TBM双护盾模袋灌浆封闭环的研究与应用

殷银蕊+杨晓红

摘 要：为提高TBM双护盾豆砾石回填及回填灌浆质量，需要设置封闭环。通过试验研究各种封闭环的材料和方法以及水泥灌浆、化学灌浆、模袋灌浆和人工抹砂浆形成的封闭环优缺点进行对比，突出了模袋灌浆封闭环的优点。促使TBM双护盾模袋灌浆封闭环技术能够得以推广和应用。

关键词：模袋 灌浆 封闭环 研究 应用

中图分类号：TV49 文献标识码：A 文章编号：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

近年来，随着国内地下隧洞工程的不断开发，TBM得以广泛应用，其中TBM双护盾由于既能用于硬岩和软岩施工，又对不良地质段具有较强的适应性，同时还具有安全、高效、快速等特点，得以广泛应用。掘进、管片安装、豆砾石回填和回填灌浆是TBM双护盾施工中的必要环节。目前，豆砾石回填灌浆封闭环的设置在国内还没有较成熟的工艺，封闭环质量在施工过程中往往不能满足要求，影响回填灌浆质量和掘进速度。

1 模袋灌浆封闭环的选择原则

1.1 材料的要求

模袋材料应具有以下特点。

（1）具有透水不透浆的特性。

（2）抗拉、抗撕裂、抗顶破和抗穿刺等力学指标较好。

（3）延伸性能好，摩擦系数大，不易滑移。

1.2 材料规格

材料的规格由计算确定：

F=（P1+P2）S（F為作用在模袋的最大压力，P1和P2分别为水泥浆和灌浆压力对模袋产生的最大压强，S为模袋截面面积，其中P1=ρgh，S=πr2）。

1.3 封闭环的制作

封闭环尺寸根据管片外径及管片与洞壁空隙尺寸确定。封闭环长度L=2π（R+D+0.01）（R为洞内径，D为管片厚度），宽度W=2πr+0.15（r为管片与洞壁空隙距离的1/2）。裁剪好的材料利用缝纫机进行双股缝制，缝合宽度不小于150 mm，最小缝针距离织边至少25 mm。模袋在灌浆过程中，最易从缝制处胀裂和拉开，导致漏浆，需要对模袋进行缝制试验，以确定合适的针脚，模袋搭接处具体见图1。

1.4 灌浆材料和参数的选择

模袋封闭环灌浆浆液选用0.6∶1的P.O42.5水泥，封闭环灌浆压力不大于0.2 MPa，压力过大易使模袋缝合处出现撕裂现象，导致漏量。灌浆速率应控制，避免模袋中的水来不及析出，增大模袋内压力，影响模袋效果。

2 工程应用

2.1 工程概况

兰州水源地建设工程项目由于地质条件复杂，岩石软硬不均、砂岩分布较多，特采用TBM双护盾进行引水隧洞施工，隧洞设计内径4.60 m，开挖洞径5.46 m，隧洞主洞全长31.29 km。TBM施工段安装管片，每环6片，厚度为0.3 m，管片与围岩之间的空隙用豆砾石充填并进行回填灌浆，每隔60 m设置一个封闭环，封闭环能否达到要求，直接影响豆砾石回填灌浆质量。

2.2 模袋封闭环的提出

施工初始，封闭环是在管片周围灌注加入速凝剂的水泥浆，以达到管片每隔60 m形成封闭空间。由于水泥浆在灌注过程中，浆液沿管壁方向左右流动，即使加入速凝剂也不能形成一个完整的封闭环，而且耗费时间长，影响了豆砾石回填和回填灌浆质量。后来采用脱开尾盾人工抹砂浆的方法形成封闭环，虽然能够形成封闭环，但是耗费时间长，成本高，人员长时间处在无护盾的情况下，施工安全隐患大，影响掘进速度。最后通过对TBM双护盾各种封闭环的优缺点进行研究对比（见表1），确定了模袋灌浆封闭环的方法，很好地解决了施工时间长，成本高，安全隐患小等问题。

2.3 模袋封闭环的施工

2.3.1 模袋规格的选择

F=（P1+P2）S=（ρgh+P2）πr2=（2.2×103×9.8×5.46+ 2.0×105）×3.14×0.12=10.0kN。根据土工布规格，选择断裂强力大于10.0 kN的400 g的长丝机织土工布。土工布长度L=2π（R+D+0.01）=2×3.14（2.3+0.3+0.01）=16.4m，宽度W=πd+0.15=3.14×0.2+0.15=0.8m。

2.3.2 模袋封闭环的施工

前端管片安装完成后，退出撑靴，把制作好的模袋紧贴管片外部套起来，灌浆口位置放置在顶管片处，采用不大于0.2 MPa的压力缓慢把0.6∶1的水泥浆灌入模袋内。灌浆过程中要时刻观测左右侧浆液的上升情况，力求两侧同等速度上升，图2为灌浆完成后封闭环效果

灌浆封闭环，可以确保灌浆后的模袋能与管片和围堰紧密贴合，为后续豆砾石回填和回填灌浆的质量起到了重要作用。

3 结语

通过对各种封闭环优缺点对比以及模袋灌浆材料选择的计算，确定了模袋材料选用长丝机织土工布。利用土工布在压力与自重下透水不透浆的性质以及模袋膨胀作用，形成了很好的封闭空间，满足了豆砾石回填和回填灌浆的要求，很好地解决了其他封闭环施工困难，成本高，安全隐患大和效果差等难题。研究总结出了一套切实可行、封闭效果很好的施工方法。模袋灌浆封闭环方法的研究与成功应用，提高了施工效率和保证了工程质量。在以后单护盾和双护盾施工的隧洞工程能够得以广泛推广。

参考文献

[1] 符平，王廷勇，郑亚平，等.土工模袋灌浆研究与应用[J].水利与建筑工程学报，2004，2（1）：11-13.

[2] 胡德舜.浅析水利工程灌浆施工技术[J].中国高新技术企业，2012（18）：72-73.