CN102562146A - 盾构过空推段施工空隙填充方法和装置 - Google Patents

盾构过空推段施工空隙填充方法和装置 Download PDF

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本发明公开了一种盾构过空推段施工空隙填充方法和装置，要解决的技术问题是提高盾构空推段施工效率。本发明的方法包括以下步骤：将预制管片拼装在隧道初支处，进行豆砾石喷射作业，注砂浆，从地面往隧道初支半径与预制管片外径之间灌浆液。本发明的装置由盾构机盾体、1号连接桥、2号连接桥和3号连接桥连接构成机体，电瓶车拖挂有三节平板车和一节砂浆车，在盾构机上设置有干喷机和螺旋上料机。本发明与现有技术相比，采用豆砾石喷射、同步注浆和地面开孔灌浆三级填充方法，豆砾石运输、螺旋运输机上料和干喷射机喷射均机械施工，解决了现有技术施工方法存在施工效率低的缺陷，广泛适用于采用矿山法+盾构施工工法的隧道施工。

Description

盾构过空推段施工空隙填充方法和装置
技术领域
本发明涉及一种隧道工程施工的方法和装置，特别是一种盾构施工的方法和装置。
背景技术
当隧道采用“矿山法施工做初支+盾构空推拼管片”工法施工时，矿山法初支与管片之间的空隙填充是影响成型隧道施工质量的重要环节。现有技术采用该工法施工时，空隙填充是在隧道内预堆豆砾石，通过预堆的豆砾石加盾构机同步注浆填充管片背后空隙，或在管片吊装孔上开孔，通过管片上的开孔向管片背后喷射豆砾石，再加上盾构机同步注浆填充管片背后的空隙。
当采用上述的第一种方法填充时，首先，需精确计算预堆豆砾石的方量，当豆砾石计算超量时，由于豆砾石在隧道内无法运输导致豆砾石清理困难；其次，当盾构机在初支内卡壳时，盾体脱困难度大；最后，同步注浆难以扩散，无法完全填充豆砾石之间的空隙，导致成型隧道渗漏水严重。
当采用上述的第二种方法填充时，首先，需要破坏钢筋混凝土管片吊装孔，影响管片强度；其次，豆砾石喷射需要占用成型隧道空间，影响隧道的正常运输，导致影响盾构施工进度；最后，同步注浆浆液会前窜到刀盘，无法完全填充豆砾石之间的空隙，导致隧道后期漏水严重。
发明内容
本发明的目的是提供一种盾构过空推段施工空隙填充方法和装置，要解决的技术问题是在保证成型隧道施工质量的前提下，提高盾构空推段施工效率。
本发明采用以下技术方案：一种盾构过空推段施工空隙填方法，包括以下步骤：一、电瓶车运输预制管片、豆砾石和砂浆进入盾构机后，将预制管片拼装在隧道初支处，预制管片拼装后由干喷机经干喷钢管进行豆砾石喷射作业，通过刀盘向盾构机的盾壳10点至2点位上部喷射豆砾石，使豆砾石填充在隧道初支半径与预制管片外径之间；二、预制管片拼装及豆砾石喷射完成后，盾构机开始掘进并通过盾构机的同步注浆系统从盾构机盾尾向预制管片背后注砂浆，填充在隧道初支与预制管片之间豆砾石空隙；三、从地面往隧道初支半径与预制管片外径之间灌浆液，填充在隧道初支半径与预制管片外径之间的豆砾石间隙中，地面灌浆孔设置在隧道正上方，相邻两灌浆孔的轴线距离不大于30m，地面灌浆孔孔径不小于260mm。
本发明的隧道初支半径不小于3200mm，预制管片外半径2为3000mm。
本发明的电瓶车每次运输每环用的6块预制管片、一斗豆砾石和一罐砂浆。
本发明的预制管片内径5.4m，外径6m，宽1.5m，豆砾石斗不小于5m3，豆砾石粒径不大于10mm；砂浆不少于5m3，0.7m3砂浆配比为：砂430kg，水泥80kg，粉煤灰170kg，膨润土100kg，水0.35m3～0.40m3，按现有技术在拌合楼中预制。
本发明的将预制管片拼装在隧道初支处，用40分钟时间；通过刀盘向盾构机的盾壳10点至2点位上部喷射不少于5m3豆砾石，用50分钟时间；所述每环同步注砂浆量不小于4m3，用30分钟时间。
本发明的地面灌浆孔孔口设置有溜槽。
本发明的灌浆孔在隧道初支完成之后、盾构机通过之前，采用现有技术钻孔而成。
本发明的盾体机盾体通过其前面的第一个灌浆孔30m后才开始地面灌浆液。
本发明的浆液的配比为：每立方米浆液含有：膨润土120kg，425复合硅酸盐水泥120kg，粉煤灰480kg，细砂640kg，水500kg，减水率不低于25％的减水剂7～14kg。
一种盾构过空推段施工空隙填装置，所述盾构过空推段施工空隙填装置由盾构机盾体、1号连接桥、2号连接桥和3号连接桥连接构成机体，在盾构机盾体和1号连接桥上设有台车双轨梁，在1号连接桥和2号连接桥上部设有单轨梁，单轨梁下停放有运输电瓶车，电瓶车拖挂有三节平板车和一节砂浆车，一节平板车上装有豆砾石斗，另两节平板车上分别装有3块预制管片，在盾构机单轨梁前端、双轨梁后端设置有一台功率不小于7m3/h的干喷机和一台螺旋上料机，干喷机和螺旋机都固定设置在盾构机的2号连接桥上，干喷机经干喷软管连接干喷钢管，豆砾石斗高度满足单轨梁吊装预制管片所需的空间要求。
本发明与现有技术相比，采用豆砾石喷射、同步注浆和地面开孔灌浆三级填充方法，豆砾石运输、螺旋运输机上料和干喷射机喷射均机械施工，解决了现有技术施工方法存在施工效率低的缺陷，广泛适用于采用矿山法+盾构施工工法的隧道施工。
附图说明
图1是本发明的盾构过空推段施工空隙填充装置示意图。
图2是本发明的隧道施工截面示意图。
图3是本发明的盾构过空推段施工空隙填充方法工序图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
在附图中各个序号表示为，1、隧道初支半径；2、预制管片外径；3、隧道施工导台(盾构过空推段施工时，设置在矿山法隧道初支底部，用来承担盾构机质量、保证盾构掘进方向的弧形临时结构)；4、预制管片；5、第一级豆砾石喷射填充；6、第二级同步注砂浆填充；7、第三级地面开孔灌浆填充；8、地面灌浆孔。
如图1所示，本发明的盾构过空推段施工空隙填充装置，由盾构隧道掘进机(盾构机)盾体、1号连接桥、2号连接桥和3号连接桥连接构成机体，在盾构机盾体和1号连接桥上设有台车双轨梁，用于盾构机内水平运输，在1号连接桥和2号连接桥上部设有单轨梁，单轨梁下停放有运输电瓶车，运输电瓶车可拖挂三节平板车和一节砂浆车，一节平板车上装有豆砾石斗，另两节平板车上分别装有3块预制管片。
在盾构机单轨梁前端即双轨梁后端设置有一台功率不小于7m3/h的干喷机和一台螺旋上料机，干喷机和螺旋机都固定设置在盾构机的2号连接桥上，随盾构机一起向前移动。干喷机经干喷软管连接干喷钢管。
本发明的盾构过空推段施工空隙填充方法，包括以下步骤：
一、盾构机电瓶车每次运输6块预制管片、一斗豆砾石和一罐砂浆。
前两节平板车运输每环用的6块预制管片，预制管片的堆放顺序应按管片拼装顺序排列，预制管片规格为内径5.4m，外径6m，宽1.5m。末端的平板车运输豆砾石斗，豆砾石斗不小于5m3，且豆砾石斗高度应满足单轨梁吊装管片所需的空间要求。豆砾石粒径不大于10mm。砂浆不少于5m3。0.7m3砂浆配比为：砂430kg，水泥80kg，粉煤灰170kg，膨润土100kg，水0.35m3～0.40m3，按现有技术在拌合楼中预制。
二、如图2和图3所示，盾构机正常掘进时，电瓶车进入盾构机后，停在隧道初支处进行管片拼装，用单轨梁先吊出预制管片，按现有技术的预制管片拼装的顺序，用现有技术将预制管片4拼装在盾尾处，用40分钟时间。预制管片拼装后由干喷机经干喷钢管进行豆砾石喷射作业，通过刀盘向盾构机的盾壳10点至2点位上部喷射不少于5m3豆砾石5，用50分钟时间，豆砾石5填充在隧道初支半径1与预制管片外径2之间。隧道初支半径1为不小于3200mm，预制管片外半径2为3000mm。
三、预制管片拼装及豆砾石喷射完成后，盾构机开始掘进并通过盾构机自带的同步注浆系统从盾构机盾尾向成型隧道预制管片背后注砂浆，每环同步注砂浆量不小于4m3，用30分钟时间，填充在隧道初支与成型隧道预制管片之间豆砾石空隙。
四、如图2所示，从地面往隧道初支半径1与预制管片外径2之间灌浆液，填充在隧道初支半径1与预制管片外径2之间的豆砾石间隙中，地面灌浆孔8设置在隧道正上方，相邻两灌浆孔的轴线距离不大于30m，地面灌浆孔孔径不小于260mm，孔口设置溜槽以方便灌浆。灌浆孔8在隧道初支完成之后、盾构机通过之前采用现有技术钻孔而成，且应打穿隧道初支，使浆液能够灌入隧道初支半径1与预制管片外径2之间。
为防止在地面灌浆液时浆液前窜至刀盘并包裹盾体机盾体，需要在盾体机盾体通过其前面的第一个灌浆孔30m后才开始地面灌浆液。浆液通过重力压填在豆砾石之间的空隙，排除豆砾石空隙内的渗水。隧道成型后，预制管片为一整体，依靠盾构机台车的自重可以压住成型隧道管片，防止管片背后的灌浆造成管片上浮。浆液的配比为：每立方米浆液含有：膨润土120kg，425复合硅酸盐水泥120kg，粉煤灰480kg，细砂640kg，水500kg，减水率不低于25％的减水剂7～14kg，按现有技术搅拌混合而成。该浆液配比很好的解决了浆液由于自重下落造成的砂料离析问题，并具有非常大的流动性，可以充分填充相邻两灌浆孔之间30m内豆砾石之间的空隙，且具有一定的经济优势。
本发明的方法具有以下优点：1、豆砾石喷射作业与地面灌浆作业都不占用成型隧道的空间，不影响隧道的其他工序正常施工。2、豆砾石喷射作业与地面灌浆作业都可与其它施工工序协调同时进行，提高了隧道的施工效率。3、豆砾石由豆砾石斗用电瓶车从地面料场运输到施工现场，通过隧道内螺旋运输机上料，再由大功率干喷机喷射，豆砾石的运输、上料和喷射都通过机械施工，使得豆砾石填充效率高。4、同步注砂浆，砂浆浓度高、砂料悬浮性好，初凝时间小，可以均匀的填充在豆砾石之间的空隙，并具有一定的早期强度，提高了预制管片拼装初期的施工质量。5、向盾构机刀盘10点至2点位上方盾壳内喷射豆砾石，与同步注入的砂浆混合，保证预制管片在脱出盾尾时，在管片外侧附着有豆砾石和同步注砂浆充填物，不仅提高了预制管片拼装初期的施工质量，同时也提高了成型隧道质量。如果预制管片外侧没有填充物或填充不饱满，预制管片在脱出盾尾时，管片会因为缺少均匀的支持力，造成严重的变形，导致成型隧道侵限的工程质量问题，6、地面灌浆浆液具有高悬浮性、高流动性的特点，通过浆液自重压力，可以填充30m之内豆砾石间的空隙，避免了管片变形及管片渗漏水等盾构空推施工通病的发生。7、地面灌浆选择在盾构机过灌浆孔30m后进行，首先由于浆液的高流动性，可以保证豆砾石之间的空隙充分填充，其次可以利用盾构机台车的重量压住成型隧道管片，防止由于地面灌浆造成管片上浮。
本发明针对隧道施工盾构过空推段空隙填充施工效率低，成型隧道质量差的问题，采用豆砾石喷射、同步注浆和地面开孔灌浆三级填充方法，豆砾石运输、螺旋运输机上料和大功率干喷射机喷射均机械施工，推进及同步注浆与换电瓶车、带浆同时进行，地面灌浆不占用成型隧道的空间，不影响隧道的其他工序正常施工，解决了现有技术施工方法存在施工效率低的缺陷，广泛适用于采用矿山法+盾构施工工法的隧道施工。

Claims (10)

1.一种盾构过空推段施工空隙填方法，包括以下步骤：一、电瓶车运输预制管片、豆砾石和砂浆进入盾构机后，将预制管片拼装在隧道初支处，预制管片拼装后由干喷机经干喷钢管进行豆砾石喷射作业，通过刀盘向盾构机的盾壳10点至2点位上部喷射豆砾石，使豆砾石填充在隧道初支半径与预制管片外径之间；二、预制管片拼装及豆砾石喷射完成后，盾构机开始掘进并通过盾构机的同步注浆系统从盾构机盾尾向预制管片背后注砂浆，填充在隧道初支与预制管片之间豆砾石空隙；三、从地面往隧道初支半径与预制管片外径之间灌浆液，填充在隧道初支半径与预制管片外径之间的豆砾石间隙中，地面灌浆孔设置在隧道正上方，相邻两灌浆孔的轴线距离不大于30m，地面灌浆孔孔径不小于260mm。
2.根据权利要求1所述的盾构过空推段施工空隙填方法，其特征在于：所述隧道初支半径不小于3200mm，预制管片外半径2为3000mm。
3.根据权利要求2所述的盾构过空推段施工空隙填方法，其特征在于：所述电瓶车每次运输每环用的6块预制管片、一斗豆砾石和一罐砂浆。
4.根据权利要求3所述的盾构过空推段施工空隙填方法，其特征在于：所述预制管片内径5.4m，外径6m，宽1.5m，豆砾石斗不小于5m3，豆砾石粒径不大于10mm；砂浆不少于5m3，0.7m3砂浆配比为：砂430kg，水泥80kg，粉煤灰170kg，膨润土100kg，水0.35m3～0.40m3，按现有技术在拌合楼中预制。
5.根据权利要求4所述的盾构过空推段施工空隙填方法，其特征在于：所述将预制管片拼装在隧道初支处，用40分钟时间；通过刀盘向盾构机的盾壳10点至2点位上部喷射不少于5m3豆砾石，用50分钟时间；所述每环同步注砂浆量不小于4m3，用30分钟时间。
6.根据权利要求1所述的盾构过空推段施工空隙填方法，其特征在于：所述地面灌浆孔孔口设置有溜槽。
7.根据权利要求1所述的盾构过空推段施工空隙填方法，其特征在于：所述灌浆孔在隧道初支完成之后、盾构机通过之前，采用现有技术钻孔而成。
8.根据权利要求1所述的盾构过空推段施工空隙填方法，其特征在于：所述盾体机盾体通过其前面的第一个灌浆孔30m后才开始地面灌浆液。
9.根据权利要求1所述的盾构过空推段施工空隙填方法，其特征在于：所述浆液的配比为：每立方米浆液含有：膨润土120kg，425复合硅酸盐水泥120kg，粉煤灰480kg，细砂640kg，水500kg，减水率不低于25％的减水剂7～14kg。
10.一种盾构过空推段施工空隙填装置，其特征在于：所述盾构过空推段施工空隙填装置由盾构机盾体、1号连接桥、2号连接桥和3号连接桥连接构成机体，在盾构机盾体和1号连接桥上设有台车双轨梁，在1号连接桥和2号连接桥上部设有单轨梁，单轨梁下停放有运输电瓶车，电瓶车拖挂有三节平板车和一节砂浆车，一节平板车上装有豆砾石斗，另两节平板车上分别装有3块预制管片，在盾构机单轨梁前端、双轨梁后端设置有一台功率不小于7m3/h的干喷机和一台螺旋上料机，干喷机和螺旋机都固定设置在盾构机的2号连接桥上，干喷机经干喷软管连接干喷钢管，豆砾石斗高度满足单轨梁吊装预制管片所需的空间要求。
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