一种TBM用豆砾石吹填施工工艺制造技术

一种豆砾石吹填施工工艺应用于隧道施工中。管片与围岩壁四周之间形成空腔间隙，这部份空间与洞内预制管片的吊装孔相通，为了稳定混凝土预制构件，将粒径为5～10mm的豆砾石用高压风从吊装孔喷入，填充管片与围岩间的空间，然后进行灌浆，凝结豆砾石，使管片得到稳定，同时传递山岩压力或内水压力，使管片、凝结的豆砾石和围岩形成密实整体，这就是豆砾石吹填工艺。本发明专利技术相对盾构施工优势明显，操作简单，可以达到承载围岩压力的强度，在管片拼装完成后，进行管片全环豆砾石均匀回填，降低成型管片错台，取得了预期效果。

【技术实现步骤摘要】

随着全断面隧道掘进机(TBM)掘进速度和管片衬砌功效的提高，被广泛应用于隧道施工中，掘进、预制管片衬砌、豆砾石吹填及注浆是施工中的主要控制环节，预制管片的结构尺寸、预制管片的混凝土强度、豆砾石回填及注浆的质量是保证衬砌质量的根本。
技术介绍
重庆轨道交通环线区间隧道采用单护盾TBM+钻爆法进行施工，隧道横断面型式为圆型，开挖直径6880mm，衬砌厚度350mm，管片内径5900mm、外径6600mm。管片形式由3片标准块+2片连接块+1片封顶块组成。隧道管片衬砌设计承载能力的前提条件是衬砌与围岩密贴，具有止堵水能力，共同承受内外部荷载，所以隧道管片衬砌背后与围岩之间的空腔需进行豆砾石回填均匀密实。围岩主要以砂岩、砂质泥岩为主，抗压强度约在25MPa左右，局部地段强度略高，总体自稳性较好，地下水为松散堆积层孔隙水、基岩裂隙风化水，基于该地层条件下本工程研究制定出了一套完整的豆砾石吹填施工工艺，解决了因管片背后豆砾石吹填不饱满引起的一系列质量问题，本工艺基于对豆砾石吹填不饱满带来的管片渗漏水和错台的原因进行了分析，归结为只要提高管片背后豆砾石吹填注浆的质量，这些问题就可以迎刃而解。如果空腔不及时得到填充，势必造成管片下沉形成错台、地层变形，使相邻地表建(构)筑物沉降或隧道本身偏移。填充空腔、防止因空腔的存在导致管片产生错台，是吹填豆砾石的最重要目的之一。因此，豆砾石吹填是TBM工法中必不可少的关键性辅助工法，合理的施工工艺选择是TBM掘进施工安全顺利的保证。
技术实现思路
一种TBM用豆砾石吹填施工工艺，其特征在于，一旦安装的管片脱出尾盾后，就立即实施吹填，豆砾石通过豆砾石机器进入管道到喷嘴从混凝土管片的预留孔灌入管片与围岩的间隙中，具体步骤如下：(1)拼装管片完成后，将预吹填环管片豆砾石吹填预留孔打开，进行计算该环吹填量。(2)待管片脱离盾尾后，立即将吹填豆砾石喷嘴安装在管片中轴水平线以下位置预留孔上并接好豆砾石管。(3)接好豆砾石管后，开启气阀，将吹填豆砾石气压控制在0.2～0.3MPa，将豆砾石均匀输送到豆砾石喷射机接料口，启动豆砾石喷射机。(4)待管片中轴水平线位置以下预留孔饱满后，将喷嘴接至管片中轴水平线位置预留孔吹填；(5)待管片中轴水平线位置吹填饱满后，将喷嘴接至顶部位置预留孔吹填，待整环吹填结束后，检查该吹填环相邻二至五环顶部吹填情况，对顶部未吹填饱满环立即将直径为75mm喷嘴接至该环顶部预留孔继续吹填以致所有顶部饱满位为止。待豆砾石吹填饱满后，然后进行灌浆，凝结豆砾石。即补吹结束后进行灌浆，凝结豆砾石。管片在掘进机(TBM)的盾尾内安装好后，掘进机的辅助推力油缸就顶紧管片，随着一个行程掘进完后，在主推力油缸和辅助推力油缸的共同作用下，盾体前移，管片渐渐离开盾尾后，豆砾石通过豆砾石机器进入管道到喷嘴从混凝土管片的预留孔灌入管片与围岩的间隙中。一旦安装的管片脱出尾盾后，就立即实施吹填，为了确保吹填质量，吹填次序为先底部孔，再腰部孔，最后顶部孔吹回填(见附图)，为管片提供一个合适的支撑力，防止管片沉陷。为防止豆砾石进入衬砌管片与尾盾的间隙，在掘进机(TBM)尾盾外装配了一个封闭垫片。对管片背后全环吹填豆砾石时，不会造成豆砾石窜入尾盾，因此需边掘进边吹填豆砾石。管片全环吹填豆砾石再注浆后产生的浮力小于管片自重，不会产生管片上浮现象，成洞后管片平顺，错台小，极大提高了成洞质量，减少了掘进循环时间。掘进机(TBM)施工引起的地层损失和TBM隧洞周围受扰动或受剪切破坏的破碎岩再次固结以及地下水的渗透，都会导致围岩的应力重分布。同时为了防止隧洞围岩的变形，使管片与被开挖围岩形成整体的承载环，减少管片在自重及内部荷载下的变形以及管片间的错动失稳，需要给开挖过的隧洞和管片外径之间的环形空隙及时进行豆砾石吹填。吹填时需提前将预留孔开孔，并检查岩石内壁地质情况，避免吹填时鼓风形成内压造成吹填不饱满以及堵管现象。将豆砾石罐与豆砾石喷射机上料系统联接，吹填前打开放料阀使豆砾石掉入皮带机的上料口，启动皮带机将豆砾石输送到豆砾石喷射机上方料斗，控制豆砾石吹填压力值0.2～0.3MPa,打开气阀，静听输送管道内壁声音，确保畅通后，打开料斗下方的放料阀门，将豆砾石均匀输送到豆砾石喷射机接料口，在放料的同时启动豆砾石喷射机，这时豆砾石有序的分配到豆砾石喷射机内各料腔，通过压缩空气豆砾石经管道压送到喷头至管片外侧与围岩之间的空隙中。每环大约需吹填4.5m3左右，按照顺序吹填豆砾石结束后立即检查该吹填环后二至五环的吹填情况，及时补吹该吹填环后二至五环顶部位置。顶部豆砾石吹填不饱满是比较复杂工艺技术问题，其受预留孔静态位置、风压风量风向、豆砾石含量等多种因素影响，顶部隔环补吹是工艺的关键步骤，由于豆砾石自重作用，顶部一定范围内难以被填充，从而需要二次补吹减少空洞，由于前环已经吹填过，再次顶部吹填时，由于内部已经形成一定的封闭压，使豆砾石可以稳固在顶部位置，被前环豆砾石自重形成的斜支撑力支撑。工艺坚持“脱离尾盾一环就必须回填一环”的原则，吹填结束立即自检并隔环补吹顶部的方法使得管片与围岩形成的空腔均匀密实的充满豆砾石。本次采用的豆砾石吹填工艺，相对TBM施工优势明显，操作简单，可以达到承载围岩压力的强度，在管片拼装完成后，进行管片全环豆砾石均匀回填，降低成型管片错台，取得了预期效果。管片与围岩壁四周之间形成约140mm空腔间隙，这部份空间与洞内预制管片的吊装孔相通，为了稳定混凝土预制构件，将粒径为5～10mm的豆砾石用高压风从吊装孔喷入，填充管片与围岩间的空间，然后进行灌浆，凝结豆砾石，使管片得到稳定，同时传递山岩压力或内水压力，使管片、凝结的豆砾石和围岩形成密实整体，这就是豆砾石吹填工艺。附图说明图1是豆砾石吹填点位示意图，其中3点9点各位置都有标注。图下方的数字表示对应几点钟的方向。具体实施方式本具体实施方式采用技术方案：它的工艺流程：(1)拼装管片完成后，将预吹填环管片豆砾石吹填预留孔打开，并检查围岩内壁地质情况，进行计算该环吹填量。(2)随着掘进，待管片脱离盾尾后，立即将吹填豆砾石75mm喷嘴安装底部(3、9点以下位置)预留孔上并接好豆砾石管。(3)接好管道后，联接豆砾石罐与豆砾石喷射机上料系统，打开放料阀使豆砾石掉入皮带机的上料口后，开启气阀，将吹填豆砾石气压控制在0.2～0.3MPa，静听输送管道内壁声音，确保畅通后，打开料斗下方的放料阀门，将豆砾石均匀输送到豆砾石喷射机接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TBM用豆砾石吹填施工工艺，其特征在于，一旦安装的管片脱出尾盾后，就立即实施吹填，豆砾石通过豆砾石机器进入管道到喷嘴从混凝土管片的预留孔灌入管片与围岩的间隙中，具体步骤如下：(1)拼装管片完成后，将预吹填环管片豆砾石吹填预留孔打开，进行计算该环吹填量；(2)待管片脱离盾尾后，立即将吹填豆砾石喷嘴安装在管片中轴水平线以下位置预留孔上并接好豆砾石管；(3)接好豆砾石管后，开启气阀，将吹填豆砾石气压控制在0.2～0.3MPa，将豆砾石均匀输送到豆砾石喷射机接料口，启动豆砾石喷射机；(4)待管片中轴水平线位置以下预留孔饱满后，将喷嘴接至管片中轴水平线位置预留孔吹填；(5)待管片中轴水平线位置吹填饱满后，将喷嘴接至顶部位置预留孔吹填，待整环吹填结束后，检查该吹填环相邻二至五环顶部吹填情况，对顶部未吹填饱满环立即将直径为75mm喷嘴接至该环顶部预留孔继续吹填以致所有顶部饱满位为止；待豆砾石吹填饱满后，然后进行灌浆，凝结豆砾石。

【技术特征摘要】
1.一种TBM用豆砾石吹填施工工艺，其特征在于，一旦安装的管片脱出尾盾后，
就立即实施吹填，豆砾石通过豆砾石机器进入管道到喷嘴从混凝土管片的预留孔灌入
管片与围岩的间隙中，具体步骤如下：
(1)拼装管片完成后，将预吹填环管片豆砾石吹填预留孔打开，进行计算该环
吹填量；
(2)待管片脱离盾尾后，立即将吹填豆砾石喷嘴安装在管片中轴水平线以下位
置预留孔上并接好豆砾石管；
(3)接好豆砾石管后，开启气阀，将吹填豆砾石气压控制在0.2～0...

【专利技术属性】
技术研发人员：张波，孙鹤明，冯胜武，范蔚山，张志伟，吴伟，汪强宗，
申请(专利权)人：中交一公局第三工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11