TBM雙護(hù)盾模袋灌漿封閉環(huán)的研究與應(yīng)用

殷銀蕊+楊曉紅

摘 要：為提高TBM雙護(hù)盾豆礫石回填及回填灌漿質(zhì)量，需要設(shè)置封閉環(huán)。通過試驗(yàn)研究各種封閉環(huán)的材料和方法以及水泥灌漿、化學(xué)灌漿、模袋灌漿和人工抹砂漿形成的封閉環(huán)優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，突出了模袋灌漿封閉環(huán)的優(yōu)點(diǎn)。促使TBM雙護(hù)盾模袋灌漿封閉環(huán)技術(shù)能夠得以推廣和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：模袋 灌漿 封閉環(huán) 研究 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TV49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）02（c）-0063-02

Abstract：In order to improve the quality of TBM double shield bean gravel backfill and backfill grouting，Need to set the closed loop.The advantages and disadvantages of various kinds of closed ring materials and methods as well as the sealing ring of cement grouting， chemical grouting， bag grouting and artificial plastering mortar were studied，To promote the TBM double shield mold bag grouting sealing ring technology can be popularized and applied.

Key Word：Bag； Grouting； Closed loop； Research； Application

近年來，隨著國內(nèi)地下隧洞工程的不斷開發(fā)，TBM得以廣泛應(yīng)用，其中TBM雙護(hù)盾由于既能用于硬巖和軟巖施工，又對(duì)不良地質(zhì)段具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，同時(shí)還具有安全、高效、快速等特點(diǎn)，得以廣泛應(yīng)用。掘進(jìn)、管片安裝、豆礫石回填和回填灌漿是TBM雙護(hù)盾施工中的必要環(huán)節(jié)。目前，豆礫石回填灌漿封閉環(huán)的設(shè)置在國內(nèi)還沒有較成熟的工藝，封閉環(huán)質(zhì)量在施工過程中往往不能滿足要求，影響回填灌漿質(zhì)量和掘進(jìn)速度。

1 模袋灌漿封閉環(huán)的選擇原則

1.1 材料的要求

模袋材料應(yīng)具有以下特點(diǎn)。

（1）具有透水不透漿的特性。

（2）抗拉、抗撕裂、抗頂破和抗穿刺等力學(xué)指標(biāo)較好。

（3）延伸性能好，摩擦系數(shù)大，不易滑移。

1.2 材料規(guī)格

材料的規(guī)格由計(jì)算確定：

F=（P1+P2）S（F為作用在模袋的最大壓力，P1和P2分別為水泥漿和灌漿壓力對(duì)模袋產(chǎn)生的最大壓強(qiáng)，S為模袋截面面積，其中P1=ρgh，S=πr2）。

1.3 封閉環(huán)的制作

封閉環(huán)尺寸根據(jù)管片外徑及管片與洞壁空隙尺寸確定。封閉環(huán)長度L=2π（R+D+0.01）（R為洞內(nèi)徑，D為管片厚度），寬度W=2πr+0.15（r為管片與洞壁空隙距離的1/2）。裁剪好的材料利用縫紉機(jī)進(jìn)行雙股縫制，縫合寬度不小于150 mm，最小縫針距離織邊至少25 mm。模袋在灌漿過程中，最易從縫制處脹裂和拉開，導(dǎo)致漏漿，需要對(duì)模袋進(jìn)行縫制試驗(yàn)，以確定合適的針腳，模袋搭接處具體見圖1。

1.4 灌漿材料和參數(shù)的選擇

模袋封閉環(huán)灌漿漿液選用0.6∶1的P.O42.5水泥，封閉環(huán)灌漿壓力不大于0.2 MPa，壓力過大易使模袋縫合處出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象，導(dǎo)致漏量。灌漿速率應(yīng)控制，避免模袋中的水來不及析出，增大模袋內(nèi)壓力，影響模袋效果。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

蘭州水源地建設(shè)工程項(xiàng)目由于地質(zhì)條件復(fù)雜，巖石軟硬不均、砂巖分布較多，特采用TBM雙護(hù)盾進(jìn)行引水隧洞施工，隧洞設(shè)計(jì)內(nèi)徑4.60 m，開挖洞徑5.46 m，隧洞主洞全長31.29 km。TBM施工段安裝管片，每環(huán)6片，厚度為0.3 m，管片與圍巖之間的空隙用豆礫石充填并進(jìn)行回填灌漿，每隔60 m設(shè)置一個(gè)封閉環(huán)，封閉環(huán)能否達(dá)到要求，直接影響豆礫石回填灌漿質(zhì)量。

2.2 模袋封閉環(huán)的提出

施工初始，封閉環(huán)是在管片周圍灌注加入速凝劑的水泥漿，以達(dá)到管片每隔60 m形成封閉空間。由于水泥漿在灌注過程中，漿液沿管壁方向左右流動(dòng)，即使加入速凝劑也不能形成一個(gè)完整的封閉環(huán)，而且耗費(fèi)時(shí)間長，影響了豆礫石回填和回填灌漿質(zhì)量。后來采用脫開尾盾人工抹砂漿的方法形成封閉環(huán)，雖然能夠形成封閉環(huán)，但是耗費(fèi)時(shí)間長，成本高，人員長時(shí)間處在無護(hù)盾的情況下，施工安全隱患大，影響掘進(jìn)速度。最后通過對(duì)TBM雙護(hù)盾各種封閉環(huán)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行研究對(duì)比（見表1），確定了模袋灌漿封閉環(huán)的方法，很好地解決了施工時(shí)間長，成本高，安全隱患小等問題。

2.3 模袋封閉環(huán)的施工

2.3.1 模袋規(guī)格的選擇

F=（P1+P2）S=（ρgh+P2）πr2=（2.2×103×9.8×5.46+ 2.0×105）×3.14×0.12=10.0kN。根據(jù)土工布規(guī)格，選擇斷裂強(qiáng)力大于10.0 kN的400 g的長絲機(jī)織土工布。土工布長度L=2π（R+D+0.01）=2×3.14（2.3+0.3+0.01）=16.4m，寬度W=πd+0.15=3.14×0.2+0.15=0.8m。

2.3.2 模袋封閉環(huán)的施工

前端管片安裝完成后，退出撐靴，把制作好的模袋緊貼管片外部套起來，灌漿口位置放置在頂管片處，采用不大于0.2 MPa的壓力緩慢把0.6∶1的水泥漿灌入模袋內(nèi)。灌漿過程中要時(shí)刻觀測左右側(cè)漿液的上升情況，力求兩側(cè)同等速度上升，圖2為灌漿完成后封閉環(huán)效果

灌漿封閉環(huán)，可以確保灌漿后的模袋能與管片和圍堰緊密貼合，為后續(xù)豆礫石回填和回填灌漿的質(zhì)量起到了重要作用。

3 結(jié)語

通過對(duì)各種封閉環(huán)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比以及模袋灌漿材料選擇的計(jì)算，確定了模袋材料選用長絲機(jī)織土工布。利用土工布在壓力與自重下透水不透漿的性質(zhì)以及模袋膨脹作用，形成了很好的封閉空間，滿足了豆礫石回填和回填灌漿的要求，很好地解決了其他封閉環(huán)施工困難，成本高，安全隱患大和效果差等難題。研究總結(jié)出了一套切實(shí)可行、封閉效果很好的施工方法。模袋灌漿封閉環(huán)方法的研究與成功應(yīng)用，提高了施工效率和保證了工程質(zhì)量。在以后單護(hù)盾和雙護(hù)盾施工的隧洞工程能夠得以廣泛推廣。

參考文獻(xiàn)

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