隧道管片错台处理技术

隧道管片错台处理技术

1隧道掘进机市场需求近年来，我国长距离道路、公路、城市地铁、水利工程等基础建设蓬勃发展。其中，隧道建设所需的量大，隧道挖池的市场需求呈现出多样性、数量大、客户定制的发展趋势。隧道掘进机,是一种集成了机、电、液、光、测量等多学科技术为一体的大型隧道施工装备在城市地铁的修建过程中,双护盾因具有能边拼装管片边掘进的优势,以及部分项目的成功应用,目前选用该机型越来越多。2双护盾管片拼装与推进缸顶紧双护盾TBM目前已经是一种比较成熟的掘进机机型,开挖后的隧洞采用管片进行衬砌作为永久支护结构,管片与隧洞间的间隙回填豆砾石并灌注水泥浆或砂浆。国内采用的比较多的管片主要有四边形管片(分通用环和标准环)、六边形管片。管片相互间采用弯弧螺栓进行连接,结合面粘接遇水膨胀的止水条起到密封止水的作用。因此,管片拼装质量直接关系到隧洞整体衬砌结构的质量。双护盾的施工过程可分为掘进(同时拼装管片)→换步→再掘进等工序。在掘进工序中,管片主要通过辅助推进油缸顶紧,撑靴支撑在围岩上作为辅助推进油缸的反力点。而在换步工序中,撑靴已经收回,撑紧盾与洞壁的摩擦力与主推进油缸的阻力,作为辅助推进油缸顶紧管片的反力点(主推进油缸此时通常处于被动缩回或主动收缩的机况,提供的反力较小甚至降低了整体阻力)。在某些特殊的工况下,例如步进空推过程中或撑靴回收时撑紧盾向前串动等,辅助推进油缸顶推管片的作用力过小或突变,将导致管片松动,止水条压不实,甚至导致管片错台等不良后果,影响管片的拼装质量。3管片错台处理双护盾TBM施工中,管片的拼装需要在尾盾内部完成(主要分整圆尾盾及开口尾盾两种类型),受尾盾本身钢板厚度、盾尾间隙、尾盾外弧面与开挖轮廓线间隙的影响。管片拼装成圆后,管片围岩之间半径方向通常有10cm以上的间隙。实际施工过程中,底部管片与围岩之间充满了虚渣或污水等杂物,底部地层比较松散,不足以承受管片的自重,是引起管片出现错台最根本的源头。在以往实际项目施工中,为减缓管片错台对隧道质量的影响,通常采用下述几种处理方式:(1)采用豆砾石回填及水泥浆注浆加固的方式,该方式是应用比较广泛的一种双护盾管片回填施工工艺。(2)采用带支腿的管片,尾盾底部采用100°左右的开孔设计,底管片安装位置固定,确保管片支腿直接接触围岩,采用该类型管片能一定程度上缓解管片错台,如图1所示。但是如围岩偏软,底部虚渣较多的情况下,管片错台仍然会出现,并且该方式会带来下述问题:底管片安装位置固定,影响管片选点调向功能;尾盾底部开口设计,豆砾石吹填过程中,豆砾石及洞壁岩粉的防护效果不佳,影响洞内施工环境。(3)隧洞设计采用通用环或标准环管片,尾盾预埋砂浆管路,底部管片采用砂浆回填,其他部位管片仍然采用豆砾石回填,如图2所示。该方式能改善因底部豆砾石回填困难导致底部管片沉降问题。(4)隧洞设计采用通用环或标准环管片,盾尾底部设置可局部拆卸的安装孔,用于在底管片下部垫放预制混凝土块,该方式不影响管片本身选点调向功能,且能减缓管片沉降问题。(5)采用自密实混凝土回填的工艺,该工艺尚不成熟,目前,正在进行工艺试验的阶段。4在更换双护甲结构时，考虑到管道缺失的原因和系统重建方案4.1护盾tbm回缩过程双护盾TBM进行换步工序时,前盾稳定器撑紧洞壁,撑靴收回,辅推油缸顶推管片,主推油缸被动回缩,此时,辅助油缸顶推力F通过对某项目6m级别双护盾TBM在空推步进或围岩较光滑的工况下实际施工观察,辅推油缸无杆腔压力平均值约34bar,F4.2顶推缸工作原理双护盾TBM主机主要由刀盘、盾体、两套推进油缸(主推进与辅助推进)系统、撑靴等机构组成,如图4所示。其中,主推油缸,是双护盾TBM模式掘进时的主要推力机构,通常为了满足调向功能,会将主推油缸分为4个区(上、下、左、右)。辅推油缸,是单护盾TBM模式掘进时的主要推力机构,也是管片拼装的顶推机构,同样分为4个区。两套油缸的控制原理基本一致,如图5所示。该分区推进油缸进油通过比例调节阀1和比例溢流阀8来实现压力及流量的复合控制,使主推/辅推油缸能进行无极调速的功能。行程传感器7实时显示活塞杆伸出行程,供操作手进行调向及掘进状态分析使用。(1)主推油缸伸出工况时,电磁阀3.3关闭,电磁阀3.4打开,压力油通过二通插装阀2.3进入无杆腔。此时电磁阀3.2断电,二通插装阀2.2处于关闭状态。(2)主推油缸缩回工况时,电磁阀3.4断电,二通插装阀2.3处于关闭状态,电磁阀3.2通电,二通插装阀2.2打开,无杆腔液压油从二通插装阀2.2回到油箱。(3)主推油缸从高压状态变成缩回工况前,电磁阀3.3得电几秒,无杆腔液压油通过电磁阀3.3进行预泄压。上述介绍主要便于理解双护盾TBM换步工序主推油缸与辅推油缸工况的切换条件。4.3新工况下回油背压增长情况由于换步时,是通过辅推油缸顶推管片使撑紧盾向前移动,而撑紧盾本身的摩擦力受围岩结构及盾体本身的重量决定,该因素难以精确控制,因此,采用增加复位时主推油缸无杆腔回油背压的设计方法,该方法相当于增加了撑紧盾的阻力,从而提高复位过程中辅推油缸无杆腔的压力。针对6m级某双护盾项目,复位泵设计额定压力为80bar,辅推油缸无杆腔压力从原工况34bar可增加到80bar,对应的辅推油缸增加的推力为:式中,30为辅推油缸数量;200为辅推油缸无杆腔内径;4.6为增加的压力(80-34=46bar,即4.6Mpa)对应主推油缸无杆腔回油背压增加量为:式中,12为主推油缸数量;310为主推推油缸无杆腔内径;Δp为回油背压增加量。主推油缸原工况复位过程中,回油背压约3～10bar,取平均值8bar,则新工况下需主推油缸复位过程中产生的背压为47.9+8=55.9bar。根据流量计算公式可算出节流口直径如下:式中为统一主推油缸各分区的背压结构,拟在各分区设计一个固定节流口并联一个可调式节流阀的结构,液压原理,如图6所示。通过对该项目现场液压系统改造,实现了双护盾换步过程中,辅推油缸无杆腔压力平均值可控制到60bar以上,满足管片拼装要求的大于200T的顶紧力的要求。5tbm施工难点随着国内地