CN103510964B - 一种采用护盾式tbm施工时对豆砾石回填灌浆的方法 - Google Patents

Abstract

一种采用护盾式TBM施工时对豆砾石回填灌浆的方法，涉及隧道施工领域，本发明通过对豆砾石回填时要求按照先从两侧对称注入，先拱底、次两侧、后拱顶的次序，即工作孔D（9）和工作孔H（13）、后工作孔C（8）和工作孔J（12）、工作孔B（7）和工作孔F（11）、最后工作孔A（6），的顺序，大大避免了充填的豆砾石出现架空，有效的保证了对空隙回填灌浆的密实度，提高了施工质量，降低了施工成本，有效的降低了安全事故的发生等。

Description

一种采用护盾式 TBM 施工时对豆砾石回填灌浆的方法

【技术领域】

本发明涉及隧道施工领域，尤其涉及一种对豆砾石回填灌浆的方法，具体涉及一种采用护盾式TBM施工时对豆砾石回填灌浆的方法。

【背景技术】

已知的，随着社会经济和科技的不断发展与进步，护盾式TBM在隧洞工程掘进中的应用逐步增多 “在此需要说明的是TBM为Tunnel Boring Machine的缩写，即为隧道掘进机，其是利用回转刀具开挖，同时破碎洞内围岩及掘进，形成整个隧道断面的一种新型、先进的隧道施工机械”，它是隧道掘进的专用工程机械，其集机、电、液、传感和信息技术于一体，目前被广泛用于在铁路、公路、地铁、市政以及水利水电等隧道掘进工程中，但是在采用护盾式TBM施工时，通常需要先预制管片衬砌，待管片衬砌安装完成后，其外弧面与围岩间就会存在一定的空隙，此时需要采用豆砾石回填灌浆将二者连接，进而起到传力、防渗和承压能力，但是采用现有的豆砾石回填灌浆方法主要存在的问题是顶部豆砾石回填不饱满，最终以水泥浆回填代替或形成空腔，从而增大了工程建设的投资与风险，大大降低了工程质量，埋下了安全隐患，因为针对豆砾石回填灌浆，目前我国还没有规范为依据，也没有成熟的经验或方法作为借鉴，在实际对豆砾石回填灌浆施工过程中大家都在探索最有效的方法，为了克服上述问题，本发明人通过大量检索国内外的相关文献，均没有找到对豆砾石回填灌浆施工最有效方法的记载。

【发明内容】

为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种采用护盾式TBM施工时对豆砾石回填灌浆的方法，本发明通过对豆砾石回填时要求按照先从两侧对称注入，先拱底、次两侧、后拱顶的次序，大大避免了充填的豆砾石出现架空，有效的保证了对空隙回填灌浆的密实度，提高了施工质量，降低了施工成本等。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种采用护盾式TBM施工时对豆砾石回填灌浆的方法，所述方法具体包括如下步骤：

第一步、进行施工前的准备，首先根据施工要求准备好管片衬砌、豆砾石、水泥和砂子，同时在底部用的管片衬砌上设置工作孔E和工作孔I，在两侧用的管片衬砌上分别设置工作孔C、工作孔D、工作孔J和工作孔H，在顶部用的管片衬砌上设置工作孔A、工作孔B和工作孔F，以满足顶部豆砾石回填密实度；

第二步、待备齐第一步要求的物料后，将管片衬砌安装在挖掘后隧道的内壁上，然后在管片衬砌上分别标注出工作孔A、工作孔B、工作孔C、工作孔D、工作孔E、工作孔F、工作孔J、工作孔H和工作孔I的位置，以便准确做好施工记录；

第三步、在第二步的基础上，安设孔口管，然后往工作孔E和工作孔I区域进行水泥砂浆回填，对底部用的管片衬砌与围岩间进行填充形成水泥砂浆填充层，注浆压力为0.2～0.3MPa，进一步往工作孔A、工作孔B、工作孔C、工作孔D、工作孔F、工作孔J和工作孔H内注射豆砾石形成豆砾石填充层，回填压力为0.3MPa～0.4MPa；

第四步、在第三步的基础上，安设孔口管，连通水泥浆管路，并检查水泥浆浆液水与灰的比例；

第五步、在第四步的基础上，利用水泥注浆机进行水泥注浆，首先往工作孔A、工作孔B、工作孔C、工作孔D、工作孔F、工作孔J和工作孔H内进行水泥灌浆，灌浆顺序为，先工作孔D和工作孔H、后工作孔C和工作孔J、工作孔B和工作孔F、最后工作孔A，每层间纵向间隔10～18米，将水泥浆注至豆砾石空隙中，与豆砾石固结成一整体，并与底部砂浆连接成闭合的加固圈；

第六步、检查是否符合注浆结束标准，当灌浆孔口压力达到0.3MPa时，灌浆孔停止吸浆，并继续灌浆3～8min即可结束，当灌浆孔附近孔位出现串浆时，即可停止注浆；

第七步、检查是否全孔位完成注浆，按照第四步的顺序，由下至上、分梯度逐孔完成注浆，按照第六步标准确定闭浆；

第八步、注浆效果检查，注浆效果检查采用压水取芯试验，压水试验在水泥注浆后6～9天进行，取芯试验在灌浆施工后25～30天后进行，在压水取芯试验均满足设计要求条件，鉴定为合格；

第九步、注浆结束。

所述的采用护盾式TBM施工时对豆砾石回填灌浆的方法，所述豆砾石材料的粒径为5～10mm。

所述的采用护盾式TBM施工时对豆砾石回填灌浆的方法，所述管片衬砌3两侧边的夹角为90°。

所述的采用护盾式TBM施工时对豆砾石回填灌浆的方法，所述底部用的管片衬砌3与隧道的内壁之间设有管片垫座5。

所述的采用护盾式TBM施工时对豆砾石回填灌浆的方法，所述底部用的管片衬砌3內缘面上设有凹槽4。

所述的采用护盾式TBM施工时对豆砾石回填灌浆的方法，所述顶部用的管片衬砌3和两侧用的管片衬砌3与隧道的内壁之间的距离为69～180mm。

所述的采用护盾式TBM施工时对豆砾石回填灌浆的方法，所述水泥浆浆液水与灰的比例不大于0.6:1。

所述的采用护盾式TBM施工时对豆砾石回填灌浆的方法，所述水泥注浆机的型号为HANY-ZMP712V。

采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：

本发明所述的一种采用护盾式TBM施工时对豆砾石回填灌浆的方法，本发明通过对豆砾石回填时要求按照先从两侧对称注入，先拱底、次两侧、后拱顶的次序，即先工作孔D和工作孔H、后工作孔C和工作孔J、工作孔B和工作孔F、最后工作孔A的顺序，大大避免了充填的豆砾石出现架空，有效的保证了对空隙回填灌浆的密实度，提高了施工质量，降低了施工成本，有效的降低了安全事故的发生等。

【附图说明】

图1是本发明中管片拼装的断面示意图；

图2是本发明中工作孔的分布示意图；

图3是本发明所述方法的施工步骤图；

在图中：1、水泥砂浆填充层；2、豆砾石填充层；3、管片衬砌；4、凹槽；5、管片垫座；6、工作孔A；7、工作孔B；8、工作孔C；9、工作孔D；10、工作孔E；11、工作孔F；12、工作孔J；13、工作孔H；14、工作孔I。

【具体实施方式】

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；

结合附图1～3所述的一种采用护盾式TBM施工时对豆砾石回填灌浆的方法，所述方法具体包括如下步骤：

第一步、进行施工前的准备，首先根据施工要求准备好管片衬砌3、豆砾石、水泥和砂子，同时在底部用的管片衬砌3上设置工作孔E10和工作孔I14，在两侧用的管片衬砌3上分别设置工作孔C8、工作孔D9、工作孔J12和工作孔H13，在顶部用的管片衬砌3上设置工作孔A6、工作孔B7和工作孔F11，以满足顶部豆砾石回填密实度；其中所述豆砾石材料的粒径为5～10mm，所述管片衬砌3两侧边的夹角为90°，所述底部用的管片衬砌3与隧道的内壁之间设有管片垫座5，在底部用的管片衬砌3內缘面上设有凹槽4。

第二步、待备齐第一步要求的物料后，将管片衬砌3安装在挖掘后隧道的内壁上，然后在管片衬砌3上分别标注出工作孔A6、工作孔B7、工作孔C8、工作孔D9、工作孔E10、工作孔F11、工作孔J12、工作孔H13和工作孔I14的位置，以便准确做好施工记录，其中顶部用的管片衬砌3和两侧用的管片衬砌3与隧道的内壁之间的距离为69～180mm；

第三步、在第二步的基础上，安设孔口管，然后往工作孔E10和工作孔I14区域进行水泥砂浆回填，对底部用的管片衬砌3与围岩间进行填充形成水泥砂浆填充层1，注浆压力为0.2～0.3MPa，进一步往工作孔A6、工作孔B7、工作孔C8、工作孔D9、工作孔F11、工作孔J12和工作孔H13内注射豆砾石形成豆砾石填充层2，回填压力为0.3MPa～0.4MPa；

第四步、在第三步的基础上，安设孔口管，连通水泥浆管路，并检查水泥浆浆液水与灰的比例，所述水泥浆浆液水与灰的比例不大于0.6:1；

第五步、在第四步的基础上，利用水泥注浆机进行水泥注浆，所述水泥注浆机的型号为HANY-ZMP712V，首先往工作孔A6、工作孔B7、工作孔C8、工作孔D9、工作孔F11、工作孔J12和工作孔H13内进行水泥灌浆，灌浆顺序为，先工作孔D9和工作孔H13、后工作孔C8和工作孔J12、工作孔B7和工作孔F11、最后工作孔A6，每层间纵向间隔10～18米，将水泥浆注至豆砾石空隙中，与豆砾石固结成一整体，并与底部砂浆连接成闭合的加固圈；

第六步、检查是否符合注浆结束标准，当灌浆孔口压力达到0.3MPa时，灌浆孔停止吸浆，并继续灌浆3～8min即可结束，当灌浆孔附近孔位出现串浆时，即可停止注浆；

第七步、检查是否全孔位完成注浆，按照第四步的顺序，由下至上、分梯度逐孔完成注浆，按照第六步标准确定闭浆；

第八步、注浆效果检查，注浆效果检查采用压水取芯试验，压水试验在水泥注浆后6～9天进行，取芯试验在灌浆施工后25～30天后进行，在压水取芯试验均满足设计要求条件，鉴定为合格；

第九步、注浆结束。

本发明的原理为：

在TBM施工过程中，当管片衬砌3脱出盾尾后，通过个管片衬砌3上的工作孔对底部设置的管片衬砌3的 90度范围管片衬砌3与围岩间空隙进行砂浆回填，两侧设置的管片衬砌3与顶部设置的管片衬砌3的270度范围（管片衬砌3外弧面距开挖围岩面间隙约为69～180mm）的空隙，采用豆砾石回填并灌注水泥浆，使之成为预压结石层，与管片衬砌3结合成整体.此预压结石层除承受和传递外界围岩压力与内部水流荷载外，还可促使管片安装后结构稳定，在运行期间则与管片共同发挥防渗止水作用。

本发明适用于各种护盾式TBM掘进管片衬砌3的隧洞施工，在无自稳能力、易塌方的含水疏松沙层等不良地质洞段难以顺利、有效实施，对于隧洞防水要求较高的工程，本发明有较大的优势。

本发明在具体具体实施过程中，在对顶部用和两侧用管片衬砌3的270°范围管片背部进行豆砾石回填时，按照豆砾石运至洞内→豆砾石罐吊运→回填设备检查→管路检查→按顺序要求安置各接头→启动设备→单孔回填饱满→停机→换孔等顺序进行；在对管片衬砌3背部水泥回填灌浆时，按照水泥罐吊运→灌浆设备检查→管路检查→按顺序要求安置注浆头→拌制浆液→启动设备→单孔回填饱满→满足闭浆压力→停机→关闭注浆头阀门→换孔进行；其它参数如下表：

豆砾石回填参数要求表

填充孔位	高压风开风标准	上料标准	回填结束标准	空隙率（ % ）
					1#～4#孔和7～9#孔	储气罐压力＞0.5MPa	设备压力＞0.25MPa	工作孔压力达到0.3MPa～0.4MPa	0.44 ～ 0.46

水泥灌浆参数要求表

填充孔位	扩散方式	注浆压力	浆液水灰比	灌浆顺序
					1#～4#孔和7～9#孔	渗透扩散	0.2～0.3MPa	不大于 0.6:1	先拱底、后两侧、后顶拱

本发明在灌浆施工过程中，纵向梯队距离尤为重要，结合TBM后配套可工作平台长度，每层之间纵向间隔14米（约9环管片），其回填密实度可达到设计要求。

本发明在具体实施过程中有如下要求：

1、灌浆结束标准：

水泥回填灌浆须达到满填满灌，正常情况下灌浆孔口压力达到0.3MPa时，灌浆孔停止吸浆，并继续灌浆5min即可结束；当灌浆孔附近孔位出现串浆时，即可停止注浆。

2、管片工作孔封堵：

灌浆结束后，对各管片衬砌3上工作孔封堵，洞段封孔砂浆采用微膨胀砂浆，28天抗压强度不低于45MPa，微膨胀砂浆施工前，须对工作孔内灰尘和污迹采用清水进行严格清理，工作孔封堵施做时，控制好其调制配比和时间，随拌随用，保证砂浆施工时的性能，封孔须做到密实、平整。

3、灌浆效果检查：

A、压水试验:

水泥回填灌浆7天之后，进行压水试验检查。压水试验每100m洞段进行5次，钻孔直径为38mm，深度应控制为钻至豆砾石灌浆层厚度的一半处，但钻孔底部至岩面的豆砾石灌浆层厚度不小于3cm,水压在0.2MPa下进行，钻孔水饱和按30min考虑，灌浆饱和后，应读取一个10mim时段吸水率△Q1/10小于0.1L/min，即认为该孔所代表的前后各10m洞段水密性合格，否则为不合格。

B、取芯试验

灌浆实施28天后，每100m洞段进行4个钻孔取豆砾石水泥灌浆结石及水泥砂浆芯样。对于其中3个芯样（芯样直径38mm或50mm）制成长直比为1:1的试件，作抗压强度试验。另外1个芯样应取自侧部管片，用于观察豆砾石水泥灌浆结石的表观质量。

C、试验结果及处理措施

当结石层水密性和抗压强度均达到设计要求时，该洞段豆砾石回填灌浆即可达到验收条件；若其中一项不能满足标准要求，须对该孔位对应的洞段进行补灌水泥浆，直至达到设计要求。实践表明，在TBM掘进过程中，豆砾石回填及水泥灌浆质量普遍较好，不合格区域约占全线洞段的5%，补灌浆后，均能满足相关要求。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (6)

1.一种采用护盾式TBM施工时对豆砾石回填灌浆的方法，其特征是：所述方法具体包括如下步骤：

第一步、进行施工前的准备，首先根据施工要求准备好管片衬砌（3）、豆砾石、水泥和砂子，同时在底部用的管片衬砌（3）上设置工作孔E（10）和工作孔I（14），在两侧用的管片衬砌（3）上分别设置工作孔C（8）、工作孔D（9）、工作孔J（12）和工作孔H（13），在顶部用的管片衬砌（3）上设置工作孔A（6）、工作孔B（7）和工作孔F（11），以满足顶部豆砾石回填密实度，所述豆砾石材料的粒径为5～10mm，所述管片衬砌（3）两侧边的夹角为90°；

第二步、待备齐第一步要求的物料后，将管片衬砌（3）安装在挖掘后隧道的内壁上，然后在管片衬砌（3）上分别标注出工作孔A（6）、工作孔B（7）、工作孔C（8）、工作孔D（9）、工作孔E（10）、工作孔F（11）、工作孔J（12）、工作孔H（13）和工作孔I（14）的位置，以便准确做好施工记录；

第三步、在第二步的基础上，安设孔口管，然后往工作孔E（10）和工作孔I（14）区域进行水泥砂浆回填，对底部用的管片衬砌（3）与围岩间进行填充形成水泥砂浆填充层（1），注浆压力为0.2～0.3MPa，进一步往工作孔A（6）、工作孔B（7）、工作孔C（8）、工作孔D（9）、工作孔F（11）、工作孔J（12）和工作孔H（13）内注射豆砾石形成豆砾石填充层（2），回填压力为0.3MPa～0.4MPa；

第四步、在第三步的基础上，安设孔口管，连通水泥浆管路，并检查水泥浆浆液水与灰的比例；

第五步、在第四步的基础上，利用水泥注浆机进行水泥注浆，首先往工作孔A（6）、工作孔B（7）、工作孔C（8）、工作孔D（9）、工作孔F（11）、工作孔J（12）和工作孔H（13）内进行水泥灌浆，灌浆顺序为，先工作孔D（9）和工作孔H（13）、后工作孔C（8）和工作孔J（12）、工作孔B（7）和工作孔F（11）、最后工作孔A（6），每层间纵向间隔10～18米，将水泥浆注至豆砾石空隙中，与豆砾石固结成一整体，并与底部砂浆连接成闭合的加固圈；

第六步、检查是否符合注浆结束标准，当灌浆孔口压力达到0.3MPa时，灌浆孔停止吸浆，并继续灌浆3～8min即可结束，当灌浆孔附近孔位出现串浆时，即可停止注浆；

第七步、检查是否全孔位完成注浆，按照第四步的顺序，由下至上、分梯度逐孔完成注浆，按照第六步标准确定闭浆；

第八步、注浆效果检查，注浆效果检查采用压水取芯试验，压水试验在水泥注浆后6～9天进行，取芯试验在灌浆施工后25～30天后进行，在压水取芯试验均满足设计要求条件，鉴定为合格；

第九步、注浆结束。

2.根据权利要求1所述的采用护盾式TBM施工时对豆砾石回填灌浆的方法，其特征是：所述底部用的管片衬砌（3）与隧道的内壁之间设有管片垫座（5）。

3. 根据权利要求1所述的采用护盾式TBM施工时对豆砾石回填灌浆的方法，其特征是：所述底部用的管片衬砌（3）內缘面上设有凹槽（4）。

4. 根据权利要求1所述的采用护盾式TBM施工时对豆砾石回填灌浆的方法，其特征是：所述顶部用的管片衬砌（3）和两侧用的管片衬砌（3）与隧道的内壁之间的距离为69～180mm。

5. 根据权利要求1所述的采用护盾式TBM施工时对豆砾石回填灌浆的方法，其特征是：所述水泥浆浆液水与灰的比例不大于0.6:1。

6. 根据权利要求1所述的采用护盾式TBM施工时对豆砾石回填灌浆的方法，其特征是：所述水泥注浆机的型号为HANY-ZMP712V。