豆砾石回填灌浆技术在双护盾掘进机隧洞施工中的应用

1、豆砾石回填灌浆技术在双护盾掘进机隧洞施工中的应用王 芳（山西省水利建筑工程局 太原 030006）【摘 要】：文中主要介绍豆砾石回填灌浆的应用范围及施工工艺，分析了影响豆砾石回填灌浆质量的因素，提出了豆砾石回填灌浆技术质量保证的几点建议。【关键词】：豆砾石；回填灌浆；质量；保证措施中图分类号：TV543 文献标识码：B0 引言近几年，隧道掘进机（TBM）因其掘进速度快，预制构件衬砌工效高，而被广泛应用于隧洞施工中，掘进、预制构件衬砌、回填是施工中的三大控制环节。预制构件的结构尺寸、预制构件的混凝土强度、回填的质量是保证衬砌质量的根本。隧洞衬砌设计承载能力的前提条件是衬砌与围岩密贴，共同承受外部

2、荷载。隧洞衬砌外壁与围岩壁的空间必须回填均匀密实，固结强度达到设计要求，具有传递山岩压力和止堵水能力，预制构件衬砌外壁与围岩壁空回填方法的选择尤为重要。国内通常采用豆砾石回填灌浆技术进行回填，现将作一总结。1 豆砾石回填灌浆的应用范围采用专用设备将豆砾石从预制构件的预留孔喷入填充预制构件外壁与围岩壁的空间，然后分别在后配套前、后部实施水泥浆灌注的过程称为豆砾石回填灌浆。豆砾石回填灌浆适用于双护盾硬岩掘进机（TBM），在隧洞比较长、洞径大于4m，不便于采用钻爆法施工，而使用双护盾掘进机开挖，非螺栓紧固连接混凝土预制构件衬砌，360º范围豆砾石回填灌浆，也可采用底拱部砂浆回填（砂浆回填在

3、小于90º范围内），侧顶拱部大于270º范围豆砾石回填灌浆。在洞径小于4m，采用螺栓紧固连接混凝土预制构件衬砌的隧洞回填，底拱部在120º范围豆砾石回填灌浆，侧顶拱部240º范围砂浆回填。在预制构件衬砌完成的过程中，要及时回填豆砾石。预制构件是在后护盾内由机械手安装，构件外壁与护盾间有一定的空隙。护盾壁厚40mm50mm，后护盾与围壁间又有30 mm 110 mm间隙。因此，混凝土预制构件与围岩壁之间就形成了80mm160mm的空间，为了早期稳定混凝土预制构件，及时将粒径为5mm10mm的豆砾石（碎石或卵石均可）用高压风从吊装孔喷入，填充混凝土预制构件外

4、壁与围岩壁之间的空间，使预制构件早期稳定，然后灌注水泥浆。使混凝土预制构件体、豆砾石固结体、山体围岩凝结成整体，共同承受外部荷载（山岩压力和内外水压力），重新建立起山岩应力体系，使隧洞安全运行。2 豆砾石回填的施工工艺豆砾石回填灌浆这项施工技术的应用，目前我国还没有规范依据，也没有成熟的经验借鉴，施工工艺尚在探索中TBM施工过程中，当混凝土预制构件在双护盾掘进机的后护盾内安装好后，掘进机的辅助推力油缸就顶紧混凝土预制构件。当一个行程掘进完后，在主推力油缸和辅助推力油缸的共同作用下，后护盾和伸缩盾前移，混凝土预制构件离开后护盾，后面与已喷了豆砾石的预制构件通过连接杆连接，前面与尚在护盾内的混凝土

5、预制构件也通过接杆连接，构件底部悬空，此时就立即喷射豆砾石，以支撑混凝土预制构件，然后由上而下向侧顶拱部喷豆砾石，一般喷豆砾石在侧顶拱部的预留孔安装喷头实施，使混凝土预制构件得到早期稳定，当预制构件安装了一定长度后（实机型和结构而定），先对底拱部灌注水泥浆，一般长度是10m15m。为了防止浆液串出盾尾，做到定量灌注。侧顶拱部灌注水泥浆，在后配套的前、后部分别实施，前部灌两侧拱部，后部灌顶拱部，注入空间的水泥浆在豆砾石空隙中形成一个梯形坡段，一般水平长度50m60m，就这样依次向前推进。3 豆砾石回填灌浆质量的影响因素3.1 掘进过程中的落渣及岩粉的影响TBM施工掘进是利用盘上按一定坐标位置和轨

6、距排列的盘形滚刀在刀盘的带动下，随着刀盘公转且滚刀本身自转，借助主推进油缸强大的推力，在岩面上滚动同时楔入岩石，楔入深度叫切深，当切深达到一定深度时，楔入过程中所积蓄的能量突然释放使岩石崩落从而达到破岩的目的。而刀刃楔入岩石的初期，刃口下岩石被刀具碾压成粒径极小的颗粒或粉状，崩落的岩渣块度也很小。部分岩粉附在隧洞围岩壁周边上，另有部分片状岩块不为出渣设备铲走落在洞底，掘进机前进时，前护盾将小石片碾成粉末，因此底部岩粉较厚，有时达20mm30mm，如地下水较丰富时，周边岩粉也会集中到底部，此时底部岩粉更厚，甚至充满拱部空间。（地下水少时，隧洞围岩壁周边上也附有3mm5mm厚的岩粉）。混凝土预制构

7、件离开后护盾后下沉，底拱部空间很小，下落的豆砾石不易进入，只有少量的豆砾石甚至没有。已建工程钻孔检查证明，底部均有岩粉，仅有净水泥浆或岩粉的混合物，因此隧洞底拱部灌浆质量大部分较差。虽然侧顶拱部围岩壁上附有岩粉没有底部多，但在豆砾石从预留孔喷入的过程中，岩粉粘结在豆砾石的表面，灌注的水泥浆与豆砾石亲和力差，形成的水泥豆砾石结合取芯样密而不坚，结石强度很低。顶部豆砾石回填不饱满是比较复杂的工艺技术问题（预留孔静态位置，风压风量风向、豆砾石的泥粉含量等），喷入空间的豆砾石成为自由落体而不可能水平流动，顶部喷入不饱满是客观的事实，喷入空间的豆砾石饱满程度仅有85%左右。顶拱部虽然岩粉较少，但因较长时

8、间没有灌注水泥浆，在运输机械的振动下，少量岩粉落在喷入豆砾石或衬砌预制构件外壁的表面上，形成较薄的一层隔离层，灌浆时就出现一个夹层或浆液渗不到豆砾石内，形成隔离层上是净水泥浆结块。3.2 地下水的影响1) 在地下水（大于等于3L/s）比较丰富时，水泥浆液离析比较严重，取芯试压强度比试验强度低50%以上，甚至取不出芯样，即使勉强取出芯样也似“马蜂窝、豆腐渣状”。2)喷入空间的豆砾石由于地下水渗入填充了豆砾石空隙，灌注浆液时不可能完全甚至不可能将空隙的积水排出,使水泥浆充满空隙，使结石强度大大降低，严重时水泥豆砾石会成“豆腐渣状”。3) 豆砾石被地下水冲刷表面岩粉,沉积在底拱和侧底拱部，呈浆糊状或

9、岩粉块，或与豆砾石结合，水泥浆液很难浸透到粉尘空隙，底拱部结合强度很低。3.3 灌浆工艺的影响1) 灌注过程水泥浆伴有离析、沉积发生，水灰比随时在改变，破坏了制浆时的水灰比,使结石强度下降,浆液从灌浆面进入豆砾石空隙通道到灌浆结束持续时间较长，在这段时间始终会发生离析、沉积。2) 灌注过程随着浆液通道的延伸及范围的扩大，浆液通道阻尼也在不断提高，在灌注压力的作用下有泌水现象发生，水灰比发生改变使结石强度下降。3)先后灌注范围的结合面有不密实存在，有积水和憋气盲区，固结不密实，使结石强度下降。4)灌浆压力达不到技术要求，在灌注过程中浆液在空间无序的自由流动，在灌浆口有压力反映，只是克服豆砾石空隙

10、的阻尼，停灌后浆液无压浸渗，灌注不饱满，影响结石强度。4 质量保证措施1)建立回填是衬砌质量保障的意识，制定切实可行的施工方案，配置相当能力的回填设备，对进口TBM后配套回填设备不能满足回填能力要进行改造，做到掘进、预制构件衬砌、回填协调同步进行，真正体现TBM施工效率高的优势。2)豆砾石回填灌浆在喷完豆砾石后要及时用CK砂浆勾缝、封堵非灌浆孔和螺栓孔，且衬砌错台勾缝更为重要，必须做到先封堵, 后灌浆，杜绝漏浆发生。3)严格控制豆砾石的级配，保持豆砾石空隙率不发生变化。预压豆砾石喷入空间后的空隙率一般在0.440.46之间为宜。4)严格控制水泥制浆过程中的施工配合比，实践证明，豆砾石空隙率在0

11、.440.46的情况下，宜采用1:0.7、1:0.6或1:0.5的水灰比。5)保障回填材料的供给，不能因材料供给不足造成脱灌。6)建立封闭环以提高灌浆压力，使水泥浆填充豆砾石空隙饱满。封闭环间距60m70 m为宜，可采用传统灌注双液浆（速凝水泥浆）的办法进行。7)掘进岩粉的清理对豆砾石回填灌浆尤为重要，可采用风吹或水洗的办法清理，在混凝土预制构件生产时预留清理窗口。8)大洞径回填可考虑固体支撑混凝土预制构件，实施流体回填。如回填介质有速凝砂浆、砂浆、细石混凝土。9)在预制构件衬砌比较稳定的情况下，可采用砂浆回填。作者简介：王芳，女，1981年生，2005年毕业于太原理工大学，助理工程师。收稿日期：2009-02-23Application of Filling Grouting into Pea Gravel of Tunnel Construted by TBMWANG FangAbstract: The article mainly introduces the application scope and construction technique of filling grouting into pea gravel in tunnel constructed by tunnel boring machine(TBM), analyzes the factors