一種護盾式tbm空推拼裝管片隧洞施工方法

技術(shù)領(lǐng)域

1.本發(fā)明涉及隧道施工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于有壓輸水隧洞中的護盾式tbm空推拼裝管片隧洞施工方法。

背景技術(shù)：

2.巖石隧道掘進機(tunnel boring machine)簡稱tbm，是利用巖石隧道掘進機在巖石地層中暗挖隧道的一種施工方法，其通常是利用回轉(zhuǎn)刀盤又借助推進裝置的作用力從而使刀盤上的滾刀切割(或破碎)巖面，以達到破巖開挖隧道(洞)的目的；類型分為敞開式、單護盾式、雙護盾式等，其中單護盾式、雙護盾式tbm在掘進過程中一般均會同步拼裝預(yù)制管片。

3.在護盾式tbm隧洞的接收端會施工大于刀盤及混凝土二次襯砌尺寸的鉆爆法導(dǎo)洞，以便tbm滑行出洞接收，其傳統(tǒng)做法有兩種：其一，在接收端施工小斷面的鉆爆法導(dǎo)洞，僅對圍巖進行初期支護，待tbm空推步進至洞口并拆解接收后，再澆筑混凝土二次襯砌。雖然該方法也可以做到使鉆爆法導(dǎo)洞段與tbm掘進段的襯砌內(nèi)徑達到統(tǒng)一(即整體施工完成后洞徑統(tǒng)一)，但此方法需安裝、拆卸模板臺車、綁扎鋼筋、澆筑混凝土二次襯砌等，工序繁多，工期延長，失去了鉆爆法導(dǎo)洞對主洞進度的減壓作用，并且，襯砌混凝土澆筑方量增多，加大了工程投資。其二，在接收端施工較大斷面的鉆爆法導(dǎo)洞，并提前澆筑混凝土二次襯砌。按規(guī)范要求，襯砌厚度不小于0.3m，刀盤與襯砌間需預(yù)留間隙約0.15m，刀盤直徑用d

刀盤

表示，則鉆爆法導(dǎo)洞初期支護后的洞徑d≥d

刀盤

+2

×

0.3m+2

×

0.15m，而刀盤直徑原本就大于tbm掘進段管片襯砌的內(nèi)徑(本發(fā)明實施例中，tbm刀盤直徑為5.06m，管片襯砌的內(nèi)徑為4.3m，兩者相差0.76m)，因此，此種方法開挖方量大，并且整體施工完成后，tbm掘進段與鉆爆法導(dǎo)洞段的洞徑不統(tǒng)一，斷面變化較大(如：澆筑混凝土二次襯砌后鉆爆法導(dǎo)洞段的洞徑大約為5.36m，與管片襯砌的內(nèi)徑4.3m相差1.06m)，對于有壓輸水隧洞來說，既增加了局部水頭損失，也不利于水流流態(tài)的平順銜接。

4.因此，研發(fā)一種既能滿足護盾式tbm的接收，又能統(tǒng)一洞徑、減少水頭損失，且兼具方便施工、節(jié)省工期及優(yōu)化投資的施工方法具有重大意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

5.針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷和不足，本發(fā)明提出一種護盾式tbm空推拼裝管片隧洞施工方法，以解決有壓輸水隧洞護盾式tbm掘進段與接收端鉆爆法導(dǎo)洞段洞徑不統(tǒng)一、增加水頭損失的問題，同時，方便施工、節(jié)省工期及優(yōu)化投資。

6.本發(fā)明上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

7.一種護盾式tbm空推拼裝管片隧洞施工方法，包括以下步驟：

8.s1：在護盾式tbm的接收端采用新奧法施工鉆爆法小導(dǎo)洞，對圍巖進行初期支護，該鉆爆法小導(dǎo)洞初期支護后的洞徑d略大于護盾式tbm的刀盤直徑d

刀

盤；

9.s2：在鉆爆法小導(dǎo)洞的底部澆筑用于定位、支撐護盾式tbm底管片的混凝土導(dǎo)臺；

10.s3：護盾式tbm由掘進段進入鉆爆法小導(dǎo)洞段，并以空推步進的方式通過鉆爆法小導(dǎo)洞、且空推步進時同步拼裝預(yù)制管片，直至出洞接收；

11.s4：步驟s3中，每同步拼裝完一環(huán)預(yù)制管片，即對預(yù)制管片與圍巖之間的空隙進行豆礫石回填灌漿處理。

12.優(yōu)選的，所述d＝d

刀盤

+2

×

0.15m

±2×

0.01m。

13.優(yōu)選的，所述步驟s1中的初期支護為：

14.針對

ⅴ

類圍巖，可采用鋼拱架、拱架鎖腳和管棚，或超前小導(dǎo)管和系統(tǒng)錨桿的組合支護措施；

15.針對ⅳ類圍巖，可采用系統(tǒng)錨桿和噴砼掛網(wǎng)的組合支護措施；

16.針對ⅲ類圍巖，可采用系統(tǒng)錨桿和噴砼的組合支護措施；

17.針對ⅱ類圍巖，可采用噴砼支護措施。

18.優(yōu)選的，所述鉆爆法小導(dǎo)洞的斷面呈城門洞形或馬蹄形，位于ⅱ、ⅲ類圍巖段，其中，ⅱ類圍巖段采用噴砼進行初期支護，ⅲ類圍巖段采用噴砼和系統(tǒng)錨桿的組合支護措施進行初期支護。

19.優(yōu)選的，所述步驟s2中的混凝土導(dǎo)臺為鉆爆法小導(dǎo)洞的路面整平墊層，厚度20～30cm，且表面設(shè)有與護盾式tbm底管片相匹配的弧形凹位。

20.優(yōu)選的，所述步驟s3中，在護盾式tbm空推步進通過鉆爆法小導(dǎo)洞段時，其配套的管片安裝器將預(yù)制管片沿鉆爆法小導(dǎo)洞徑向按先底管片、再頂管片、最后側(cè)管片的順序進行同步安裝，相鄰預(yù)制管片之間采用定位銷或螺栓連接。

21.優(yōu)選的，所述步驟s4中的豆礫石回填灌漿通過預(yù)留的管片工作孔，先吹填粒徑5～10mm的豆礫石至底部空隙及兩側(cè)空隙、再填充頂部空隙，然后回灌水泥漿固結(jié)豆礫石，水泥漿水灰比、灌漿壓力根據(jù)地質(zhì)條件、工程要求和施工條件確定，灌漿完成后，管片工作孔采用摻有硫鋁酸鹽微膨脹水泥的c30細石混凝土封堵填平。

22.進一步的，當鉆爆法小導(dǎo)洞位于較為破碎或裂隙較為發(fā)育的圍巖段，還包括步驟s5：在豆礫石回填灌漿完成后，輔以固結(jié)灌漿處理。

23.優(yōu)選的，所述步驟s5中，固結(jié)灌漿采用普通硅酸鹽水泥，利用預(yù)留的固結(jié)灌漿孔進行灌漿，灌漿壓力根據(jù)地質(zhì)條件、工程要求和施工條件確定，灌漿完成后，固結(jié)灌漿孔采用摻有硫鋁酸鹽微膨脹水泥的c30細石混凝土封堵填平。

24.優(yōu)選的，所述固結(jié)灌漿孔的孔深5.0m，每排8孔，排距2.5m，梅花形布置。

25.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：

26.本發(fā)明通過在護盾式tbm的接收端施工鉆爆法小導(dǎo)洞，其開挖斷面尺寸由tbm尺寸決定，僅需保證其初期支護后的洞徑d略大于刀盤尺寸即可，縮小了導(dǎo)洞開挖洞徑，有助于減少投資；通過護盾式tbm空推步進同步拼裝預(yù)制管片、管片背側(cè)采用豆礫石回填灌漿填充，取代傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土二次襯砌，既能滿足護盾式tbm的接收，又使得tbm掘進段與接收端的鉆爆法導(dǎo)洞段洞徑統(tǒng)一、減少了水頭損失，有助于保證水流流態(tài)的平順，且無需再安裝模板臺車、澆筑混凝土二次襯砌，方便施工、節(jié)省工期；另外，鉆爆法小導(dǎo)洞開挖方量較常規(guī)導(dǎo)洞少，朝主洞對打，可進一步縮短工期和進一步減少投資，具有良好的應(yīng)用前景。

27.本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說明

28.圖1本發(fā)明的護盾式tbm空推拼裝管片隧洞施工縱剖面示意圖；

29.圖2為圖1所示隧洞施工的a-a剖面圖；

30.圖3為圖1所示隧洞施工的b-b剖面圖(ⅱ類圍巖段)；

31.圖4為圖1所示隧洞施工的c-c剖面圖(ⅲ類圍巖段、未示出固結(jié)灌漿孔)；

32.圖5為圖1所示隧洞施工的c-c剖面圖(ⅲ類圍巖段、未示出系統(tǒng)錨桿)；

33.圖中：預(yù)制管片1、豆礫石回填灌漿2、混凝土導(dǎo)臺3、弧形凹位31、噴砼4、系統(tǒng)錨桿5、固結(jié)灌漿孔6。

具體實施方式

34.附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；

35.為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；

36.對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的；

37.在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)置”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以是通過中間媒介間接連接，可以說兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明的具體含義。術(shù)語“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

38.下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明。

39.本發(fā)明的護盾式tbm空推拼裝管片隧洞施工方法，其包括以下步驟：

40.s1：在護盾式tbm的接收端采用新奧法施工鉆爆法小導(dǎo)洞，對圍巖進行初期支護，該鉆爆法小導(dǎo)洞初期支護后的洞徑d略大于護盾式tbm的刀盤直徑d

刀盤

；

41.s2：在鉆爆法小導(dǎo)洞的底部澆筑用于定位、支撐護盾式tbm底管片的混凝土導(dǎo)臺；

42.s3：護盾式tbm由掘進段進入鉆爆法小導(dǎo)洞段，并以空推步進的方式通過鉆爆法小導(dǎo)洞、且空推步進時同步拼裝預(yù)制管片，直至出洞接收；

43.s4：步驟s3中，每同步拼裝完一環(huán)預(yù)制管片，即對預(yù)制管片與圍巖之間的空隙進行豆礫石回填灌漿處理。

44.如圖1～5所示，隧洞掘進段采用護盾式tbm施工，接收端采用新奧法施工鉆爆法小導(dǎo)洞并對其圍巖進行初期支護，在護盾式tbm空推步進通過鉆爆法小導(dǎo)洞時，同步拼裝預(yù)制管片1作為永久襯砌，且襯砌與圍巖之間采用豆礫石回填灌漿2填充密實。如此，隧洞的tbm掘進段與鉆爆法小導(dǎo)洞段的洞徑實現(xiàn)統(tǒng)一，可有效滿足有壓輸水隧洞對圍巖表面平整度、圍巖防滲能力及防水流沖刷等性能的要求，無需現(xiàn)澆混凝土二次襯砌，即tbm接收與永久襯砌同步實施，有效縮短工期。需說明的是，tbm掘進施工為現(xiàn)有技術(shù)，此處不作贅述。

45.如圖1所示，鉆爆法小導(dǎo)洞初期支護后的洞徑d略大于刀盤尺寸，只需與刀盤之間

預(yù)留0.15m

±

0.01m的間隙即可，也就是說，鉆爆法小導(dǎo)洞初期支護后的洞徑d≈d

刀盤

+2

×

0.15m。如此，鉆爆法小導(dǎo)洞的開挖斷面尺寸由tbm尺寸決定，其開挖方量較常規(guī)導(dǎo)洞大幅減少，有助于縮短工期和減少投資。并且，該鉆爆法小導(dǎo)洞不僅可作為tbm接收導(dǎo)洞，還可以根據(jù)需要，朝著tbm掘進方向?qū)Υ?，實現(xiàn)對主洞工期減壓的輔助作用。本實施例中，d

刀盤

為5.06m，管片襯砌的內(nèi)徑為4.3m。

46.本發(fā)明中，根據(jù)鉆爆法小導(dǎo)洞所處圍巖類別，采取相應(yīng)的初期支護措施，具體而言，步驟s1中的初期支護為：針對

ⅴ

類圍巖，可采用鋼拱架、拱架鎖腳和管棚，或超前小導(dǎo)管和系統(tǒng)錨桿的組合支護措施；針對ⅳ類圍巖，可采用系統(tǒng)錨桿和噴砼掛網(wǎng)的組合支護措施；針對ⅲ類圍巖，可采用系統(tǒng)錨桿和噴砼的組合支護措施；針對ⅱ類圍巖，可采用噴砼支護措施。

47.本實施例中，鉆爆法小導(dǎo)洞的斷面呈馬蹄形，當然，也可以是城門洞形等。其位于ⅱ、ⅲ類圍巖段，如圖3，圖4所示，其中，ⅱ類圍巖段采用c25噴砼4、厚50mm進行初期支護，ⅲ類圍巖段采用c25噴砼4、厚50mm和φ20mm系統(tǒng)錨桿5的組合支護措施進行初期支護，且系統(tǒng)錨桿間距2.0m

×

2.0m，長度2.5m。

48.如圖3～圖5所示，步驟s2中的混凝土導(dǎo)臺3是通過現(xiàn)澆混凝土、整平鉆爆法小導(dǎo)洞底板形成的路面整平墊層，其厚度20～30cm，且表面設(shè)有與護盾式tbm底管片相匹配的弧形凹位31，以便于定位tbm底管片及后續(xù)空推步進。本實施例中，該混凝土導(dǎo)臺為c25砼導(dǎo)臺，厚20cm。

49.公知的，tbm預(yù)制管片由掘進機配套設(shè)備輸送、拼裝，本實施例步驟s3中，在單護盾tbm模式(根據(jù)需要也可以是雙護盾tbm模式)空推步進通過鉆爆法小導(dǎo)洞段時，其配套的管片安裝器將預(yù)制管片1沿鉆爆法小導(dǎo)洞徑向按先底管片、再頂管片、最后側(cè)管片的順序進行同步安裝，相鄰預(yù)制管片之間采用定位銷或螺栓連接。

50.所述步驟s4中的豆礫石回填灌漿2在每環(huán)預(yù)制管片拼裝完成后進行，通過預(yù)留的管片工作孔，先吹填粒徑5～10mm的豆礫石至底部空隙及兩側(cè)空隙、再填充頂部空隙，然后回灌水泥漿固結(jié)豆礫石，水泥漿水灰比、灌漿壓力等指標根據(jù)地質(zhì)條件、工程要求和施工條件現(xiàn)場試驗確定，灌漿完成后，管片工作孔采用摻有硫鋁酸鹽微膨脹水泥的c30細石混凝土封堵填平。

51.當鉆爆法小導(dǎo)洞位于較為破碎或裂隙較為發(fā)育的圍巖段，可增加步驟s5：在豆礫石回填灌漿完成后，輔以固結(jié)灌漿處理。本實施例中，鉆爆法小導(dǎo)洞在ⅲ類圍巖段設(shè)置了固結(jié)灌漿。具體地，固結(jié)灌漿采用普通硅酸鹽水泥，利用預(yù)留的固結(jié)灌漿孔6進行灌漿，固結(jié)灌漿孔的孔深5.0m，每排8孔，排距2.5m，梅花形布置(如圖5所示)，灌漿壓力根據(jù)地質(zhì)條件、工程要求和施工條件確定，灌漿完成后，固結(jié)灌漿孔采用摻有硫鋁酸鹽微膨脹水泥的c30細石混凝土封堵填平。

52.需說明的是，圖2-圖5中標示的“隧洞開挖軸線”、“管片襯砌軸線”、“管片中心線”均為行業(yè)公知常識。

53.以上所述，僅為本發(fā)明的較佳的具體實施例，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種護盾式tbm空推拼裝管片隧洞施工方法，其特征在于，包括以下步驟：s1：在護盾式tbm的接收端采用新奧法施工鉆爆法小導(dǎo)洞，對圍巖進行初期支護，該鉆爆法小導(dǎo)洞初期支護后的洞徑d略大于護盾式tbm的刀盤直徑d

刀

盤；s2：在鉆爆法小導(dǎo)洞的底部澆筑用于定位、支撐護盾式tbm底管片的混凝土導(dǎo)臺；s3：護盾式tbm由掘進段進入鉆爆法小導(dǎo)洞段，并以空推步進的方式通過鉆爆法小導(dǎo)洞、且空推步進時同步拼裝預(yù)制管片，直至出洞接收；s4：步驟s3中，每同步拼裝完一環(huán)預(yù)制管片，即對預(yù)制管片與圍巖之間的空隙進行豆礫石回填灌漿處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的護盾式tbm空推拼裝管片隧洞施工方法，其特征在于，所述d＝d

刀盤

+2

×

0.15m

±2×

0.01m。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的護盾式tbm空推拼裝管片隧洞施工方法，其特征在于，所述步驟s1中的初期支護為：針對

ⅴ

類圍巖，可采用鋼拱架、拱架鎖腳和管棚，或超前小導(dǎo)管和系統(tǒng)錨桿的組合支護措施；針對ⅳ類圍巖，可采用系統(tǒng)錨桿和噴砼掛網(wǎng)的組合支護措施；針對ⅲ類圍巖，可采用系統(tǒng)錨桿和噴砼的組合支護措施；針對ⅱ類圍巖，可采用噴砼支護措施。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的護盾式tbm空推拼裝管片隧洞施工方法，其特征在于，所述鉆爆法小導(dǎo)洞的斷面呈城門洞形或馬蹄形，位于ⅱ、ⅲ類圍巖段，其中，ⅱ類圍巖段采用噴砼進行初期支護，ⅲ類圍巖段采用噴砼和系統(tǒng)錨桿的組合支護措施進行初期支護。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的護盾式tbm空推拼裝管片隧洞施工方法，其特征在于，所述步驟s2中的混凝土導(dǎo)臺為鉆爆法小導(dǎo)洞的路面整平墊層，厚度20～30cm，且表面設(shè)有與護盾式tbm底管片相匹配的弧形凹位。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的護盾式tbm空推拼裝管片隧洞施工方法，其特征在于，所述步驟s3中，在護盾式tbm空推步進通過鉆爆法小導(dǎo)洞段時，其配套的管片安裝器將預(yù)制管片沿鉆爆法小導(dǎo)洞徑向按先底管片、再頂管片、最后側(cè)管片的順序進行同步安裝，相鄰預(yù)制管片之間采用定位銷或螺栓連接。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的護盾式tbm空推拼裝管片隧洞施工方法，其特征在于，所述步驟s4中的豆礫石回填灌漿通過預(yù)留的管片工作孔，先吹填粒徑5～10mm的豆礫石至底部空隙及兩側(cè)空隙、再填充頂部空隙，然后回灌水泥漿固結(jié)豆礫石，水泥漿水灰比、灌漿壓力根據(jù)地質(zhì)條件、工程要求和施工條件確定，灌漿完成后，管片工作孔采用摻有硫鋁酸鹽微膨脹水泥的c30細石混凝土封堵填平。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的護盾式tbm空推拼裝管片隧洞施工方法，其特征在于，當鉆爆法小導(dǎo)洞位于較為破碎或裂隙較為發(fā)育的圍巖段，還包括步驟s5：在豆礫石回填灌漿完成后，輔以固結(jié)灌漿處理。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的護盾式tbm空推拼裝管片隧洞施工方法，其特征在于，所述步驟s5中，固結(jié)灌漿采用普通硅酸鹽水泥，利用預(yù)留的固結(jié)灌漿孔進行灌漿，灌漿壓力根據(jù)地質(zhì)條件、工程要求和施工條件確定，灌漿完成后，固結(jié)灌漿孔采用摻有硫鋁酸鹽微膨脹水泥的c30細石混凝土封堵填平。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的護盾式tbm空推拼裝管片隧洞施工方法，其特征在于，所述固結(jié)灌漿孔的孔深5.0m，每排8孔，排距2.5m，梅花形布置。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明涉及隧道施工技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種護盾式TBM空推拼裝管片隧洞施工方法，包括以下步驟：S1在護盾式TBM的接收端采用新奧法施工鉆爆法小導(dǎo)洞，對圍巖進行初期支護，該鉆爆法小導(dǎo)洞初期支護后的洞徑D略大于護盾式TBM的刀盤直徑D

技術(shù)研發(fā)人員：劉啟波 方騰衛(wèi) 何平 崔恒富

受保護的技術(shù)使用者：廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.12.06

技術(shù)公布日：2022/3/8