小断面隧洞TBM掘进同步钻孔灌浆施工技术研究与应用

景小青 周建龙

摘 要：近年来，TBM掘进已成为长隧洞施工技术的主要发展方向，但是隧洞围岩固结灌浆无法与TBM掘进同步施工，成为影响项目直线工期的关键因素。文章对兰州市水源地引水隧洞Ⅱ标段依据TBM掘进工况条件，自行研究、设计，并加工制作钻孔灌浆台车，成功实现了钻孔灌浆与TBM掘进同步施工的成果予以阐述，为类似工程施工提供参考、借鉴。

关键词：小断面隧洞；TBM掘进；固结灌浆；同步施工

中图分类号：TV554 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）05-0159-02

1 工程概述

兰州市水源地建设工程Ⅱ标段引水隧洞主洞桩号T5+850～T16+110，长度10260m，纵坡0.1%，其中桩号T5+850～T10+950和T12+750～T15+100，采用TBM掘进，总长7450m。TBM掘进洞室直径5.48m，断面为圆形，预制C50和C60混凝土管片衬砌，管片衬砌内径4.6m，管片厚度30cm，管片外径5.2m，“5+1片”管片组成一环，管片型式为四边形结构，管片与围岩之间的空隙，用豆砾石充填并进行回填灌浆。TBM施工洞段围岩以Ⅱ、Ⅲ类为主，局部洞段为Ⅳ、Ⅴ类，其中Ⅱ类围岩约占总长度的40.6%，Ⅲ类围岩约占42%，Ⅳ类围岩约占16.2%，Ⅴ类围岩约占1.2%。为提高围岩稳定性，对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩段设计采用全断面固结灌浆。

2 台车的结构设计与论证

根据隧洞工况条件进行钻孔台车、灌浆台车、制浆台车及水泥罐结构设计，然后到现场核实，修改结构设计，组织专家论证会，论证结构设计方案，根据论证会意见修改结构设计，并完成力学计算后，形成台车加工制作方案。

2.1 钻孔台车

钻孔台车长度2604mm，高度2478mm，顶宽2200mm，翼宽879mm，两翼处宽度3857m，可调节宽度127mm，两翼处空间高度1542mm，可调节支腿高度934mm，调节高度15～30mm，轨道运输车通行空间净宽1900mm，净高2371mm。结构形式详见图1。

2.2 灌浆台车

灌浆台车长度6300mm，高度2479mm，顶宽2200mm，翼宽880mm，两翼处宽度3856mm，两翼处空间高度1597mm，可调节支腿高度934mm，调节高度15～30mm，轨道运输车通行空间净宽1900mm，净高2334mm。结构形式详见图2。

2.3 制浆站台车

制浆站台车平台宽度1000mm，长度10600mm，空间高度1500mm，与轨道运输车空间间距201mm。结构形式详见图3。

2.4 台车移动装置

包括可拆卸连接固定件和可拆卸式收缩带滚轮支腿，连接固定件长度1900mm，可拆卸式收缩带滚轮支腿高度934mm，可调节高度150mm。结构形式详见图4。

2.5 水泥储运罐

水泥储运罐为锥体与长方体组合型，尺寸为100cm×95cm×95cm（长×宽×高），由行走滚轮、储罐、储罐支架、下料阀板、盖等组成。自重154kg，可储存水泥0.8t。

2.6 门架

门架横梁长4.5m，高2.7m，采用工字钢制作，固定在台车两翼，门架横梁安装电动葫芦（提升速度2.5m/min、行走速度15m/min、最大吊运重量2t）。

3 台车加工制作及安装调试

（1）制作台车的主要材料为工字钢、角钢、槽钢、圆钢和钢板；加工设备主要为切割机、钻床、电焊机和车床等。（2）材料切割采用切割机或切割枪，长度偏差±5mm，端面打磨平整；采用钻床钻孔，孔位偏差±1mm；焊接作业采用電焊机，焊缝需无浮渣、无气跑、无裂纹，打磨光滑。（3）部件加工为装配式，现场拼装的部件均为螺栓连接，所有焊接作业在加工厂内完成，与较大部件连接后不影响运输的小部件亦在加工厂内组装连接。（4）台车部件经过厂内验收合格后，运至现场按结构设计图进行复验、核对部件数量，合格后按设计图进行拼装，所有部件采用螺栓连接，连接螺栓和螺帽均为专业厂家生产的合格产品。台车拼装完成后，对所有连接螺栓逐一检查、二次拧紧，然后进行稳定性检查。（5）台车检查合格后，安装可拆卸式连接固定件和带滚轮的可拆卸式收缩支腿，进行移动试验。

4 设备安装及调试

4.1 灌浆设备安装

（1）台车两翼平台敷设马道板后安装灌浆设备，马道板与台车螺栓连接，固定牢固。（2）灌浆设备安装在台车两翼，每翼各安装一套灌浆设备，设备排列的次序为灌浆泵、浆液搅拌机、自动记录仪（安装在操作室内），灌浆设备、操作室使用螺栓与台车平台连接。

4.2 钻孔设备安装

（1）台车两翼平台敷设马道板后安装钻孔设备，马道板与台车螺栓连接，固定牢固。（2）钻机主机及液压旋转装置安装在台车钻机支架上，使用螺栓与支架连接，钻机操作系统和动力系统安装在台车两翼平台。

4.3 制浆设备安装

（1）台车一翼平台敷设马道板后安装制浆设备，马道板与台车螺栓连接，固定牢固。（2）台车一翼平台前端安装制浆设备、后端放置空水泥罐。（3）制浆设备排列次序为：输浆泵、储浆机、制浆机、螺旋上料机、上料料斗、水泥罐（上料料斗位于水泥罐下部），除水泥罐外，均使用螺栓与台车平台连接。（4）水泥罐区和空罐区平台在马道板上敷设轨道（10#槽钢），间距80cm（为水泥灌浆罐下部滚轮间距）。

4.4 设备调试

钻孔、灌浆设备安装完成后进行设备性能调试和设备运行过程台车稳定性检查。

避让材料运输车检查：模拟收到材料运输车通行信号，然后拆卸钻机上钻杆，通过液压旋转装置将钻机调到运输车通行安全位置锁定，待运输车通过后，再将钻机调到原位置。主要检查液压旋转装置的性能和钻机对材料运输车的影响情况。

台车稳定性检查：钻机加压模拟造孔过程中台车的移动、偏斜和变形情况。

5 钻孔、灌浆施工

（1）钻机就位。钻孔台车移动到预定位置固定后，先通过钻机支架借助台车两翼的滑杆前后移动，使钻机对正孔位中心桩号，再使用液压旋转装置使钻机对正孔位中心后，钻机就位。（2）钻孔。开孔时轻压、低速，孔深超过50cm后逐渐提高转速和液压，孔深达到100cm后，进入正常钻进状态，钻机转速油压维持正常钻进值。钻孔达到设计深度后，反复扫孔，尽量将孔内岩粉排除至孔外。（3）灌浆阻塞器安