本发明属于tbm施工技术领域，具体涉及一种针对软弱破碎地层隧道tbm分级防卡脱困施工方法。
背景技术：
随着我国基建行业的大力发展，全断面岩石隧道掘进机（tbm）已经在山岭隧道施工中得到了广泛的应用，然而山岭隧道地质条件复杂多变，尤其对于软弱破碎地层，围岩坍塌、tbm被卡的状况频繁发生，导致tbm停机延误工期，严重制约tbm施工效率。tbm预先避困及快速脱困是应对掘进过程中围岩坍塌的主要措施。然而目前尚无完备的针对软弱破碎地层tbm卡机灾害的防卡脱困施工技术，原因如下：
（1）缺乏针对软弱破碎地层围岩破碎程度定量分级方法，掘进过程中难以做到tbm卡机灾害的有效预测，往往出现问题后被动采取措施；
（2）针对不同的围岩破碎程度和卡机灾害，依赖于经验进行围岩加固，盲目将能想到的各种加固手段全部叠加，极大增加了材料和人工成本，缺乏系统的理论指导。
技术实现要素：
本发明提供一种针对软弱破碎地层隧道tbm分级防卡脱困施工方法，以解决软弱破碎地层围岩坍塌易导致tbm卡机的灾害和难以安全高效掘进的难题，具体方案如下：
一种针对软弱破碎地层隧道tbm分级防卡脱困施工方法，包括如下操作步骤：
步骤1：将通过地震波探测仪探获取的波速差与通过超前钻机钻探取芯获取的岩石质量指标建立对应关系，将围岩破碎等级划分为轻微破碎、中等破碎、严重破碎和极度破碎四个等级标准；
步骤2：根据步骤1中不同的围岩破碎等级确定不同的tbm防卡脱困方法：
围岩破碎等级为轻微破碎时，在刀盘前方采用玻璃纤维管化学注浆的方法固结松散地层，以防止松散岩块在刀盘前方累积卡刀盘；
围岩破碎等级为中等破碎时，首先在刀盘前方通过玻璃纤维管进行化学注浆，然后在护盾上方增设第一钢制管棚，并进行化学注浆来固结松散地层，防止松散岩块在护盾上方累积卡护盾；
围岩破碎等级为严重破碎时，首先在护盾上方开挖导洞至刀盘前方清理刀盘前方破碎岩块来帮助刀盘脱困，然后在导洞顶部建立第二钢制管棚，并通过水泥注浆的方法稳固周边破碎地层；
围岩破碎等级为极度破碎时，首先在护盾上方大范围扩挖的方法来帮助护盾脱困，然后清理刀盘前方破碎岩块来帮助刀盘脱困，接着在护盾顶部扩挖范围周边建立第三钢制管棚，并通过水泥注浆的方法超前加固前方破碎地层。
基于上述，步骤1中通过将地震波探测仪探获取的波速差与钻探取芯获取的岩石质量指标建立对应关系来划分围岩破碎等级包括如下方法：
将超前钻机钻探取芯获取的岩石质量指标rqd=100时，地震波探测仪探获取的波速标定为v0；超前钻机钻探取芯获取的岩石质量指标rqd=65时，地震波探测仪探测的波速v1，并得出v1与v0的波速差δv1=v0-v1；超前钻机钻探取芯获取的岩石质量指标rqd=45时，地震波探测仪探测的波速为v2，并得出v2与v0的波速差δv2=v0-v2；超前钻机钻探取芯获取的岩石质量指标rqd=25时，地震波探测仪探测的波速为v3，并得出v3与v0的波速差δv3=v0-v3；依据地震波探测仪探获取的波速差δv与钻探取芯获取的岩石质量指标rqd将围岩破碎程度分为四级：rqd＞65或δv＜δv1时，轻微破碎；45＜rqd≤65或δv1≤δv＜δv2时，中等破碎；25＜rqd≤45或δv2≤δv＜δv3时，严重破碎；rqd≤25或δv≥δv3时，极度破碎。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明具有以下优点：
本发明能够根据围岩破碎程度采用合理的手段进行tbm避困和脱困，既能够在tbm面对围岩轻微破碎和中等破碎围岩时，通过采取加固手段避免tbm卡机、保证tbm顺利掘进；又能够在tbm面对围岩严重破碎和极度破碎围岩时，采取扩挖措施帮助tbm及时脱困、减少因tbm卡机延误的工期；还能够降低盲目过度加固额外增加的材料和人工成本，使工程施工更加经济合理。
附图说明
图1为本发明所提供的软弱破碎地层隧道tbm分级防卡脱困施工方法的总体流程图；
图2为围岩轻微破碎时施工主视图；
图3为围岩中等破碎时施工主视图；
图4为围岩中等破碎时施工截面图；
图5为围岩严重破碎时施工主视图；
图6为围岩严重破碎时施工截面图；
图7为围岩极度破碎时施工截面图。
图中：1.护盾；2.刀盘；3.玻璃纤维管；4.第一钢制管棚；5.导洞；6.第二钢制管棚；7.hw150型钢；8.第三钢制管棚。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1-7所示，本发明提供一种针对软弱破碎地层隧道tbm分级防卡脱困施工方法，包括如下操作步骤：
步骤1：将通过地震波探测仪探获取的波速差与通过超前钻机钻探取芯获取的岩石质量指标建立对应关系，将围岩破碎等级划分为轻微破碎、中等破碎、严重破碎和极度破碎四个等级标准；
步骤2：根据步骤1中不同的围岩破碎等级确定不同的tbm防卡脱困方法：
围岩破碎等级为轻微破碎时，在刀盘2前方采用玻璃纤维管3化学注浆的方法固结松散地层，以防止松散岩块在刀盘2前方累积卡刀盘2；
围岩破碎等级为中等破碎时，首先在刀盘2前方通过玻璃纤维管3进行化学注浆，然后在护盾1上方增设第一钢制管棚4，并进行化学注浆来固结松散地层，防止松散岩块在护盾1上方累积卡护盾1；
围岩破碎等级为严重破碎时，首先在护盾1上方开挖导洞5至刀盘2前方清理刀盘2前方破碎岩块来帮助刀盘2脱困，然后在导洞5顶部建立第二钢制管棚6，并通过水泥注浆的方法稳固周边破碎地层；
围岩破碎等级为极度破碎时，首先在护盾1上方大范围扩挖的方法来帮助护盾1脱困，然后清理刀盘2前方破碎岩块来帮助刀盘2脱困，接着在护盾1顶部扩挖范围周边建立第三钢制管棚8，并通过水泥注浆的方法超前加固前方破碎地层。
步骤1中通过将地震波探测仪探获取的波速差与钻探取芯获取的岩石质量指标建立对应关系来划分围岩破碎等级包括如下方法：
将超前钻机钻探取芯获取的岩石质量指标rqd=100时，地震波探测仪探获取的波速标定为v0；超前钻机钻探取芯获取的岩石质量指标rqd=65时，地震波探测仪探测的波速v1，并得出v1与v0的波速差δv1=v0-v1；超前钻机钻探取芯获取的岩石质量指标rqd=45时，地震波探测仪探测的波速为v2，并得出v2与v0的波速差δv2=v0-v2；超前钻机钻探取芯获取的岩石质量指标rqd=25时，地震波探测仪探测的波速为v3，并得出v3与v0的波速差δv3=v0-v3；依据地震波探测仪探获取的波速差δv与钻探取芯获取的岩石质量指标rqd将围岩破碎程度分为四级：rqd＞65或δv＜δv1时，轻微破碎；45＜rqd≤65或δv1≤δv＜δv2时，中等破碎；25＜rqd≤45或δv2≤δv＜δv3时，严重破碎；rqd≤25或δv≥δv3时，极度破碎。
实施例1，所述的围岩破碎等级为轻微破碎时，采用玻璃纤维管3化学注浆，玻璃纤维管3单根长度1m，采用套管接长，刀盘2前方加固深度不小于3m。
实施例2，所述的围岩破碎等级为中等破碎时，在刀盘2前方通过玻璃纤维管3进行化学注浆，在护盾1上方增设第一钢制管棚4，并进行化学注浆，第一钢制管棚4所用钢管直径为42mm、长度不小于8m、间距1m，安装范围为护盾1顶部90°扇形区域。
实施例3，所述的围岩破碎等级为严重破碎时，开挖的导洞5位置位于护盾1上方12点位置，导洞5周围采用hw150型钢7支撑，在导洞5顶部建立第二钢制管棚6，并通过水泥注浆的方法稳固周边破碎地层，第二钢制管棚6中钢制管的直径为76mm、长度不小于10m。
实施例4，所述的围岩破碎等级为极度破碎时，大范围扩挖的范围为护盾1上方120°扇形区域，扩挖高度1m；扩挖范围顶部建立钢管水平的第三钢制管棚8，并通过水泥注浆的方法超前加固前方破碎地层，所用钢制管的直径89mm、长度15~20m。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
1.一种针对软弱破碎地层隧道tbm分级防卡脱困施工方法，其特征在于包括如下操作步骤：
步骤1：将通过地震波探测仪探获取的波速差与通过超前钻机钻探取芯获取的岩石质量指标建立对应关系，将围岩破碎等级划分为轻微破碎、中等破碎、严重破碎和极度破碎四个等级标准；
步骤2：根据步骤1中不同的围岩破碎等级确定不同的tbm防卡脱困方法：
围岩破碎等级为轻微破碎时，在刀盘（2）前方采用玻璃纤维管（3）化学注浆的方法固结松散地层，以防止松散岩块在刀盘（2）前方累积卡刀盘（2）；
围岩破碎等级为中等破碎时，首先在刀盘（2）前方通过玻璃纤维管（3）进行化学注浆，然后在护盾（1）上方增设第一钢制管棚（4），并进行化学注浆来固结松散地层，防止松散岩块在护盾（1）上方累积卡护盾（1）；
围岩破碎等级为严重破碎时，首先在护盾（1）上方开挖导洞（5）至刀盘（2）前方清理刀盘（2）前方破碎岩块来帮助刀盘（2）脱困，然后在导洞（5）顶部建立第二钢制管棚（6），并通过水泥注浆的方法稳固周边破碎地层；
围岩破碎等级为极度破碎时，首先在护盾（1）上方大范围扩挖的方法来帮助护盾（1）脱困，然后清理刀盘（2）前方破碎岩块来帮助刀盘（2）脱困，接着在护盾（1）顶部扩挖范围周边建立第三钢制管棚（8），并通过水泥注浆的方法超前加固前方破碎地层。
2.根据权利要求1所述的针对软弱破碎地层隧道tbm分级防卡脱困施工方法，其特征在于：
步骤1中通过将地震波探测仪探获取的波速差与钻探取芯获取的岩石质量指标建立对应关系来划分围岩破碎等级包括如下方法：
将超前钻机钻探取芯获取的岩石质量指标rqd=100时，地震波探测仪探获取的波速标定为v0；超前钻机钻探取芯获取的岩石质量指标rqd=65时，地震波探测仪探测的波速v1，并得出v1与v0的波速差δv1=v0-v1；超前钻机钻探取芯获取的岩石质量指标rqd=45时，地震波探测仪探测的波速为v2，并得出v2与v0的波速差δv2=v0-v2；超前钻机钻探取芯获取的岩石质量指标rqd=25时，地震波探测仪探测的波速为v3，并得出v3与v0的波速差δv3=v0-v3；依据地震波探测仪探获取的波速差δv与钻探取芯获取的岩石质量指标rqd将围岩破碎程度分为四级：rqd＞65或δv＜δv1时，轻微破碎；45＜rqd≤65或δv1≤δv＜δv2时，中等破碎；25＜rqd≤45或δv2≤δv＜δv3时，严重破碎；rqd≤25或δv≥δv3时，极度破碎。
技术总结