TBM法隧道或隧洞施工的回填方法及其设备技术

本发明专利技术涉及一种TBM法隧道或隧洞施工的回填方法及其设备。TBM豆砾石回填灌浆回填方法存在诸多技术缺陷，工期无保证，回填质量十分不稳定。本发明专利技术在TBM预制衬砌结构管片外壁与围岩壁之间的空腔全洞段360°范围回填，底拱部砂浆、速凝砂浆回填，两侧拱部豆砾石灌浆回填，顶拱部混合砂浆回填；或底拱部砂浆回填、速凝砂浆回填，两侧拱部细石混凝土、速凝细石混凝土回填，顶拱部混合砂浆回填；本发明专利技术充分利用砂浆、细石混凝土回填的技术优势，部分或全部替换豆砾石灌浆回填，克服了豆砾石灌浆回填的技术缺陷，尤其在不良地质情况下，提高了回填工效，保证了工程质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于隧道或隧洞施工
，具体涉及一种TBM法隧道或隧洞施工的回填方法及其设备。
技术介绍
隧道掘进机TBM（TunnelBoringMachine）作为当今最先进的一种隧道（洞）施工机械，已经得到了世界各国的广泛应用。根据支护形式分为三种机型，分别适用于不同的地质条件：①敞开式，常用于纯质岩；②双护盾，常用于混合地层；③单护盾，常用于劣质地层及地下水位较高的地层。其中单、双护盾隧道掘进机（TBM）开挖均为预制钢筋混凝土结构件（管片）拼装或螺栓连接衬砌，预制管片外壁与围岩之间的空腔必须回填密实。隧道（洞）衬砌设计承载能力的前提条件是衬砌结构与围岩密贴，共同承受外部荷载，所以隧道（洞）预制管片衬砌外壁与围岩壁间的空腔必须回填密实，使衬砌结构与围岩紧密贴合，止堵水能力强、凝固强度达到设计要求。TBM因其掘进、预制构件（管片）衬砌工效高被广泛应用，预制管片衬砌外壁与围岩壁间的空腔回填方法是全断面豆砾石回填灌浆，但TBM豆砾石回填灌浆回填方法存在诸多技术缺陷：一是工期无保证，没有规范化的施工标准、施工工序（豆砾石预压的工序、起始环、封闭环的建立、灌浆孔、非灌浆孔、观察孔、闭浆孔位置的确定、不良地质情况下的回填措施、封孔勾缝的定额标准等一系列问题），脱灌、漏灌处于一种常态，大量的补灌浆使正常的接触灌浆工序破坏殆尽，隧道（洞）运行预期不定，经济效益低迷；二是回填质量十分不稳定，底、侧、顶拱取芯抗压强度试验证明变异系数太<br>大，预制构件衬砌结构受力不均匀，给隧洞运行安全带来隐患。影响豆砾石回填灌浆因素很多，主要有以下几个方面：1、落渣及岩粉的影响在掘进过程部份岩粉附在隧洞围岩壁上，在回填豆砾石预压过程，岩粉粘结在豆砾石的表面，灌注的水泥浆与豆砾石亲合力差，形成豆砾石水泥结石取芯样密而不坚，结石强度很低；另有部分片状岩块不为出碴设备铲走落在洞底，掘进机前进时，前护盾将小石片碾成粉末，因此底部岩粉较厚，如地下水较丰富时，周边岩粉也会集中到底部，此时底部岩粉有时达20-30mm，底拱部豆砾石预压只有少量的豆砾石进入底拱空腔，由已建工程取芯样检查证明，底拱仅有被离析的水泥浆或岩粉混合物。2、不良地质、尤其是地下水影响a、TBM掘进遇到Ⅳ-Ⅴ类围岩侧、顶部塌方甚至顶部发生大的塌空区豆砾石预压困难，不仅水泥浆消耗量大且固结强度也很低。b、在地下水（＞5L/S）比较丰富时，水泥浆液离析严重，无规则的浆液串动，豆砾石空隙填充不饱满，取芯样似“蚂蜂窝”状，试压强度达不到设计强度的50%。c、预压空腔的豆砾石由于地下水渗入填充了豆砾石的骨架空隙，灌注浆液时不可能完全甚至不可能将豆砾石骨架空隙的积水排出而使水泥浆充盈空隙，因而使结石强度大大降低，严重时水泥豆砾石结石成“豆腐渣”状。d、地下水冲刷将围岩壁粘附的岩粉向底拱部位沉积，成糊状、岩粉结块、或与豆砾石固结，水泥浆液很难浸透到粉尘空隙，底拱部结石强度很低。豆砾石回填灌浆本身具有技术缺陷：1、底拱豆砾石预压困难、顶拱豆砾石预压不饱满是客观必然。2、灌浆过程伴有离析、沉积，水灰比在发生变化，浆液压送到灌浆面进入豆砾石空隙通道到灌浆结束要持续较长的时间，在这段时间始终会发生离析、沉积。3、灌浆过程随着浆液通道的延伸、范围的扩大，浆液通道阻尼也在不断提高，在灌注压力的作用下有泌水现象发生，水灰比发生实质性的改变。4、先、后各孔灌浆的扩散范围的结合面，有积水或憋气盲区，固结不密实。5、灌浆过程中浆液在豆砾石空隙中无序泳动，在灌浆口表盘读数反映压力已达到灌浆压力，只是克服豆砾石空隙的阻尼，停灌后浆液无压浸渗。6、双液浆灌浆过程受水的冲刷，不仅水泥浆配合比遭破坏、水玻璃浓度进一步稀释，速凝效果差。即使有速凝发生也是在灌浆孔口周围，不仅灌注不饱满且破坏了灌浆通道。灌浆的理想状态是连续性、单位时间内争取最大灌注量，而速凝剂的添加是豆砾石回填灌浆回填方法雪上加霜。承包商意大利CMC公司昆明掌鸠河引水隧洞、承包商山西水工局新疆八十一大坂引水隧洞、承包商中隧公司陕西“引红济石”引水隧洞、承包商中隧公司青海“引大济湟”引水隧洞等项目，豆砾石回填灌浆效果均不尽人意。取芯样密而不坚，有芯样豆腐渣、隧洞水帘洞现象，项目到竣工验收回填灌浆质量达不到设计标准，为了保障隧洞安全运行，进一步扩大范围加强固结灌浆后才通过验收。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种TBM法隧道或隧洞施工的回填方法及其设备，克服豆砾石回填灌浆回填方法的技术不足。本专利技术所采用的技术方案为：TBM法隧道或隧洞施工的回填方法，其特征在于：由以下步骤实现：TBM预制衬砌结构管片外壁与围岩壁之间的空腔全洞段360°范围回填，其中：底拱部砂浆回填，两侧拱部豆砾石灌浆回填，顶拱部混合砂浆回填；或底拱部砂浆回填，两侧拱部细石混凝土回填，顶拱部混合砂浆回填。所述底拱部砂浆回填中的砂浆基本配合比为：所述顶拱部混合砂浆回填中的混合砂浆基本配合比为：所述两侧拱部细石混凝土回填的细石混凝土基本配合比为：。所述底拱部砂浆回填、两侧拱部豆砾石灌浆回填、顶拱部混合砂浆回填的具体施工步骤为：第一步：TBM隧道开挖、预制管片衬砌同步进行，当一个工作循环衬砌完成，底拱部砂浆回填：在预制管片衬砌结构的底拱部灌浆孔安装好注浆头总成，连接管道启动ST15-8-22型混凝土输送泵进行定量灌注，灌注速凝砂浆，依次交叉对称推进；第二步：两侧拱部豆砾石灌浆回填：当一个工作循环衬砌完成，及时回填豆砾石，滞后在后配套前部亦采用ST15-8-22型混凝土输送泵灌注水泥浆，先后分别在预制管片衬砌结构的两侧拱部灌浆孔安装好注浆头总成，连接管道启动ST15-8-22型混凝土输送泵进行灌注，调整泵的工作频率改变排量，两侧拱对称灌注向前推进；第三步：在后配套前部完成底、侧拱回填后，在后配套后部混合砂浆回填，从顶拱部预留孔灌注混合砂浆：在预制管片衬砌完成后的第20-30环开始灌注，在预制管片衬砌结构的顶拱中心部灌浆孔安装好注浆头总成，连接管道启动ST15-8-22型混凝土输送泵进行灌注，起始环的建立需要灌注大量的混合砂浆，当ST15-8-22型混凝土输送泵出口压力表读数有明显增高时，当灌注压力达到0.5Pma或下一注浆头总成有浑浊浆液流出停止该灌浆孔的灌注，间歇性闭浆5min后闭浆阀总成关闭，完成顶拱混合砂浆回填，即完成一个循环的回填；间隔六环换灌浆孔进行下一个循环的灌注，依次向前推进，每个灌浆孔位连续灌注。在地质结构围本文档来自技高网...

【技术保护点】
TBM法隧道或隧洞施工的回填方法，其特征在于：由以下步骤实现：TBM预制衬砌结构管片外壁与围岩壁之间的空腔全洞段360°范围回填，其中：底拱部砂浆回填，两侧拱部豆砾石灌浆回填，顶拱部混合砂浆回填；或底拱部砂浆回填，两侧拱部细石混凝土回填，顶拱部混合砂浆回填。

【技术特征摘要】
1.TBM法隧道或隧洞施工的回填方法，其特征在于：
由以下步骤实现：
TBM预制衬砌结构管片外壁与围岩壁之间的空腔全洞段360°范围回填，其中：
底拱部砂浆回填，两侧拱部豆砾石灌浆回填，顶拱部混合砂浆回填；
或底拱部砂浆回填，两侧拱部细石混凝土回填，顶拱部混合砂浆回填。
2.根据权利要求1所述的TBM法隧道或隧洞施工的回填方法，其特征在于：
所述底拱部砂浆回填中的砂浆基本配合比为：
所述顶拱部混合砂浆回填中的混合砂浆基本配合比为：
所述两侧拱部细石混凝土回填的细石混凝土基本配合比为：
。
3.根据权利要求1所述的TBM法隧道或隧洞施工的回填方法，其特征在于：
所述底拱部砂浆回填、两侧拱部豆砾石灌浆回填、顶拱部混合砂浆回填的具体施工步
骤为：
第一步：TBM隧道开挖、预制管片衬砌同步进行，当一个工作循环衬砌完成，底拱部砂浆
回填：
在预制管片衬砌结构的底拱部灌浆孔安装好注浆头总成，连接管道启动ST15-8-22型
混凝土输送泵进行定量灌注，灌注速凝砂浆，依次交叉对称推进；
第二步：两侧拱部豆砾石灌浆回填：当一个工作循环衬砌完成，及时回填豆砾石，滞后
在后配套前部亦采用ST15-8-22型混凝土输送泵灌注水泥浆，先后分别在预制管片衬砌结
构的两侧拱部灌浆孔安装好注浆头总成，连接管道启动ST15-8-22型混凝土输送泵进行灌
注，调整泵的工作频率改变排量，两侧拱对称灌注向前推进；
第三步：在后配套前部完成底、侧拱回填后，在后配套后部混合砂浆回填，从顶拱部预
留孔灌注混合砂浆：
在预制管片衬砌完成后的第20-30环开始灌注，在预制管片衬砌结构的顶拱中心部灌
浆孔安装好注浆头总成，连接管道启动ST15-8-22型混凝土输送泵进行灌注，起始环的建立
需要灌注大量的混合砂浆，当ST15-8-22型混凝土输送泵出口压力表读数有明显增高时，当
灌注压力达到0.5Pma或下一注浆头总成有浑浊浆液流出停止该灌浆孔的灌注，间歇性闭浆
5min后闭浆阀总成关闭，完成顶拱混合砂浆回填，即完成一个循环的回填；
间隔六环换灌浆孔进行下一个循环的灌注，依次向前推进，每个灌浆孔位连续灌注。
4.根据权利要求3所述的TBM法隧道或隧洞施工的回填方法，其特征在于：
在地质结构围岩比较稳定、非富水的情况下，扩大两侧拱部豆砾石灌浆回填范围；
在不良地质情况下，扩大底、顶拱部砂浆回填范围。
5.根据权利要求1所述的TBM法隧道或隧洞施工的回填方法，其特征在于：
底拱部砂浆回填，两侧拱部细石混凝土回填，顶拱部混合砂浆回填的具体施工步骤为：
第一步：TBM隧道开挖、预制管片衬砌同步进行，当预制衬砌管片衬砌到第6环时,在第1
环底拱灌浆孔安装好注浆头总成，连接管道、打开闭浆阀，启动ST15-8-22型混凝土输送泵
进行底拱砂浆灌注，同时启动J-D系列计量泵通过压力混合器添加速凝剂，砂浆串至第6环
止浆刷时停止灌注，交替对称完成...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文涛，曹刚，
申请(专利权)人：刘文涛，
类型：发明
国别省市：陕西;61