一种护盾式TBM空推拼装管片隧洞施工方法与流程

一种护盾式tbm空推拼装管片隧洞施工方法
技术领域
1.本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种用于有压输水隧洞中的护盾式tbm空推拼装管片隧洞施工方法。


背景技术：

2.岩石隧道掘进机(tunnel boring machine)简称tbm，是利用岩石隧道掘进机在岩石地层中暗挖隧道的一种施工方法，其通常是利用回转刀盘又借助推进装置的作用力从而使刀盘上的滚刀切割(或破碎)岩面，以达到破岩开挖隧道(洞)的目的；类型分为敞开式、单护盾式、双护盾式等，其中单护盾式、双护盾式tbm在掘进过程中一般均会同步拼装预制管片。
3.在护盾式tbm隧洞的接收端会施工大于刀盘及混凝土二次衬砌尺寸的钻爆法导洞，以便tbm滑行出洞接收，其传统做法有两种：其一，在接收端施工小断面的钻爆法导洞，仅对围岩进行初期支护，待tbm空推步进至洞口并拆解接收后，再浇筑混凝土二次衬砌。虽然该方法也可以做到使钻爆法导洞段与tbm掘进段的衬砌内径达到统一(即整体施工完成后洞径统一)，但此方法需安装、拆卸模板台车、绑扎钢筋、浇筑混凝土二次衬砌等，工序繁多，工期延长，失去了钻爆法导洞对主洞进度的减压作用，并且，衬砌混凝土浇筑方量增多，加大了工程投资。其二，在接收端施工较大断面的钻爆法导洞，并提前浇筑混凝土二次衬砌。按规范要求，衬砌厚度不小于0.3m，刀盘与衬砌间需预留间隙约0.15m，刀盘直径用d
刀盘
表示，则钻爆法导洞初期支护后的洞径d≥d
刀盘
+2
×
0.3m+2
×
0.15m，而刀盘直径原本就大于tbm掘进段管片衬砌的内径(本发明实施例中，tbm刀盘直径为5.06m，管片衬砌的内径为4.3m，两者相差0.76m)，因此，此种方法开挖方量大，并且整体施工完成后，tbm掘进段与钻爆法导洞段的洞径不统一，断面变化较大(如：浇筑混凝土二次衬砌后钻爆法导洞段的洞径大约为5.36m，与管片衬砌的内径4.3m相差1.06m)，对于有压输水隧洞来说，既增加了局部水头损失，也不利于水流流态的平顺衔接。
4.因此，研发一种既能满足护盾式tbm的接收，又能统一洞径、减少水头损失，且兼具方便施工、节省工期及优化投资的施工方法具有重大意义。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提出一种护盾式tbm空推拼装管片隧洞施工方法，以解决有压输水隧洞护盾式tbm掘进段与接收端钻爆法导洞段洞径不统一、增加水头损失的问题，同时，方便施工、节省工期及优化投资。
6.本发明上述目的通过以下技术方案实现：
7.一种护盾式tbm空推拼装管片隧洞施工方法，包括以下步骤：
8.s1：在护盾式tbm的接收端采用新奥法施工钻爆法小导洞，对围岩进行初期支护，该钻爆法小导洞初期支护后的洞径d略大于护盾式tbm的刀盘直径d
刀
盘；
9.s2：在钻爆法小导洞的底部浇筑用于定位、支撑护盾式tbm底管片的混凝土导台；
10.s3：护盾式tbm由掘进段进入钻爆法小导洞段，并以空推步进的方式通过钻爆法小导洞、且空推步进时同步拼装预制管片，直至出洞接收；
11.s4：步骤s3中，每同步拼装完一环预制管片，即对预制管片与围岩之间的空隙进行豆砾石回填灌浆处理。
12.优选的，所述d＝d
刀盘
+2
×
0.15m
±2×
0.01m。
13.优选的，所述步骤s1中的初期支护为：
14.针对
ⅴ
类围岩，可采用钢拱架、拱架锁脚和管棚，或超前小导管和系统锚杆的组合支护措施；
15.针对ⅳ类围岩，可采用系统锚杆和喷砼挂网的组合支护措施；
16.针对ⅲ类围岩，可采用系统锚杆和喷砼的组合支护措施；
17.针对ⅱ类围岩，可采用喷砼支护措施。
18.优选的，所述钻爆法小导洞的断面呈城门洞形或马蹄形，位于ⅱ、ⅲ类围岩段，其中，ⅱ类围岩段采用喷砼进行初期支护，ⅲ类围岩段采用喷砼和系统锚杆的组合支护措施进行初期支护。
19.优选的，所述步骤s2中的混凝土导台为钻爆法小导洞的路面整平垫层，厚度20～30cm，且表面设有与护盾式tbm底管片相匹配的弧形凹位。
20.优选的，所述步骤s3中，在护盾式tbm空推步进通过钻爆法小导洞段时，其配套的管片安装器将预制管片沿钻爆法小导洞径向按先底管片、再顶管片、最后侧管片的顺序进行同步安装，相邻预制管片之间采用定位销或螺栓连接。
21.优选的，所述步骤s4中的豆砾石回填灌浆通过预留的管片工作孔，先吹填粒径5～10mm的豆砾石至底部空隙及两侧空隙、再填充顶部空隙，然后回灌水泥浆固结豆砾石，水泥浆水灰比、灌浆压力根据地质条件、工程要求和施工条件确定，灌浆完成后，管片工作孔采用掺有硫铝酸盐微膨胀水泥的c30细石混凝土封堵填平。
22.进一步的，当钻爆法小导洞位于较为破碎或裂隙较为发育的围岩段，还包括步骤s5：在豆砾石回填灌浆完成后，辅以固结灌浆处理。
23.优选的，所述步骤s5中，固结灌浆采用普通硅酸盐水泥，利用预留的固结灌浆孔进行灌浆，灌浆压力根据地质条件、工程要求和施工条件确定，灌浆完成后，固结灌浆孔采用掺有硫铝酸盐微膨胀水泥的c30细石混凝土封堵填平。
24.优选的，所述固结灌浆孔的孔深5.0m，每排8孔，排距2.5m，梅花形布置。
25.与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
26.本发明通过在护盾式tbm的接收端施工钻爆法小导洞，其开挖断面尺寸由tbm尺寸决定，仅需保证其初期支护后的洞径d略大于刀盘尺寸即可，缩小了导洞开挖洞径，有助于减少投资；通过护盾式tbm空推步进同步拼装预制管片、管片背侧采用豆砾石回填灌浆填充，取代传统的现浇混凝土二次衬砌，既能满足护盾式tbm的接收，又使得tbm掘进段与接收端的钻爆法导洞段洞径统一、减少了水头损失，有助于保证水流流态的平顺，且无需再安装模板台车、浇筑混凝土二次衬砌，方便施工、节省工期；另外，钻爆法小导洞开挖方量较常规导洞少，朝主洞对打，可进一步缩短工期和进一步减少投资，具有良好的应用前景。
27.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
28.图1本发明的护盾式tbm空推拼装管片隧洞施工纵剖面示意图；
29.图2为图1所示隧洞施工的a-a剖面图；
30.图3为图1所示隧洞施工的b-b剖面图(ⅱ类围岩段)；
31.图4为图1所示隧洞施工的c-c剖面图(ⅲ类围岩段、未示出固结灌浆孔)；
32.图5为图1所示隧洞施工的c-c剖面图(ⅲ类围岩段、未示出系统锚杆)；
33.图中：预制管片1、豆砾石回填灌浆2、混凝土导台3、弧形凹位31、喷砼4、系统锚杆5、固结灌浆孔6。
具体实施方式
34.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
35.为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
36.对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；
37.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
38.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
39.本发明的护盾式tbm空推拼装管片隧洞施工方法，其包括以下步骤：
40.s1：在护盾式tbm的接收端采用新奥法施工钻爆法小导洞，对围岩进行初期支护，该钻爆法小导洞初期支护后的洞径d略大于护盾式tbm的刀盘直径d
刀盘
；
41.s2：在钻爆法小导洞的底部浇筑用于定位、支撑护盾式tbm底管片的混凝土导台；
42.s3：护盾式tbm由掘进段进入钻爆法小导洞段，并以空推步进的方式通过钻爆法小导洞、且空推步进时同步拼装预制管片，直至出洞接收；
43.s4：步骤s3中，每同步拼装完一环预制管片，即对预制管片与围岩之间的空隙进行豆砾石回填灌浆处理。
44.如图1～5所示，隧洞掘进段采用护盾式tbm施工，接收端采用新奥法施工钻爆法小导洞并对其围岩进行初期支护，在护盾式tbm空推步进通过钻爆法小导洞时，同步拼装预制管片1作为永久衬砌，且衬砌与围岩之间采用豆砾石回填灌浆2填充密实。如此，隧洞的tbm掘进段与钻爆法小导洞段的洞径实现统一，可有效满足有压输水隧洞对围岩表面平整度、围岩防渗能力及防水流冲刷等性能的要求，无需现浇混凝土二次衬砌，即tbm接收与永久衬砌同步实施，有效缩短工期。需说明的是，tbm掘进施工为现有技术，此处不作赘述。
45.如图1所示，钻爆法小导洞初期支护后的洞径d略大于刀盘尺寸，只需与刀盘之间
预留0.15m
±
0.01m的间隙即可，也就是说，钻爆法小导洞初期支护后的洞径d≈d
刀盘
+2
×
0.15m。如此，钻爆法小导洞的开挖断面尺寸由tbm尺寸决定，其开挖方量较常规导洞大幅减少，有助于缩短工期和减少投资。并且，该钻爆法小导洞不仅可作为tbm接收导洞，还可以根据需要，朝着tbm掘进方向对打，实现对主洞工期减压的辅助作用。本实施例中，d
刀盘
为5.06m，管片衬砌的内径为4.3m。
46.本发明中，根据钻爆法小导洞所处围岩类别，采取相应的初期支护措施，具体而言，步骤s1中的初期支护为：针对
ⅴ
类围岩，可采用钢拱架、拱架锁脚和管棚，或超前小导管和系统锚杆的组合支护措施；针对ⅳ类围岩，可采用系统锚杆和喷砼挂网的组合支护措施；针对ⅲ类围岩，可采用系统锚杆和喷砼的组合支护措施；针对ⅱ类围岩，可采用喷砼支护措施。
47.本实施例中，钻爆法小导洞的断面呈马蹄形，当然，也可以是城门洞形等。其位于ⅱ、ⅲ类围岩段，如图3，图4所示，其中，ⅱ类围岩段采用c25喷砼4、厚50mm进行初期支护，ⅲ类围岩段采用c25喷砼4、厚50mm和φ20mm系统锚杆5的组合支护措施进行初期支护，且系统锚杆间距2.0m
×
2.0m，长度2.5m。
48.如图3～图5所示，步骤s2中的混凝土导台3是通过现浇混凝土、整平钻爆法小导洞底板形成的路面整平垫层，其厚度20～30cm，且表面设有与护盾式tbm底管片相匹配的弧形凹位31，以便于定位tbm底管片及后续空推步进。本实施例中，该混凝土导台为c25砼导台，厚20cm。
49.公知的，tbm预制管片由掘进机配套设备输送、拼装，本实施例步骤s3中，在单护盾tbm模式(根据需要也可以是双护盾tbm模式)空推步进通过钻爆法小导洞段时，其配套的管片安装器将预制管片1沿钻爆法小导洞径向按先底管片、再顶管片、最后侧管片的顺序进行同步安装，相邻预制管片之间采用定位销或螺栓连接。
50.所述步骤s4中的豆砾石回填灌浆2在每环预制管片拼装完成后进行，通过预留的管片工作孔，先吹填粒径5～10mm的豆砾石至底部空隙及两侧空隙、再填充顶部空隙，然后回灌水泥浆固结豆砾石，水泥浆水灰比、灌浆压力等指标根据地质条件、工程要求和施工条件现场试验确定，灌浆完成后，管片工作孔采用掺有硫铝酸盐微膨胀水泥的c30细石混凝土封堵填平。
51.当钻爆法小导洞位于较为破碎或裂隙较为发育的围岩段，可增加步骤s5：在豆砾石回填灌浆完成后，辅以固结灌浆处理。本实施例中，钻爆法小导洞在ⅲ类围岩段设置了固结灌浆。具体地，固结灌浆采用普通硅酸盐水泥，利用预留的固结灌浆孔6进行灌浆，固结灌浆孔的孔深5.0m，每排8孔，排距2.5m，梅花形布置(如图5所示)，灌浆压力根据地质条件、工程要求和施工条件确定，灌浆完成后，固结灌浆孔采用掺有硫铝酸盐微膨胀水泥的c30细石混凝土封堵填平。
52.需说明的是，图2-图5中标示的“隧洞开挖轴线”、“管片衬砌轴线”、“管片中心线”均为行业公知常识。
53.以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种护盾式tbm空推拼装管片隧洞施工方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：在护盾式tbm的接收端采用新奥法施工钻爆法小导洞，对围岩进行初期支护，该钻爆法小导洞初期支护后的洞径d略大于护盾式tbm的刀盘直径d
刀
盘；s2：在钻爆法小导洞的底部浇筑用于定位、支撑护盾式tbm底管片的混凝土导台；s3：护盾式tbm由掘进段进入钻爆法小导洞段，并以空推步进的方式通过钻爆法小导洞、且空推步进时同步拼装预制管片，直至出洞接收；s4：步骤s3中，每同步拼装完一环预制管片，即对预制管片与围岩之间的空隙进行豆砾石回填灌浆处理。2.根据权利要求1所述的护盾式tbm空推拼装管片隧洞施工方法，其特征在于，所述d＝d
刀盘
+2
×
0.15m
±2×
0.01m。3.根据权利要求1所述的护盾式tbm空推拼装管片隧洞施工方法，其特征在于，所述步骤s1中的初期支护为：针对
ⅴ
类围岩，可采用钢拱架、拱架锁脚和管棚，或超前小导管和系统锚杆的组合支护措施；针对ⅳ类围岩，可采用系统锚杆和喷砼挂网的组合支护措施；针对ⅲ类围岩，可采用系统锚杆和喷砼的组合支护措施；针对ⅱ类围岩，可采用喷砼支护措施。4.根据权利要求1所述的护盾式tbm空推拼装管片隧洞施工方法，其特征在于，所述钻爆法小导洞的断面呈城门洞形或马蹄形，位于ⅱ、ⅲ类围岩段，其中，ⅱ类围岩段采用喷砼进行初期支护，ⅲ类围岩段采用喷砼和系统锚杆的组合支护措施进行初期支护。5.根据权利要求1所述的护盾式tbm空推拼装管片隧洞施工方法，其特征在于，所述步骤s2中的混凝土导台为钻爆法小导洞的路面整平垫层，厚度20～30cm，且表面设有与护盾式tbm底管片相匹配的弧形凹位。6.根据权利要求1所述的护盾式tbm空推拼装管片隧洞施工方法，其特征在于，所述步骤s3中，在护盾式tbm空推步进通过钻爆法小导洞段时，其配套的管片安装器将预制管片沿钻爆法小导洞径向按先底管片、再顶管片、最后侧管片的顺序进行同步安装，相邻预制管片之间采用定位销或螺栓连接。7.根据权利要求1所述的护盾式tbm空推拼装管片隧洞施工方法，其特征在于，所述步骤s4中的豆砾石回填灌浆通过预留的管片工作孔，先吹填粒径5～10mm的豆砾石至底部空隙及两侧空隙、再填充顶部空隙，然后回灌水泥浆固结豆砾石，水泥浆水灰比、灌浆压力根据地质条件、工程要求和施工条件确定，灌浆完成后，管片工作孔采用掺有硫铝酸盐微膨胀水泥的c30细石混凝土封堵填平。8.根据权利要求1所述的护盾式tbm空推拼装管片隧洞施工方法，其特征在于，当钻爆法小导洞位于较为破碎或裂隙较为发育的围岩段，还包括步骤s5：在豆砾石回填灌浆完成后，辅以固结灌浆处理。9.根据权利要求8所述的护盾式tbm空推拼装管片隧洞施工方法，其特征在于，所述步骤s5中，固结灌浆采用普通硅酸盐水泥，利用预留的固结灌浆孔进行灌浆，灌浆压力根据地质条件、工程要求和施工条件确定，灌浆完成后，固结灌浆孔采用掺有硫铝酸盐微膨胀水泥的c30细石混凝土封堵填平。
10.根据权利要求9所述的护盾式tbm空推拼装管片隧洞施工方法，其特征在于，所述固结灌浆孔的孔深5.0m，每排8孔，排距2.5m，梅花形布置。

技术总结
本发明涉及隧道施工技术领域，公开了一种护盾式TBM空推拼装管片隧洞施工方法，包括以下步骤：S1在护盾式TBM的接收端采用新奥法施工钻爆法小导洞，对围岩进行初期支护，该钻爆法小导洞初期支护后的洞径D略大于护盾式TBM的刀盘直径D


技术研发人员：刘启波 方腾卫 何平 崔恒富
受保护的技术使用者：广东省水利电力勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2022/3/8