达坂隧洞双护盾TBM衬砌与围岩容固施工工法

王 庆

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 乌鲁木齐 830000)



达坂隧洞双护盾TBM衬砌与围岩容固施工工法

王 庆

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 乌鲁木齐 830000)

介绍了达坂隧洞TBM施工管片组合与止水方法的工法特点，从管片组合、管片外侧限位块施工、封闭环与灌浆施工等方面，阐述了施工中的技术措施，通过对围岩容固工法的施工效益的分析，指出固结灌浆施工达到了预期的要求，可确保隧洞的安全与稳定运行。

TBM施工，混凝土管片，隧洞，围岩容固

在长大深埋TBM综合法施工的隧洞中，不可避免地要在部分软弱破碎围岩中穿过，为了充分发挥TBM高效、质优、安全、快捷等优点，达坂隧洞以软弱破碎围岩为主，针对双护盾TBM施工，大断面六边形(4块)管片衬砌豆砾石回填灌浆镶嵌式整体受力结构的特点，结合现场施工中反馈管片错台等信息综合计算分析，提出了“管片纵缝外侧限位器”“豆砾回填灌浆封闭环”“软弱围岩钢花管固结灌浆”等创新技术；解决了一直困扰国内外TBM施工技术人员“侧管片外移”“豆砾石灌浆结石不密实”“软弱围岩加固岩体”等影响主洞衬砌结构施工安全的技术难题，同时该工法经反复实践，还妥善的解决了软弱围岩对管片衬砌结构的影响等一系列具有相当重大的技术难题。

1 工法特点

1)为确保全断面岩石掘进机(以下简称TBM)在水工建筑物地下工程的施工复杂地质条件以及长期运行安全，充分发挥双护盾TBM施工地下工程质优、经济、安全、快速掘进等优势，采用本施工工法。2)采用管片限位器技术，并将4块管片环向间纵缝，连接成整体，管片纵缝的错台率由原来合格率85.8%，提高到97.1%。3)采用豆砾石回填封闭环灌浆和软岩钢花管固结灌浆技术，通过检测合格率由原来75%，提高到85%以上。4)达坂隧洞复杂地质条件下，采用管片限位器，封闭环固结灌浆围岩容固技术，管片衬砌错缝实测变形值小于2 mm，满足了设计要求，为达坂隧洞的长期稳定性奠定基础。

2 施工工艺流程及操作要点

达坂隧洞TBM施工管片组合和止水方法主要工艺流程：预制厂钢筋笼焊或绑扎封闭环和钢板限位器，安装止水条→TBM掘进及出渣→管片安装及CK砂浆勾缝→豆砾石充填→回填灌浆→检查。

1)双护盾TBM施工管片组合和止水方法操作要点。a.管片外侧压浆：管片背后回填豆砾石后，通过预留的注浆孔进行回填压浆。b.管片接缝防水：设置复合式和遇水膨胀止水条，采用弹性密封止水条，4块管片之间采用较薄的遇水膨胀橡胶与复合式止水条，衬砌管片内弧侧预留燕尾槽外侧设GBW止水条，内侧设2 cm～3 cm CK砂浆防渗，见图1～图3。c.过渡段防水：斜井、横通道与主洞管片衬砌的衔接处进行刚柔过渡加强防水处理，管片两端采用背贴式止水带和预埋注浆管以及膨胀岩两端部位应设置防渗帷幕，进行回填和固结灌浆。d.管片安装纵向定位器工艺流程及要点：管片由4片组成：先安装底拱、顶拱、左侧、右侧拱混凝土管片，然后回填豆砾石灌浆，为确保管片安装和灌浆质量，底、顶拱管片外贴钢板限位器、封闭环等创新技术。

2)管片外侧限位块施工工艺流程及操作要点。a.管片外侧限位块施工工艺流程:管片加限位钢板设计监督→限位块及埋设锚筋材料准备→锚筋焊接→管片预埋件埋设→管片出蒸汽炉后养护期间焊接外限位钢板→限位钢板涂刷防腐→安装管片。b.管片外侧限位块的加装防止纵缝错台，提高管片安装质量，又加快管片安装速度，从而达到优质、高效、快速掘进的目的，操作要点如下：适用于单、双护盾TBM施工的管片纵缝球窝以及平面凹凸(非螺栓连接)结构的施工方法，见图4，图5。材质采用δ12的A3钢板以及φ20的螺纹钢筋，钢材应符合现行国家标准HRB335规定中的相关技术指标要求。进场钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量等合格证。焊缝连接质量等级：一级焊施工图专门注明，等强连接的剖口焊均为二级，角焊缝为三级；焊接材料选用手工焊条E43XX，其化学成分、力学性能和质量要求符合国家现行标准。限位器加工制作：在管片厂预制混凝土顶、底管片的钢筋笼时，每块管片纵向短边背面分别预埋4块δ12厚钢板，钢板下设φ20钢筋，并与管片钢筋纵环向筋焊接牢固。在管片厂车间内静养时，焊接外贴限位钢板。钢板防腐。外贴限位钢板涂装：先除锈，涂底漆；然后涂水性无机富锌防锈漆，涂一遍厚度50 μm以上。洞内安装：先底、顶管片，然后将左右侧管片采用辅推油缸推紧，复杂地质条件洞段及时回填豆砾石灌浆。

3)封闭环与灌浆施工工艺流程及操作要点。a.工艺流程：设计部门完成管片预埋灌浆管路的设计图→施工方预埋灌浆管路加工→预埋管路在预制管片钢筋笼上安置→安装该封闭环管片→豆砾石充填→形成化学灌浆封闭环→回填灌浆(水泥浆)。b.鉴于TBM双护盾掘进机施工的洞段，豆砾石回填注浆是敞开式注浆，要做到按设计要求的孔口闭浆压力P=0.3 MPa～0.5 MPa宜设置封闭环；操作要点如下：封闭环注浆管。预制管片顶拱、侧拱预埋PVC管，底管片两侧各预埋1根PVC管。因本工程在豆砾石回填灌浆中，底管片灌浆采用砂浆灌注，就需要根据实际开挖中支护使用的管片型号，提前在侧、顶管片预制中预埋化学灌浆管，侧、顶管片预埋的PVC管直径为15 mm；在底管片两侧均各预埋1根Φ25钢管，为预防在管片预制过程中水泥浆流入预埋管内，在管顶需加特制的塑料防护帽。封闭环设置间隔：每隔100 m左右(60环)或结合单元划分，每个单元设置一个封闭环为宜，滑行段空腔较大可适当加密到每隔50 m左右(为确保施工进度和质量，宜利用TBM检修停机时间进行封闭环灌浆的施工和检查)。为保证切实形成封闭段，设计每环灌注化灌材料量控制在不小于3组(1组A+B合计45 kg)以上(本次计算用量以衬砌内径6 m计算化灌量，其他断面根据周长可适当修正)，明知有塌方的，可深入塌散区0.5 m施灌。封闭环化灌工序。预埋PVC管内化学灌浆，灌注顺序是自下而上，左右对称灌注。灌浆压力。灌浆采用限量灌浆，宜选用较高压力注浆。孔位转移。在灌浆孔达到设定灌浆量后，停止注浆，转到下一孔位，进行灌浆。

3 围岩容固工法效益分析

1)钢板外限位器效益分析。“钢板外限位器施工工法”在达坂隧洞工程隧洞施工中运用，首先从根本上杜绝了管片错台的二次修复(每环约需5 min～15 min)，免去二次重复调整工作，提高了管片拼装效率，加快了水利工程的建设，经济、社会效益很大；管片拼装纵向错台由以前的最大90 mm (接近三分点，已危及支护结构稳定和安全)降低到10 mm，管片拼装质量明显改善，确保了管片整环受力结构的稳定和安全。

2)封闭环灌浆效益分析。“封闭环灌浆施工工法”在达坂隧洞工程隧洞施工中运用，解决了TBM机尾回填灌浆过程中由于浆液随意流动，而灌浆泵的能力不可能无限制加大，灌浆过程长时不能起压闭浆，灌浆工艺不能顺利实施，导致侧拱灌浆密实度较差，顶拱一直不能完成灌浆。实施封闭环灌浆施工后，灌浆工艺能按计划进行，顶拱能实现起压闭浆，通过取芯和/或压浆试验，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ类围岩洞段能取出符合做压块试验的试件，Ⅴ类围岩和断层破碎带压浆试验合格，使灌浆质量得到保证，加快了回填灌浆作业和验收工作的进展，加快了水利工程的建设。

3)固结灌浆效益分析。达坂隧洞TBM在掘进完成冲沟洞段、炭质泥岩洞段、泥岩砂岩互层洞段、断层破碎带、富水洞段后，由于围岩坍塌和水的作用，在衬砌管片外形成较大松动圈，对隧洞安全和长期稳定运行有较大威胁。“固结灌浆施工工法”在达坂隧洞工程隧洞施工中运用，实现管片、浆体和围岩三者间的友好容固关系，灌浆参数可以随时根据需求调整，为达坂隧洞管片衬砌结构稳定及今后长期运行提供科学、安全、可靠的依据。

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Double-protection shielding TBM masonry and surrounding rock consolidation construction methods of Daban tunnel

Wang Qing

(XinjiangYiliRiverBasinDevelopmentConstructionAdministrationBureau,Urumqi830000,China)

The thesis introduces technological features of Daban tunnel TBM construction segment composition and waterproofing methods, and describes construction technology measures from aspects of segment composition, external segment limitation construction, and closed ring and grouting construction. Through analyzing construction effect of surrounding rock consolidation methods, it points out that: the consolidation grouting construction method achieves expected demands and guarantees tunnel safety and stability operation.

TBM construction, concrete segment, tunnel, surrounding rock consolidation

1009-6825(2016)05-0188-02

2015-12-08

王 庆(1982- )，男，工程师

U455

A