保应急通道畅通。4.2导坑支护同步操作钢支撑安装：选用HW150型钢支撑，与10#槽钢横梁焊接成框架结构，间排距不超过1m，围岩破碎段加密至0.8m；钢支撑安装后需检查垂直度，偏差控制在±1°内。喷射混凝土施工：钢支撑安装完成后1h内施作喷射混凝土，厚度不小于15cm；边拱区域混凝土无法附着时，采用1.5mm厚钢板焊接至钢拱架翼缘板形成模板，灌注C30细石混凝土。钢筋网铺设：喷射混凝土前铺设15cm×15cm钢筋网片，搭接长度不小于30d（d为钢筋直径），与钢支撑绑扎固定。4.3TBM脱困核心操作4.3.1塌腔体清理通过导坑接近TBM刀盘，采用风镐、岩石劈裂器破碎大块塌渣，严禁使用爆破方式。清理过程中，在刀盘前方设置临时挡渣板，防止渣体涌入TBM内部，同时通过TBM人闸观察刀盘状态，避免设备受损。4.3.2设备调试与掘进参数调整检查TBM刀盘、推进油缸、液压系统等关键部件，更换受损刀具，调试设备运行状态，确保各系统正常联动。脱困初期调整掘进参数：刀盘转速降至1-2r/min，推力控制在正常掘进值的60%-70%，缓慢推进使设备脱离卡阻状态，严禁强行加大推力。五、后续加固与恢复掘进操作5.1盾尾支护强化TBM脱困后，在盾尾后方逐榀闭环钢拱架，钢拱架与已完成支护段的连接筋采用双面焊接，焊缝长度不小于7cm。对盾尾与围岩间隙采用C35细石混凝土填充，填充前预留φ46mm排气孔，确保混凝土密实无空腔。5.2导坑模筑与二次加固导坑完全揭露后，在钢拱架内侧焊接2mm薄钢板或安装5cm厚模板，灌注C35细石混凝土，混凝土浇筑采用分层振捣，每层厚度不超过50cm。在导坑拱顶前后两端各预留2根φ46mm钢管，作为空洞补浆孔，待模筑混凝土初凝后（约12h）注入水泥浆（水灰比0.8:1），填补可能存在的缝隙。对脱困区域周边30m范围内围岩进行二次注浆加固，注浆孔间距2m，深度3m，确保围岩整体稳定。5.3恢复掘进监测与管控恢复掘进初期，保持刀盘低转速（2-3r/min）、小推力（正常值的70%-80%），每掘进1m停机检查围岩状态，逐步调整至正常参数。加密变形监测频率，由原1次/天调整为2次/天，持续监测3天后若围岩稳定，恢复正常监测频率；监测数据异常时立即停机，重新评估加固效果。六、应急喷混与特殊情况处理6.1应急喷混操作6.1.1渗水引流预处理股状渗水：采用φ50排水管直接引流，排水管插入渗水点深度不小于10cm，周边用速凝水泥封堵。大面积线状流水：铺设土工膜或防水板紧贴岩壁，将水汇集至排水沟，土工膜搭接长度不小于20cm，采用热风焊接密封。6.1.2喷射混凝土施工要点撑靴区域强化：喷混厚度不小于钢拱架高度，避免TBM撑靴受力时破坏支护结构，喷射时重点振捣密实。操作规范：喷嘴垂直岩面，与岩面距离保持0.6-1m，自下而上分层喷射，每层厚度5-8cm，后一层喷射需在前一层初凝前完成。6.2特殊情况处置6.2.1突发涌水立即停止作业，启动应急排水系统，开启备用水泵降低水位。在涌水点周边钻设注浆孔，注入水泥-水玻璃双液浆，快速封堵涌水通道，注浆压力比涌水压力高0.5-1MPa。6.2.2有害气体超标瓦斯浓度超过0.5%时，立即切断作业区域电源，人员撤离至安全区域，开启防爆通风设备。采用专用检测仪器定位气体泄漏点，通过注浆封堵或加强通风降低浓度，达标后方可恢复作业。七、质量控制关键要点7.1工序质量验收标准管棚施工：钻孔方向角偏差≤1°，孔口距偏差±30mm，孔深偏差±50mm；管棚安装后与钢拱架连接牢固，无松动。注浆施工：水泥浆抗压强度≥20MPa，化学浆抗压强度≥5MPa；注浆后检查孔钻取芯样，密实度不低于90%。钢拱架安装：间距偏差±2cm，垂直度偏差±1°，拱脚基础混凝土强度达标，无沉降变形。喷射混凝土：厚度偏差±5mm，表面平整度≤8mm/m，无空鼓、裂缝，28d抗压强度满足设计要求。7.2质量管控操作流程执行“三检制”：班组完成自检并填写记录，技术员复检合格后报质检员专检，每道工序验收通过后方可进入下一道工序。关键参数监测：注浆过程中实时记录压力与注浆量，钢拱架安装后采用全站仪测量偏差，喷射混凝土采用回弹法检测强度。资料归档：同步整理施工记录、检测报告、验收单等资料，确保质量追溯可