双护盾TBM管片安装衬砌施工技术要点.doc

双护盾TBM管片安装衬砌施工技术要点双护盾TBM施工管片安装衬砌技术要点作者：赵弟厚 职务：项目副总工程师、TBM电气总工程师 摘要：对于双护盾TBM开挖的隧洞，为了保证隧洞施工成型质量，管片衬砌是关键。关键词：双护盾TBM、管片、衬砌、技术要点。注解：TBM：tunnel boreing machine，全断面双护盾掘进机（double shield TBM）。1、前言：1.1、双护盾TBM施工管片安装衬砌工作内容：双护盾TBM施工管片安装衬砌主要包括：（1）根据实际地质情况，根据管片特性选用满足设计需要的管片类型；（2）管片运输；（3）管片安装；（4）定位销；（5）止水条；（6）豆砾石回填；（7）勾缝和封孔砂浆；（8）管片砼裂缝控制；（9）管片接缝渗水处理。1.2、国内采用TBM施工的类似工程：甘肃引大入秦总干30#A和38#隧洞，开挖直径5.54m，成洞直径4.8m，采用六边形球窝结构管片，管片厚度25cm；山西省万家寨引黄工程总干6、7、8#洞，开挖直径6.125m，成型直径5.46m，采用六边形球窝结构管片，管片厚度25cm；山西省万家寨引黄工程国际、标工程（引黄南干4、5、6#洞，引黄南干7#洞），开挖直径4.82 4.90m，成型直径4.2m，采用六边形球窝结构管片，管片厚度25cm；联接段国际标工程（引黄联接段7#洞），开挖直径4.819 m，成型直径4.2m，采用六边形球窝结构管片，管片厚度25cm；云南昆明掌鸠河上公山隧道，开挖直径3.66m，成洞直径3m，采用四边形梯形管片（斜直螺栓连接），管片厚度30cm。2、双护盾TBM施工管片安装衬砌施工步骤：2.1、 管片选型：预制管片形成的衬砌环在安装后所承受的主要外力为：灌浆和岩石荷载；辅助液压缸的轴向推力。预制管片在装卸、运输和安装就位等环节中应防止管片受损。钻孔时不得损害其主受力钢筋。隧洞衬砌用的预制混凝土管片，其外形尺寸、强度等级、钢筋配置和其它性能要求等均为根据不同地质情况设计配置，因此管片选型应遵守设计图纸规定。实际施工过程中，由于地质变化过快，不宜频繁更换管片，应本着就高不就低的原则保证一定的过渡段，确保过渡段管片成型质量（由于过渡段存在辅助液压缸的轴向推力偏大会压坏管片，不均匀沉降、管片外部塌落物、断层或裂隙水等的影响）。2.2、管片运输在洞外采用16t门机将4块预制管片装入23个管片车（由于管片的调度受TBM开挖进尺的制约，因此，运输的管片数量必须与开挖进尺配套）, 管片车随整列渣车运输到洞内。在洞内采用行走于桁架结构上的专用管片运输机将管片从管片车上卸入喂片机上，喂片机上能存48块管片，放于该装置上的管片将被一液压牵引系统通过1个纵向滑道、1个垂直升降装置输送至管片安装器的夹具。2.3、管片的安装预制管片衬砌在TBM护盾的尾部安装。安装中应采取措施，将管片环向接缝控制在适当范围内，并尽可能减小纵向缝的宽度。通过弯道时，要尽可能减少弯道内侧的接缝宽度，以保证弯道外侧接缝内的止水条相互接触，必要时对超过设计缝宽的洞段嵌填GBW止水条，然后再勾缝，发挥止水作用。管片环安装完成后，回填灌浆后再进行接缝内燕尾槽的无收缩（微膨胀）砂浆勾缝，并将勾缝表面抹平扫光。2.3.1、管片衬砌环的安装允许误差为（因洞径不同而不同）：径向允许误差为20mm；管片中心区接缝的宽度75%以上不大于5mm；管片接缝处的最大不平整度（错台）不大于5mm。2.3.2、管片衬砌安装的起始环在TBM进洞后的首次安装，以及TBM滑过检修洞室之后掘进时的首次安装，其管片衬砌起始处，应满足下列要求：起始环管片应准确定位：定位支撑应锚固牢靠，不变形；上下左右对称，误差不大于1mm；起始环处管片衬砌同初始洞室之间的环形空隙，可使用混凝土或水泥砂浆等经过监理批准的材料填塞密实，以利闭浆。2.3.3、弯道段的管片安装（1）由于弯道处未使用异型管片，因此弯道外侧接缝宽度大于内侧。弯道处管片的安装接缝要严格控制，防止出现接缝过宽的情况。弯道内侧的管片内缘环向缝宽度宜控制在4mm以内，弯道外侧管片内缘环向缝宽度宜控制在7mm以内，管片接缝使用垫块调整，但不得妨碍止水条结合和燕尾槽内勾缝。（2）如因弯道处接缝控制不当而降低止水效果的，应采用灌浆措施处理。2.3.4、洞外安装管片环（1）承包人应在进洞前和每掘进4km时在洞外安装管片衬砌环一次，以验证管片制作和安装精度。管片衬砌环高度六边形管片为2.5环，四边形管片为三环拼装。（2）从洞外安装管片环拆卸下来的管片，若完好无损或修复后的管片，经监理工程师同意后可用于隧洞衬砌。2.3.5、管片安装TBM开挖和管片安装这两种施工活动将同时进行。为精确的安装管片，管片安装器应能完成6个独立的安装动作，采用管片安装器将管片沿洞径向安装，首先安装底管片和顶管片，然后安装侧向管片，一环管片安装用时15分钟。在双护盾模式一般不影响掘进速度。通过机械连接件（管片连接销）和安装机械的控制，保证管片安装接缝平顺，管片衬砌环达到设计要求。安装完成后及时绘制管片安装竣工图。2.3.6、破损管片的修复脱模时或者装运、存放过程中损坏断裂和有裂缝的混凝土管片，如果其损害程度影响了管片所应达到的设计能力，则该管片不得使用。如果管片的损坏程度不大，可以对其进行修复。管片的修复应由熟练的技工进行。由于任何原因毁坏的混凝土，混凝土蜂窝和不合格的混凝土应除去，表面应重新清洗，经监理工程师批准，用提高一个强度等级的砂浆或混凝土重新修复，其表面应达到规定的轮廓线和平整度。2.3.7、预制混凝土管片的安装进行以下项目的检查和验收。（1）质量检验按合同文件的规定进行预制混凝土管片安装质量的检查，提交管片安装竣工图。（2）完工验收预制混凝土管片工程全部完工后，应按本合同条款的规定申请完工验收，并按合同文件的规定提交完工资料。2.4、定位销（一销双套）（1）相邻管片的环向缝之间的定位销由硬质塑性材料制作而成，能插入预制管片上加了带肋塑料衬套的预留孔内，而又不使管片混凝土受损。（2）每个管片接缝面设有两个定位销，其直径按变径设计。（3）检验项目及标准（表1）：检验项目检验依据和条件检验标准抽检频率尺寸符合图纸要求外观和尺寸按产品数量的3%5%进行抽检，若有1个不合格，则当班次产品100%抽检外观不允许存在充填不足、裂纹、发脆易裂等缺陷。不能有严重的气泡、凹陷、飞边、熔接纹等表面缺陷材料密度GB/T1033-19861.140.1g/cm3每批次材料进仓检验拉伸强度GB/T1040-199260MPa抗剪强度GB/T1700-200160MPa热变形温度GB/T1634.2-2004655抗拉荷载参照塑料灌浆头抗拔试验方法45KN每批次生产抽检两组注：应满足蒸汽养护不变形。（4）尼龙定位销及衬套的检验方法：尼龙定位销及衬套的规格尺寸检测用游标卡尺测量，在保证达到设计抗拔力的基础上，其规格尺寸允许公差直径0.5mm，长度1mm。（5）外观质量：表面光滑、致密均匀、无裂纹杂质缺陷。2.5、止水条2.5.1、综述采用TBM双护盾掘进机开挖中软岩隧洞，管片衬砌止水是关键。所有管片纵、环向接缝均采用粘贴在管片预留槽内的止水条止水， 止水条外形尺寸应符合设计图纸要求。产品应有由检验部门出具的合格证书，并提供模拟止水条使用条件下的压缩变形过程的应力应变试验资料。为防止外水内渗和内水外渗，双护盾TBM工程中一般采用821BF遇水膨胀橡胶止水条和GBW遇水膨胀止水条。止水条均在洞外安装好，止水条材料应不含有害物质，无毒，对环境无污染，止水条不能有坑、孔隙、气泡和表面粗糙等其它缺陷。要用粘结剂将止水条固定在预留槽内。粘结剂的粘结力应不小于止水条扯断强度的50%。粘结剂等材料应按照材料供应商的说明书使用。施工顺序是：开挖管片衬砌豆砾石回填回填灌浆发现漏水漏浆部位缝内嵌填GBW全断面纵环缝燕尾槽内采用特制CK微膨胀砂浆勾缝。2.5.2、质量检查在使用过程中，应对每批止水条，委托有资质的单位，按照中国国标和化工行业标准进行检验，以证明该产品持续满足本款的性能要求。2.6、豆砾石回填：TBM掘进顺时针方向将各孔编号为A-B-C-D-E-F-G-H-I（如图1所示）由于当安装后的管片退出TBM尾护盾时，侧管片外侧的空腔会导致已安装管片的失稳，而侧管片的失稳又会导致顶管片的下沉，严重影响管片安装质量和隧洞施工安全，因此必须及时回填豆砾石，确保已安装管片的稳定。对于尾护盾为封闭式，配备了止浆刷的双护盾TBM，豆砾石回填可完全紧跟TBM掘进；对于开敞式尾护盾，豆砾石回填在保证不从尾护盾下的开口流出的情况下，可按一定坡脚逐步回填。 图1：管片安装环孔位图 2.7 勾缝和封孔砂浆2.7.1、CK特制砂浆的技术指标管片环安装完成后，管片的纵缝、环缝内燕尾槽用特制CK砂浆勾缝，并将勾缝表面抹平。主要技术指标应符合设计要求。2.7.2、管片封孔砂浆用于管片每环8个安装孔和1个顶拱中孔封孔的特制CK微膨胀砂浆的配合比由现场试验确定。2.7.3、质量检查勾缝的质量采用钻孔取芯检查，钻孔设备应采用小孔径钻具进行钻孔，孔径为810 mm。每100m缝长取1个检查孔。孔位应选在监理人认为灌浆质量较难控制部位，采用小口径工程钻骑缝取样，观察浆液结石在缝内的充填情况，达到满填满灌即为合格。封孔砂浆检查标准：表面不漏水、不漏浆为合格。2.8、管片砼裂缝控制2.8.1、裂缝产生的原因：管片有少量生产中养护不当，造成温度裂缝或干缩裂缝；安装中操作手失误或非正常碰撞挤压，产生裂缝；围岩条件不好，塌方或不均匀沉降造成管片裂缝；辅助推进油缸发生故障，使管片受力不均匀造成大的裂缝。2.8.2、采取的措施：管片生产中加强养护；加强安装操作手的培训，确保安装中尽量少碰撞挤压；围岩条件不好处，要超前处理并使用重型管片；平时加强辅助推进油缸的维修。2.8.3、裂缝修复的方法：在不破坏管片结构的前提下进行修复，在管片的裂缝上钻孔取芯，如果侧拱的裂缝深度小于25mm只做表层处理，顶拱处的裂缝深度均大于25mm，除做表层处理外再做灌浆处理。深度小于25mm的裂缝的处理：用凿子将裂缝凿成宽20mm，深15-20mm的沟槽，用清水及钢丝刷将沟槽清理干净，在沟槽内均匀涂刷一层环氧基液（环氧树脂+固化剂），将拌和好的环氧砂浆填满沟槽，压实并抹平，环氧砂浆初凝后，用环氧基液再刷其表面。深度大于25mm的裂缝的处理：在管片裂缝两端各钻取直径38mm，深80mm的芯样，将裂缝做表层处理，措施与深度小于25mm时的方法相同，灌浆处理是在裂缝两端的取芯孔上各安装一个灌浆塞，将其中一个灌浆塞和小型手工泵相联接，将水灰比为1：1的水泥浆注入裂缝，当另一孔有浆流出时，将水灰比变为0.5:1，继续灌注，直到灌浆压力为0.2MPa时停灌，最后将灌浆孔用环氧砂浆封堵，用木棒捣实并抹平。2.9、 管片接缝渗水处理2.9.1、渗水原因：均存在于地质条件差，地下水发育带。管片安装过程中，止水条损坏；回填豆砾石不合格，石粉含量大或严重逊径，至使回填灌浆层形成松散蜂窝，起不到止水的作用；管片安装误差大，或地质条件影响，管片不均匀沉降，至使管片止水条错位，止