CN107587883B - 一种护盾式tbm管片回填灌浆膨胀式封闭装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种护盾式TBM管片回填灌浆膨胀式封闭装置及施工方法，该密封装置包括橡胶囊及其固定措施、充气抽气口及橡胶囊安装槽结构和施工步骤；橡胶囊通过橡胶囊固定条固定于橡胶囊安装槽中，其尺寸和长度可根据需要调整；管片充气管孔、管片阀门孔、橡胶囊安装槽和橡胶囊固定条安装槽可预制或后期制作，其尺寸可根据管片与围岩间尺寸进行调整施工步骤包括管片充气管孔、管片阀门孔、橡胶囊安装槽和橡胶囊固定条安装槽的制作、橡胶囊的安装、抽气和充气等；本发明可以对护盾式TBM管片与围岩之间空隙进行快速有效的封闭，以满足回填灌浆的阻隔封闭要求。

Description

一种护盾式TBM管片回填灌浆膨胀式封闭装置及施工方法

技术领域

本发明涉及地下工程施工领域，具体是隧道开挖管片外灌浆封闭装置及施工方法。

背景技术

护盾式TBM在开挖过程中随着掘进面推进，通过豆砾石和砂浆回填工艺将围岩与管片衬砌之间建立联系，以达到管片提供围岩支撑力目的。实际工程中由于护盾式TBM护盾的锥形设计，尾盾与管片之间缝隙较小、护盾与围岩之间、管片与围岩之间间隙较大，管片及护盾外无豆砾石及砂浆阻隔构件极易发生以下不利情况：(1)无豆砾石及砂浆阻隔构件，豆砾石与砂浆分别处于自然吹填与灌填方式，在洞顶部位易于形成回填空腔，影响回填质量及管片支护力发挥；(2) 回填部位与护盾间隔较小时，豆砾石与砂浆进入护盾与围岩间隙，水泥浆液易于粘固护盾的同时，豆砾石易于卡死护盾，导致卡机；(3)回填部位与护盾距离间隔较大时，导致回填不及时，易于形成围岩无支护段过长、变形过大而抱死 TBM设备。如何基于护盾式TBM现有施工工艺，在不影响工程进度情况下，利用对管片进行局部改造技术，克服上述问题，仍是目前工程亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种护盾式TBM管片回填灌浆膨胀式封闭装置及施工方法，能够对隧道施工中管片外围岩进行快速支护，限制围岩变形，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种护盾式TBM管片回填灌浆膨胀式封闭装置，包括管片、橡胶囊、气阀门、管片阀门孔、充气管延长管、橡胶囊充气管、橡胶囊固定条、橡胶囊固定条锚固螺栓、橡胶囊固定套、管片充气管孔、橡胶囊安装槽、橡胶囊固定条安装槽；所述橡胶囊安装槽设置于所述管片的外周面上，所述的橡胶囊固定条安装槽设置于橡胶囊安装槽内，所述橡胶囊固定条通过橡胶囊固定条锚固螺栓安装于橡胶囊固定条安装槽内，所述橡胶囊固定套位于橡胶囊的底部，所述橡胶囊通过橡胶囊固定套固定于橡胶囊固定条上并安装在所述橡胶囊安装槽内，所述橡胶囊充气管设置于所述橡胶囊的底部中心处，所述管片充气管孔位于管片中心位置且垂直贯穿管片，所述管片阀门孔位于管片充气管孔的底部，橡胶囊充气管外侧连接所述充气管延长管和气阀门，所述的橡胶囊充气管、充气管延长管和气阀门组成充气抽气单元，能够对橡胶囊进行充气和抽气，所述的气阀门可开合以保持橡胶囊内气压要求，所述的充气抽气单元置于所述管片充气管孔和管片阀门孔内。

进一步地，在上述方案中，所述橡胶囊充气后能变形膨胀达到一定厚度，能够填充管片与围岩之间的空隙，所述橡胶囊的截面尺寸可根据空隙大小进行调整以满足封闭需要，所述橡胶囊的长度可根据管片的长度和形状进行调整，所述橡胶囊抽气后可压成片状紧贴于橡胶囊安装槽底部，不影响管片安装。

进一步地，在上述方案中，所述充气管延长管可进行长度调整以满足不同管片厚度要求。

进一步地，在上述方案中，所述橡胶囊安装槽和橡胶囊固定条安装槽可以在管片制作过程中预制，或者在管片制作完成后进行开槽制作；所述橡胶囊安装槽和橡胶囊固定条安装槽尺寸可根据橡胶囊尺寸进行调整。

进一步地，在上述方案中，所述管片充气管孔和管片阀门孔可预制于管片中或在管片制作完成后再开孔。

本发明还提供了一种护盾式TBM管片回填灌浆膨胀式封闭装置的施工方法，包括以下施工步骤：

步骤1：管片制作过程中预制橡胶囊安装槽和橡胶囊固定条安装槽，或在制作好的管片上开槽制作橡胶囊安装槽和橡胶囊固定条安装槽；管片制作过程中预制管片充气管孔和管片阀门孔，或在制作好的管片上开孔制作管片充气管孔和管片阀门孔；

步骤2：组合好橡胶囊、橡胶囊充气管、充气管延长管和气阀门，置于管片充气管孔和管片阀门孔内，将橡胶囊固定条穿过橡胶囊固定套，通过橡胶囊固定条锚固螺栓将橡胶囊固定条固定于橡胶囊固定条安装槽内，使橡胶囊固定于橡胶囊安装槽内；

步骤3：通过气阀门对橡胶囊进行抽气，使其扁平后贴于橡胶囊安装槽内；

步骤4：安装管片；

步骤5：通过气阀门对橡胶囊进行充气，达到预定气压后关闭气阀门，整圈管片充气完成后，即完成护盾式TBM管片回填灌浆膨胀式封闭圈施工。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构简单、设计合理、便于高效施工；本发明能够对隧道施工中管片外围岩进行快速支护，限制围岩变形，对护盾式TBM管片与围岩之间空隙进行快速有效的封闭，以满足回填灌浆的阻隔封闭要求，在不影响工程进度情况下，有效保证回填质量及管片支护力的发挥，降低发生卡机的风险，并防止抱死TBM设备的发生，极大地体现出护盾式TBM快速、安全施工的优势。

附图说明

图1为本发明中橡胶囊充气后整体图。

图2为本发明中橡胶囊抽气后整体图。

图3为本发明中橡胶囊充气后剖面图。

图4为本发明中橡胶囊抽气后剖面图。

图5为本发明中橡胶囊抽气后管片一端细节图。

图6为本发明中管片与橡胶囊中心部分剖面图。

图7为本发明中管片剖面图。

图8为本发明中橡胶囊整体图。

图9为本发明中充气口剖面图。

图10为本发明中充气口整体图。

图11为本发明中橡胶囊固定条细节图。

其中，1-管片；2-橡胶囊；3-气阀门；4-管片阀门孔；5-充气管延长管；6- 橡胶囊充气管；7-橡胶囊固定条；8-橡胶囊固定条锚固螺栓；9-橡胶囊固定套； 10-管片充气管孔；11-橡胶囊安装槽；12-橡胶囊固定条安装槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。应该了解，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种护盾式TBM管片回填灌浆膨胀式封闭装置，包括管片1、橡胶囊2、气阀门3、管片阀门孔4、充气管延长管5、橡胶囊充气管6、橡胶囊固定条7、橡胶囊固定条锚固螺栓8、橡胶囊固定套9、管片充气管孔10、橡胶囊安装槽11、橡胶囊固定条安装槽12；橡胶囊安装槽11设置于管片1的外周面上，橡胶囊固定条安装槽12设置于橡胶囊安装槽11内，橡胶囊固定条7通过橡胶囊固定条锚固螺栓8安装于橡胶囊固定条安装槽12内，橡胶囊固定套9位于橡胶囊2的底部，橡胶囊2通过橡胶囊固定套9固定于橡胶囊固定条7上并安装在橡胶囊安装槽11内，橡胶囊2充气后能变形膨胀达到一定厚度，能够填充管片1与围岩之间的空隙，橡胶囊2的截面尺寸可根据空隙大小进行调整以满足封闭需要，橡胶囊2的长度可根据管片1的长度和形状进行调整，橡胶囊2抽气后可压成片状紧贴于橡胶囊安装槽11底部，不影响管片1安装；橡胶囊充气管6设置于橡胶囊2的底部中心处，管片充气管孔10位于管片1中心位置且垂直贯穿管片1，管片阀门孔4位于管片充气管孔10的底部，橡胶囊充气管6外侧连接充气管延长管5和气阀门3，橡胶囊充气管6、充气管延长管5和气阀门3组成充气抽气单元，能够对橡胶囊2进行充气和抽气，气阀门3可开合以保持橡胶囊2 内气压要求，充气管延长管5可进行长度调整以满足不同管片1厚度要求，充气抽气单元置于管片充气管孔10和管片阀门孔4内。

其中，橡胶囊安装槽11和橡胶囊固定条安装槽12是在管片1制作过程中预制；橡胶囊安装槽11和橡胶囊固定条安装槽12尺寸可根据橡胶囊2尺寸进行调整。管片充气管孔10和管片阀门孔4是预制于管片1中。

该护盾式TBM管片回填灌浆膨胀式封闭装置的施工方法，包括以下施工步骤：

步骤1：管片1制作过程中预制橡胶囊安装槽11和橡胶囊固定条安装槽12；管片1制作过程中预制管片充气管孔10和管片阀门孔4；

步骤2：组合好橡胶囊2、橡胶囊充气管6、充气管延长管5和气阀门3，置于管片充气管孔10和管片阀门孔4内，将橡胶囊固定条7穿过橡胶囊固定套9，通过橡胶囊固定条锚固螺栓8将橡胶囊固定条7固定于橡胶囊固定条安装槽12 内，使橡胶囊2固定于橡胶囊安装槽11内；

步骤3：通过气阀门3对橡胶囊2进行抽气，使其扁平后贴于橡胶囊安装槽 11内；

步骤4：安装管片1；

步骤5：通过气阀门3对橡胶囊2进行充气，达到预定气压后关闭气阀门3，整圈管片1充气完成后，即完成护盾式TBM管片回填灌浆膨胀式封闭圈施工。

实施例2：

一种护盾式TBM管片回填灌浆膨胀式封闭装置，包括管片1、橡胶囊2、气阀门3、管片阀门孔4、充气管延长管5、橡胶囊充气管6、橡胶囊固定条7、橡胶囊固定条锚固螺栓8、橡胶囊固定套9、管片充气管孔10、橡胶囊安装槽11、橡胶囊固定条安装槽12；橡胶囊安装槽11设置于管片1的外周面上，橡胶囊固定条安装槽12设置于橡胶囊安装槽11内，橡胶囊固定条7通过橡胶囊固定条锚固螺栓8安装于橡胶囊固定条安装槽12内，橡胶囊固定套9位于橡胶囊2的底部，橡胶囊2通过橡胶囊固定套9固定于橡胶囊固定条7上并安装在橡胶囊安装槽11内，橡胶囊2充气后能变形膨胀达到一定厚度，能够填充管片1与围岩之间的空隙，橡胶囊2的截面尺寸可根据空隙大小进行调整以满足封闭需要，橡胶囊2的长度可根据管片1的长度和形状进行调整，橡胶囊2抽气后可压成片状紧贴于橡胶囊安装槽11底部，不影响管片1安装；橡胶囊充气管6设置于橡胶囊2的底部中心处，管片充气管孔10位于管片1中心位置且垂直贯穿管片1，管片阀门孔4位于管片充气管孔10的底部，橡胶囊充气管6外侧连接充气管延长管5和气阀门3，橡胶囊充气管6、充气管延长管5和气阀门3组成充气抽气单元，能够对橡胶囊2进行充气和抽气，气阀门3可开合以保持橡胶囊2 内气压要求，充气管延长管5可进行长度调整以满足不同管片1厚度要求，充气抽气单元置于管片充气管孔10和管片阀门孔4内。

其中，橡胶囊安装槽11和橡胶囊固定条安装槽12是在管片1制作完成后进行开槽制作；橡胶囊安装槽11和橡胶囊固定条安装槽12尺寸可根据橡胶囊2 尺寸进行调整。管片充气管孔10和管片阀门孔4是在管片1制作完成后再开孔。

该护盾式TBM管片回填灌浆膨胀式封闭装置的施工方法，包括以下施工步骤：

步骤1：在制作好的管片1上开槽制作橡胶囊安装槽11和橡胶囊固定条安装槽12；在制作好的管片1上开孔制作管片充气管孔10和管片阀门孔4；

步骤2：组合好橡胶囊2、橡胶囊充气管6、充气管延长管5和气阀门3，置于管片充气管孔10和管片阀门孔4内，将橡胶囊固定条7穿过橡胶囊固定套9，通过橡胶囊固定条锚固螺栓8将橡胶囊固定条7固定于橡胶囊固定条安装槽12 内，使橡胶囊2固定于橡胶囊安装槽11内；

步骤3：通过气阀门3对橡胶囊2进行抽气，使其扁平后贴于橡胶囊安装槽 11内；

步骤4：安装管片1；

步骤5：通过气阀门3对橡胶囊2进行充气，达到预定气压后关闭气阀门3，整圈管片1充气完成后，即完成护盾式TBM管片回填灌浆膨胀式封闭圈施工。

实施例3：

一种护盾式TBM管片回填灌浆膨胀式封闭装置，包括管片1、橡胶囊2、气阀门3、管片阀门孔4、充气管延长管5、橡胶囊充气管6、橡胶囊固定条7、橡胶囊固定条锚固螺栓8、橡胶囊固定套9、管片充气管孔10、橡胶囊安装槽11、橡胶囊固定条安装槽12；橡胶囊安装槽11设置于管片1的外周面上，橡胶囊固定条安装槽12设置于橡胶囊安装槽11内，橡胶囊固定条7通过橡胶囊固定条锚固螺栓8安装于橡胶囊固定条安装槽12内，橡胶囊固定套9位于橡胶囊2的底部，橡胶囊2通过橡胶囊固定套9固定于橡胶囊固定条7上并安装在橡胶囊安装槽11内，橡胶囊2充气后能变形膨胀达到一定厚度，能够填充管片1与围岩之间的空隙，橡胶囊2的截面尺寸可根据空隙大小进行调整以满足封闭需要，橡胶囊2的长度可根据管片1的长度和形状进行调整，橡胶囊2抽气后可压成片状紧贴于橡胶囊安装槽11底部，不影响管片1安装；橡胶囊充气管6设置于橡胶囊2的底部中心处，管片充气管孔10位于管片1中心位置且垂直贯穿管片1，管片阀门孔4位于管片充气管孔10的底部，橡胶囊充气管6外侧连接充气管延长管5和气阀门3，橡胶囊充气管6、充气管延长管5和气阀门3组成充气抽气单元，能够对橡胶囊2进行充气和抽气，气阀门3可开合以保持橡胶囊2 内气压要求，充气管延长管5可进行长度调整以满足不同管片1厚度要求，充气抽气单元置于管片充气管孔10和管片阀门孔4内。

其中，橡胶囊安装槽11和橡胶囊固定条安装槽12是在管片1制作过程中预制；橡胶囊安装槽11和橡胶囊固定条安装槽12尺寸可根据橡胶囊2尺寸进行调整。管片充气管孔10和管片阀门孔4是在管片1制作完成后再开孔。

该护盾式TBM管片回填灌浆膨胀式封闭装置的施工方法，包括以下施工步骤：

步骤1：管片1制作过程中预制橡胶囊安装槽11和橡胶囊固定条安装槽12；在制作好的管片1上开孔制作管片充气管孔10和管片阀门孔4；

步骤2：组合好橡胶囊2、橡胶囊充气管6、充气管延长管5和气阀门3，置于管片充气管孔10和管片阀门孔4内，将橡胶囊固定条7穿过橡胶囊固定套9，通过橡胶囊固定条锚固螺栓8将橡胶囊固定条7固定于橡胶囊固定条安装槽12 内，使橡胶囊2固定于橡胶囊安装槽11内；

步骤3：通过气阀门3对橡胶囊2进行抽气，使其扁平后贴于橡胶囊安装槽 11内；

步骤4：安装管片1；

步骤5：通过气阀门3对橡胶囊2进行充气，达到预定气压后关闭气阀门3，整圈管片1充气完成后，即完成护盾式TBM管片回填灌浆膨胀式封闭圈施工。

显然，本发明不限于上述实施例的细节。上述实施例应被视为是示范性的，而非限制性的。本发明的范围由所附权利要求限定，且包括落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化。权利要求中的任何附图标记不应被视为对所涉及的权利要求具有限制性。

此外，本说明书应被视为一个整体，上述实施方式并非本发明唯一的独立技术方案，实施例中的技术方案可经适当组合调整，形成本领域技术人员可理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种护盾式TBM管片回填灌浆膨胀式封闭装置，包括管片(1)、橡胶囊(2)、气阀门(3)、管片阀门孔(4)、充气管延长管(5)、橡胶囊充气管(6)；其特征在于：橡胶囊(2)设置于管片(1)上，该封闭装置还包括橡胶囊固定条(7)、橡胶囊固定条锚固螺栓(8)、橡胶囊固定套(9)、管片充气管孔(10)、橡胶囊安装槽(11)、橡胶囊固定条安装槽(12)；所述橡胶囊安装槽(11)设置于所述管片(1)的外周面上，所述的橡胶囊固定条安装槽(12)设置于橡胶囊安装槽(11)内，所述橡胶囊固定条(7)通过橡胶囊固定条锚固螺栓(8)安装于橡胶囊固定条安装槽(12)内，所述橡胶囊固定套(9)位于橡胶囊(2)的底部，所述橡胶囊(2)通过橡胶囊固定套(9)固定于橡胶囊固定条(7)上并安装在所述橡胶囊安装槽(11)内，所述橡胶囊充气管(6)设置于所述橡胶囊(2)的底部中心处，所述管片充气管孔(10)位于管片(1)中心位置且垂直贯穿管片(1)，所述管片阀门孔(4)位于管片充气管孔(10)的底部，橡胶囊充气管(6)外侧连接所述充气管延长管(5)和气阀门(3)，所述的橡胶囊充气管(6)、充气管延长管(5)和气阀门(3)组成充气抽气单元，所述的充气抽气单元置于所述管片充气管孔(10)和管片阀门孔(4)内；所述橡胶囊(2)充气后能变形膨胀达到一定厚度，能够填充管片(1)与围岩之间的空隙，所述橡胶囊(2)的截面尺寸可根据空隙大小进行调整，所述橡胶囊(2)的长度可根据管片(1)的长度和形状进行调整，所述橡胶囊(2)抽气后可压成片状紧贴于橡胶囊安装槽(11)底部；该护盾式TBM管片回填灌浆膨胀式封闭装置在施工时包括以下步骤：步骤1：管片(1)制作过程中预制橡胶囊安装槽(11)和橡胶囊固定条安装槽(12)，或在制作好的管片(1)上开槽制作橡胶囊安装槽(11)和橡胶囊固定条安装槽(12)；管片(1)制作过程中预制管片充气管孔(10)和管片阀门孔(4)，或在制作好的管片(1)上开孔制作管片充气管孔(10)和管片阀门孔(4)；步骤2：组合好橡胶囊(2)、橡胶囊充气管(6)、充气管延长管(5)和气阀门(3)，置于管片充气管孔(10)和管片阀门孔(4)内，将橡胶囊固定条(7)穿过橡胶囊固定套(9)，通过橡胶囊固定条锚固螺栓(8)将橡胶囊固定条(7)固定于橡胶囊固定条安装槽(12)内，使橡胶囊(2)固定于橡胶囊安装槽(11)内；步骤3：通过气阀门(3)对橡胶囊(2)进行抽气，使其扁平后贴于橡胶囊安装槽(11)内；步骤4：安装管片(1)；步骤5：通过气阀门(3)对橡胶囊(2)进行充气，达到预定气压后关闭气阀门(3)，整圈管片(1)充气完成后，即完成护盾式TBM管片回填灌浆膨胀式封闭圈施工。

2.根据权利要求1所述的护盾式TBM管片回填灌浆膨胀式封闭装置，其特征在于，所述充气管延长管(5)可进行长度调整。

3.根据权利要求1所述的护盾式TBM管片回填灌浆膨胀式封闭装置，其特征在于，所述橡胶囊安装槽(11)和橡胶囊固定条安装槽(12)尺寸可根据橡胶囊(2)尺寸进行调整。

4.根据权利要求1所述的护盾式TBM管片回填灌浆膨胀式封闭装置，其特征在于，所述管片充气管孔(10)和管片阀门孔是在管片(1)制作完成后再开孔。