CN110284889A - 一种tbm平导洞扩挖施工方法 - Google Patents

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中铁隧道局集团有限公司
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Abstract

本发明公开了一种TBM平导洞扩挖施工方法,在待扩挖的TBM平导段中,将既有的平导TBM圆形掘进洞或近圆形步进洞作为超前中导坑,扩挖施工为马蹄形隧道衬砌断面,在围岩级别不同的情况下,采用不同的施工方法,施工工序合理优化,施工过程便于操作,拱顶结构更加稳定,针对不同级别的围岩采用不同的施工工序,能够有效减少围岩的扰动、防坍塌,增加了增建扩挖过程中的安全性,提高扩挖效率。

Description

一种TBM平导洞扩挖施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域,具体涉及一种TBM平导洞扩挖施工方法。

背景技术

有些山体隧道在施工时,出口段通常采用TBM工法施工,同时包括洞口钻爆段及洞身断层钻爆法迂回施工段。正洞和平导TBM施工段通常敞开式硬岩掘进机掘进施工,采用有轨运输,皮带机出碴方式,铺设仰拱块,正洞同步进行拱墙二次衬砌模筑砼施工,隧道贯通后,在隧道内实施拆机。有些隧道工程段需要在平导段进行扩挖施工,在平导段TBM拆机完成后开始实施,利用出口车站段平导进行扩挖施工,施工过程中要根据周围围岩级别的不同,采用不同的扩挖施工方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种拱顶施工更加稳定、二次衬砌更加牢固、便于操作的TBM平导洞扩挖施工方法。

为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:

设计一种TBM平导洞扩挖施工方法,在待扩挖的TBM平导段中,将既有的平导TBM圆形掘进洞或近圆形步进洞作为超前中导坑,扩挖施工为马蹄形隧道衬砌断面,且周围为Ⅱ、Ⅲ级围岩;施工方法包括下列步骤:

(1)拆除既有TBM平导洞的仰拱预制块,拆除平导钢架;

(2)将既有TBM平导洞横断面的外部待扩挖部分记为A部,开挖A部,并施做A部周边的初期支护;

(3)对扩挖后的底部底板即仰拱部分和边墙基础进行整幅灌筑;

(4)待步骤(3)中灌注的仰拱砼初凝后,灌筑底板上部的隧底填充部至设计高度;

(5)清理好初期支护基面,初期支护与二次衬砌之间的拱墙铺设塑料防水板加土工布;

(6)待围岩和初期支护变形稳定后,利用衬砌台车一次性灌筑A部外侧的拱墙的二次衬砌部分,并于拱顶预埋PVC注浆管;待砼达到设计强度后,进行充填注浆。

优选的,步骤(2)中的初期支护步骤为:初喷砼,再铺设钢筋网,然后钻设径向锚杆,再复喷砼至设计厚度。

优选的,步骤(5)中二次衬砌背后设环、纵向透水盲沟。

本发明还涉及一种TBM平导洞扩挖施工方法,在待扩挖的TBM平导段中,将既有的平导TBM圆形掘进洞或近圆形步进洞作为超前中导坑,扩挖施工为马蹄形隧道衬砌断面,且周围为Ⅳ、Ⅴ级围岩;施工方法包括下列步骤:

(1)拆除既有TBM平导洞的仰拱预制块,拆除平导钢架;

(2)将既有TBM平导洞横断面的拱部外侧待扩挖部分记为A部,开挖A部,利用洞碴形成上台阶;

(3)施做A部上台阶周边的初期支护;

(4)在滞后A部一段距离后,清除洞碴,拆除下台阶范围内的平导钢架;

(5)将既有TBM平导洞横断面的下部外侧待扩挖部分记为B部,开挖B部,施做B部台阶周边的初期支护;

(6)对扩挖后的底部底板即仰拱部分和边墙基础进行整幅灌筑;

(7)待步骤(6)中灌注的仰拱砼初凝后,灌筑底板上部的隧底填充部至设计高度;

(8)清理好初期支护基面,初期支护与二次衬砌之间的拱墙铺设塑料防水板加土工布;

(9)待围岩和初期支护变形稳定后,利用衬砌台车一次性灌筑A部外侧的拱墙的二次衬砌部分,并于拱顶预埋PVC注浆管;待砼达到设计强度后,进行充填注浆。

优选的,步骤(3)中的初期支护步骤为:初喷砼,再铺设钢筋网,架立钢架,设锁脚锚管或锚杆,然后钻设径向锚杆,再复喷砼至设计厚度;所述钢架的纵向间距为1-1.2m。

优选的,当需要设置拱部超前支护时,步骤(3)中初期支护完毕后,施做下一循环拱部超前支护,采用φ60超前中管棚或φ42超前小导管,长3.5-4.0m,环向间距40-50cm,外插角为10-15°。

采用超前小导管支护的施工方法包括下列步骤:

a.小导管采用直径为φ42,厚3.5mm的热轧无缝钢管,长3.5m/根。小导管环向间距40cm、纵向相邻两排的水平投影搭接长度不小于150cm,外插角为5~10°;

b.小导管前端加工成锥形,以便插打,并防止浆液前冲;小导管中间部位钻φ10mm的注浆孔,注浆孔呈梅花形布置,间距为15mm,尾部1m范围内不钻孔以防漏浆,末端焊直径为6mm的环形箍筋;

c.在预定的位置用风动凿岩机钻孔,把小导管插入孔内,带好丝扣保护帽,专用顶头顶入到要求的深度,使麻丝柱塞与孔壁充分挤压紧,然后再用CS胶泥填充孔口,注浆管的外露长度为30cm;

d.浆液采用水泥浆液,水灰重量比为1:0.8-1.1,使用不低于42.5强度的水泥;注浆范围按开挖轮廓线外0.3~0.5m设计并且浆液在地层中均匀扩散;

e.浆液单孔注入量Q的值为:

Q=πR2Lη(m3);

式中:R—浆液扩散半径(m);

L—压浆段长度(m);

η—岩层孔隙率,砂土取40%,粘土20%,断层破碎带5%;

注浆压力为0.5~1Mpa,止浆盘为5~10cm厚喷射砼封闭,防止跑浆。

优选的,步骤(5)中的初期支护步骤为:初喷砼,再铺设钢筋网,架立钢架,设锁脚锚杆,然后钻设径向锚杆,再复喷砼至设计厚度;锁脚锚杆的外插角为20°。

优选的,步骤(8)中二次衬砌背后设环、纵向透水盲沟。

本发明的有益效果在于:

1.在开挖前先拆除仰拱块,TBM掘进平导扩挖采用多功能作业台架开挖,Ⅱ、Ⅲ级围岩地段光面爆破,Ⅳ、Ⅴ级围岩采用控制爆破、弱爆破,以减少对围岩的扰动、防坍塌,使得拱顶结构更加稳定。出碴采用装碴机装碴,自卸汽车运碴,直接拉运至弃碴场弃碴。

2.初期支护采用锚网喷支护,Ⅳ、Ⅴ级围岩增加钢拱架支撑,对于断层地段、蚀变岩、节理密集带以及洞口凹子地滑坡段等Ⅴ级围岩破碎软弱地段采用φ60超前中管棚或φ42超前小导管加强支护,喷砼采用砼罐车运输,机械手喷射。衬砌段采用12m全断面液压模板台车、泵送砼入模的方式施工,仰拱采用栈桥跨越方式全幅一次性浇筑完成,使得仰拱结构更加坚固。

3.本发明TBM平导洞扩挖施工方法,将既有的平导TBM圆形掘进洞或近圆形步进洞作为超前中导坑,扩挖施工为马蹄形隧道衬砌断面,施工工序合理优化,施工过程便于操作,拱顶结构更加稳定,针对不同级别的围岩采用不同的施工工序,能够有效减少围岩的扰动、防坍塌,增加了增建扩挖过程中的安全性,提高扩挖效率。

附图说明

图1是TBM平导段Ⅱ、Ⅲ级围岩扩挖工序横断面示意图;

图2是TBM平导段Ⅱ、Ⅲ级围岩扩挖工序纵断面示意图;

图3是TBM平导段Ⅳ、Ⅴ级围岩扩挖工序横断面示意图;

图4是TBM平导段Ⅳ、Ⅴ级围岩扩挖工序纵断面示意图

图中标号:1既有TBM平导洞,2仰拱部分,3隧底填充部,4二次衬砌,5径向锚杆;6锁脚锚杆,7拱部超前支护,8上台阶,9钢架。

具体实施方式

下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式,但以下实施例只是用来详细说明本发明,并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的设备元件如无特别说明,均为常规设备元件;所涉及的工业原料如无特别说明,均为市售常规工业原料。

实施例1:一种TBM平导洞扩挖施工方法,其特征在于,在待扩挖的TBM平导段中,将既有的平导TBM圆形掘进洞或近圆形步进洞作为超前中导坑,扩挖施工为马蹄形隧道衬砌断面,且周围为Ⅱ、Ⅲ级围岩;施工方法包括下列步骤:

(1)拆除既有TBM平导洞的仰拱预制块,拆除平导钢架;

(2)将既有TBM平导洞横断面的外部待扩挖部分记为A部,开挖A部,并施做A部周边的初期支护;初期支护步骤为:初喷砼,再铺设钢筋网,然后钻设径向锚杆,再复喷砼至设计厚度。

(3)对扩挖后的底部底板即仰拱部分和边墙基础进行整幅灌筑;

(4)待步骤(3)中灌注的仰拱砼初凝后,灌筑底板上部的隧底填充部至设计高度;

(5)清理好初期支护基面,初期支护与二次衬砌之间的拱墙铺设塑料防水板加土工布;二次衬砌背后设环、纵向透水盲沟。

(6)待围岩和初期支护变形稳定后,利用衬砌台车一次性灌筑A部外侧的拱墙的二次衬砌部分,并于拱顶预埋PVC注浆管;待砼达到设计强度后,进行充填注浆。

实施例2:一种TBM平导洞扩挖施工方法,其特征在于,在待扩挖的TBM平导段中,将既有的平导TBM圆形掘进洞或近圆形步进洞作为超前中导坑,扩挖施工为马蹄形隧道衬砌断面,且周围为Ⅳ、Ⅴ级围岩;施工方法包括下列步骤:

(1)拆除既有TBM平导洞的仰拱预制块,拆除平导钢架;

(2)将既有TBM平导洞横断面的拱部外侧待扩挖部分记为A部,开挖A部,利用洞碴形成上台阶;

(3)施做A部上台阶周边的初期支护;初期支护步骤为:初喷砼,再铺设钢筋网,架立钢架,设锁脚锚管或锚杆,然后钻设径向锚杆,再复喷砼至设计厚度;所述钢架的纵向间距为1-1.2m。

在需要超前支护的情况下,初期支护完毕后,施做下一循环拱部超前支护,采用φ60超前中管棚或φ42超前小导管,长3.5-4.0m,环向间距40-50cm,外插角为10-15°。

本实施例中,小导管采用直径为φ42,厚3.5mm的热轧无缝钢管,长3.5m/根。小导管环向间距40cm、纵向相邻两排的水平投影搭接长度不小于150cm,外插角为5~10°。

小导管前端加工成锥形,以便插打,并防止浆液前冲。小导管中间部位钻φ10mm的注浆孔,注浆孔呈梅花形布置(防止注浆出现死角),间距为15mm,尾部1m范围内不钻孔以防漏浆,末端焊直径为6mm的环形箍筋,以防打设小导管时端部开裂,影响注浆管联接。

在预定的位置用风动凿岩机钻孔,把小导管插入孔内,带好丝扣保护帽,专用顶头顶入到要求的深度,使麻丝柱塞与孔壁充分挤压紧。然后再用CS胶泥填充孔口。注浆管的外露长度为30cm。以便连接孔口阀门和管路。顶管时注意保护钢管尾部不被损坏,以便与高压注浆管连接。

浆液采用水泥浆液,水灰比1:0.8-1.1(重量比),施工时由试验室选定,使用不低于42.5强度的水泥。为获得良好的固结效果,确保有效扩散范围,注浆范围按开挖轮廓线外0.3~0.5m设计并且浆液在地层中均匀扩散。

浆液单孔注入量Q和围岩的孔隙率有关,根据扩散半径及岩层的裂隙进行估算,其值为:

Q=πR2Lη(m3),

式中:R—浆液扩散半径(m);

L—压浆段长度(m);

η—岩层孔隙率,砂土取40%,粘土20%,断层破碎带5%。

注浆压力为0.5~1Mpa,施工中根据施工现场试验确定较合理的注浆参数。由于采用低压加固注浆,止浆盘为5~10cm厚喷射砼封闭,防止跑浆。

注浆前检查注浆泵、管路及接头牢固程度,防止浆液冲出伤人。

注浆时密切监视压力变化,发现异常及时处理。

注浆时注意防止串浆和跑浆,若发生串浆和跑浆要停止注浆,分析原因随时解决。做好注浆压力、注浆量、注浆时间等各项记录。

(4)在滞后A部一段距离后,清除洞碴,拆除下台阶范围内的平导钢架;

(5)将既有TBM平导洞横断面的下部外侧待扩挖部分记为B部,开挖B部,施做B部台阶周边的初期支护;初期支护步骤为:初喷砼,再铺设钢筋网,架立钢架,设锁脚锚杆,然后钻设径向锚杆,再复喷砼至设计厚度;锁脚锚杆的外插角为20°。

(6)对扩挖后的底部底板即仰拱部分和边墙基础进行整幅灌筑;

(7)待步骤(6)中灌注的仰拱砼初凝后,灌筑底板上部的隧底填充部至设计高度;

(8)清理好初期支护基面,初期支护与二次衬砌之间的拱墙铺设塑料防水板加土工布;二次衬砌背后设环、纵向透水盲沟。

(9)待围岩和初期支护变形稳定后,利用衬砌台车一次性灌筑A部外侧的拱墙的二次衬砌部分,并于拱顶预埋PVC注浆管;待砼达到设计强度后,进行充填注浆。

在本发明的技术方案中,在开挖前先拆除仰拱块,TBM掘进平导扩挖采用多功能作业台架开挖,Ⅱ、Ⅲ级围岩地段光面爆破,Ⅳ、Ⅴ级围岩采用控制爆破、弱爆破,以减少对围岩的扰动、防坍塌,使得拱顶结构更加稳定。出碴采用装碴机装碴,自卸汽车运碴,直接拉运至弃碴场弃碴。

初期支护由挂钢筋网、喷射砼和锚杆组成,Ⅲ、Ⅳ级围岩拱部120°范围内增加格栅钢架加强支护;Ⅴ级围岩地段拱墙增加格栅钢架加强支护;拱部采用中空注浆锚杆,其余边墙采用砂浆锚杆。

格栅钢架在洞外按设计加工成型,洞内安装在初喷砼之后进行,与定位系筋、锚杆联接。格栅钢架间设纵向连接筋,格栅钢架间以喷砼填平。格栅钢架拱脚安放在牢固的基础上,架立时垂直隧道中线,当格栅钢架和围岩之间间隙过大时设置垫块,用喷砼喷填。

喷砼采用湿喷技术,砼在洞外由砼拌和站站拌好,通过输送车向洞内送料,空压机供风。砂选用颗粒坚硬、干净的中粗砂,细度模数、含水率符合相关规范要求;碎石选用坚硬耐久、最大粒径不大于10mm的碎石;水泥用42.5R普通硅酸盐水泥;使用的外加剂主要有减水剂、速凝剂。速凝剂、减水剂均选择质优、性能优良的产品。速凝剂在使用前,要做与水泥的相容性试验及水泥净浆凝结效果试验,使用中初凝时间应小于5min,终凝时间小于10min。

为保证喷射砼的厚度和质量,喷射砼分二次完成,即初喷和复喷。喷射砼以湿喷为主,含水量较大地段采用潮喷工艺。喷射料由洞外的砼拌合站拌合,砼输送车运输。初喷在清帮、找顶后进行,喷射砼厚度4~5cm,及早快速封闭围岩,钻爆段采用轮式湿喷机械手,TBM掘进段采用TBM自带的湿喷机械手。复喷在拱架、挂网、锚杆工序作业完毕后进行。采用湿喷工艺,由喷射机械手施工。

喷射前首先要对岩面进行找顶、清帮,清除松动岩块,对个别欠挖突出部分进行凿除、对个别超挖部分用C25喷砼补平;用高压水将岩面冲洗干净,对遇水易潮解的岩层,用高压风清扫岩面;喷砼前,检查喷射机工作是否正常,并进行喷射试验,一切正常后可方可正式进行砼喷射工作。

喷射砼分段、分片、分层进行,由下向上,从无水、少水向有水、多水地段集中,多水处安放导管将水排出。施喷时喷头与受喷面基本垂直,距离保持在1.5~2.0m。格栅钢架、钢拱架时,钢架与岩面之间的间隙用喷射砼充填密实,喷射顺序先下后上对称进行,先喷钢架与围岩之间空隙,后喷钢架之间,钢架应被喷射砼所覆盖,保护层不得小于4cm。喷前先找平受喷面的凹处,再将喷头成螺旋形缓慢均匀移动,每圈压前面半圈,绕圈直径约30cm,力求喷出的砼层面平顺光滑。一次喷射厚度控制在6cm以下,每段长度不超过6m,喷射回弹物不得重新用作喷射砼材料。新喷射的砼按规定洒水养生。

上面结合实施例对本发明作了详细的说明,但是所属技术领域的技术人员能够理解,在不脱离本发明宗旨的前提下,还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更,形成多个具体的实施例,均为本发明的常见变化范围,在此不再一一详述。

Claims (9)

1.一种TBM平导洞扩挖施工方法,其特征在于,在待扩挖的TBM平导段中,将既有的平导TBM圆形掘进洞或近圆形步进洞作为超前中导坑,扩挖施工为马蹄形隧道衬砌断面,且周围为Ⅱ、Ⅲ级围岩;施工方法包括下列步骤:
(1)拆除既有TBM平导洞的仰拱预制块,拆除平导钢架;
(2)将既有TBM平导洞横断面的外部待扩挖部分记为A部,开挖A部,并施做A部周边的初期支护;
(3)对扩挖后的底部底板即仰拱部分和边墙基础进行整幅灌筑;
(4)待步骤(3)中灌注的仰拱砼初凝后,灌筑底板上部的隧底填充部至设计高度;
(5)清理好初期支护基面,初期支护与二次衬砌之间的拱墙铺设塑料防水板加土工布;
(6)待围岩和初期支护变形稳定后,利用衬砌台车一次性灌筑A部外侧的拱墙的二次衬砌部分,并于拱顶预埋PVC注浆管;待砼达到设计强度后,进行充填注浆。
2.根据权利要求1所述的TBM平导洞扩挖施工方法,其特征在于,步骤(2)中的初期支护步骤为:初喷砼,再铺设钢筋网,然后钻设径向锚杆,再复喷砼至设计厚度。
3.根据权利要求1所述的TBM平导洞扩挖施工方法,其特征在于,步骤(5)中二次衬砌背后设环、纵向透水盲沟。
4.一种TBM平导洞扩挖施工方法,其特征在于,在待扩挖的TBM平导段中,将既有的平导TBM圆形掘进洞或近圆形步进洞作为超前中导坑,扩挖施工为马蹄形隧道衬砌断面,且周围为Ⅳ、Ⅴ级围岩;施工方法包括下列步骤:
(1)拆除既有TBM平导洞的仰拱预制块,拆除平导钢架;
(2)将既有TBM平导洞横断面的拱部外侧待扩挖部分记为A部,开挖A部,利用洞碴形成上台阶;
(3)施做A部上台阶周边的初期支护;
(4)在滞后A部一段距离后,清除洞碴,拆除下台阶范围内的平导钢架;
(5)将既有TBM平导洞横断面的下部外侧待扩挖部分记为B部,开挖B部,施做B部台阶周边的初期支护;
(6)对扩挖后的底部底板即仰拱部分和边墙基础进行整幅灌筑;
(7)待步骤(6)中灌注的仰拱砼初凝后,灌筑底板上部的隧底填充部至设计高度;
(8)清理好初期支护基面,初期支护与二次衬砌之间的拱墙铺设塑料防水板加土工布;
(9)待围岩和初期支护变形稳定后,利用衬砌台车一次性灌筑A部外侧的拱墙的二次衬砌部分,并于拱顶预埋PVC注浆管;待砼达到设计强度后,进行充填注浆。
5.根据权利要求4所述的TBM平导洞扩挖施工方法,其特征在于,步骤(3)中的初期支护步骤为:初喷砼,再铺设钢筋网,架立钢架,设锁脚锚管或锚杆,然后钻设径向锚杆,再复喷砼至设计厚度;所述钢架的纵向间距为1-1.2m。
6.根据权利要求5所述的TBM平导洞扩挖施工方法,其特征在于,步骤(3)中初期支护完毕后,施做下一循环拱部超前支护,采用φ60超前中管棚或φ42超前小导管,长3.5-4.0m,环向间距40-50cm,外插角为10-15°。
7.根据权利要求6所述的TBM平导洞扩挖施工方法,其特征在于,采用超前小导管支护的施工方法包括下列步骤:
a.小导管采用直径为φ42,厚3.5mm的热轧无缝钢管,长3.5m/根。小导管环向间距40cm、纵向相邻两排的水平投影搭接长度不小于150cm,外插角为5~10°;
b.小导管前端加工成锥形,以便插打,并防止浆液前冲;小导管中间部位钻φ10mm的注浆孔,注浆孔呈梅花形布置,间距为15mm,尾部1m范围内不钻孔以防漏浆,末端焊直径为6mm的环形箍筋;
c.在预定的位置用风动凿岩机钻孔,把小导管插入孔内,带好丝扣保护帽,专用顶头顶入到要求的深度,使麻丝柱塞与孔壁充分挤压紧,然后再用CS胶泥填充孔口,注浆管的外露长度为30cm;
d.浆液采用水泥浆液,水灰重量比为1:0.8-1.1,使用不低于42.5强度的水泥;注浆范围按开挖轮廓线外0.3~0.5m设计并且浆液在地层中均匀扩散;
e.浆液单孔注入量Q的值为:
Q=πR2Lη(m3);
式中:R—浆液扩散半径(m);
L—压浆段长度(m);
η—岩层孔隙率,砂土取40%,粘土20%,断层破碎带5%;
注浆压力为0.5~1Mpa,止浆盘为5~10cm厚喷射砼封闭,防止跑浆。
8.根据权利要求4所述的TBM平导洞扩挖施工方法,其特征在于,步骤(5)中的初期支护步骤为:初喷砼,再铺设钢筋网,架立钢架,设锁脚锚杆,然后钻设径向锚杆,再复喷砼至设计厚度;锁脚锚杆的外插角为20°。
9.根据权利要求4所述的TBM平导洞扩挖施工方法,其特征在于,步骤(8)中二次衬砌背后设环、纵向透水盲沟。
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