研究报告—基于单护盾的复合式tbm在城市轨道交通工程的应用研究与实践

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1、基于单护盾的复合式TBM在城市轨道交通工程的应用研究与实践中铁十八局集团隧道工程有限公司二O一二年十二月1课题概况1.1课题研究的背景、目的及意义国内外城市轨道交通隧道掘进机施工，绝大多数采用盾构机施工，管片背后采用同步注水泥砂浆的方式回填管片与开挖洞壁之间的间隙，主要存在返浆、卡盾、管片上浮、堵管、收缩率较大形成空洞等诸多通病，并且尚无有效的克服手段。如何避免城市轨道交通单护盾掘进机施工过程中管片背后回填注浆存在反浆、堵管、卡盾等施工难题以及管片上浮、错台、空洞等质量通病，已成为城市轨道交通施工中急需

2、解决的一棘手难题，也成为一项重要研究课题。铜锣山隧道复合式TBM进洞端为28‰的下坡，并且为曲线结构，步进距离较长，采用安全快速高效的步进方式，为提高在多山城市轨道交通掘进机施工效率具有积极意义。1.2课题研究现状目前，国内外城市轨道交通掘进机施工，绝大多数采用盾构机施工，且同步注浆无吹填豆砾石和灌水泥浆施工先例。目前国内外TBM步进方式主要单机架式、双机架式，轮对式等步进模式，轨道交通领域中盾构机步进几乎全部采用托架式的步进技术。1.3存在的问题1.3.1管片背后回填注浆就目前掌握的其他项目的情况和我

3、部对复合盾构掘进机性能的研究，单护盾硬岩掘进机要实现同步注水泥砂浆，主要存在：返浆、卡盾、管片上浮、收缩率较大等诸多通病，并且目前尚无有效的克服手段，且国内及国际尚无应用先例。分析如下：1）易造成返浆、导致卡盾通常情况下同步注水泥砂浆适用于土压平衡盾构或泥水盾构。土压平衡盾构或泥水盾构刀盘带压作业，盾体与洞壁之间有介质填充，盾体与洞壁无间隙，水泥砂浆不会向刀盘方向返浆。本项目复合式TBM段地质主要是砂岩、泥岩，自稳能力好，围岩基本无收敛，设备在掘进时是全程皮带出渣，刀盘处于常压状态，盾体与围岩间隙25~

4、50mm。如采用同步注水泥砂浆，盾体与围岩的间隙处很容易返浆，导致砂浆浪费和卡盾现象发生。如果卡盾，一般需要7~10天进行处理，严重影响施工进度。2）管片上浮现象严重根据计算，底拱130°范围的浆液浮力刚好平衡管片重量，同步注浆至中间位置产生29.4吨的最大浮力，超过自重21.4吨的C型管片，会产生很大的上浮力。3）水泥砂浆的收缩率通常在0.8~1%，豆砾石注浆基本不收缩。4）目前国内及国际上的单护盾机型（硬岩掘进）没有使用同步注水泥砂浆的先例，同时，详细咨询了设备的制造商罗宾斯公司，设备制造商也不建议

5、采用同步注浆。基于以上同步灌注水泥砂浆的诸多问题，结合铜锣山隧道的具体地质情况，我部决定采用豆砾石吹填灌浆方案。1.3.2复合式TBM步进铜锣山隧道复合式TBM进洞端为28‰的下坡，并且为曲线结构，步进距离较长，采用托架式步进对方向的控制和安全均具有较大的挑战。1.4主要研究内容该课题主要针对城市轨道交通施工中单护盾掘进机（TBM）管片背后回填注浆过程中存在返浆、卡盾、管片上浮、错台等现象，以重庆轨道交通六号线二期铜锣山隧道施工为依托工程，主要解决施工过程中管片背后注浆存在反浆、管片上浮、错台，节约工期

6、和缩短施工成本等方面进行相关研究。针对铜锣山隧道步进洞段曲线结构以及28‰的下坡，结合以往TBM步进经验，提出多种步进方案进行分析、比较、论证。1.5研究的方法首先在洞外进行管片背后吹填豆砾石试验，试验成功。在掘进阶段，管片拼装完成后，进行管片全环豆砾石吹填，并进行底部90°范围同步注水泥净浆，随后在距尾部首环140m范围开始对管片两侧、顶部梯度注水泥净浆，封堵注浆孔。通过检验，根据情况分析判断是否需要二次注浆（补浆）。多种步进方式经过反复的比选，结合铜锣山隧道步进洞实际情况，最终采用了混凝土弧形槽导向

7、和滑动的步进技术。1.6主要研究成果复合式TBM采用管片背后豆砾石回填注浆工艺后，管片上浮将得到有效控制，减少管片错台现象及管片安装循环时间，很好的解决了重庆雨水丰富管片易产生渗漏水问题，极大地提高了成洞质量采用混凝土弧形槽导向和滑动摩擦步进技术，实现了日步进110米的好成绩，比通常采用的托架式步进节约时间5天。在步进过程中采用预埋钢轨上安装可拆卸牛踢腿，减少了预制管片的使用费用，节约了成本200万元。1.7主要创新点1.7.1管片背后豆砾石回填注浆1、返浆、卡盾通病得到很好的解决。吹填豆砾石顺序：先吹

8、填底部90°，并进行底部90°范围同步注水泥浆，底部90°护盾与围岩最大间隙7.3mm，同时盾尾刷也起到部分止浆作用，因此基本可以阻止浆液的返浆，也就降低了返浆凝固卡盾现象的发生。2、克服了管片上浮：底部90°范围注水泥浆不足以使管片上浮。3、豆砾石吹填灌浆后收缩率明显减小。4、豆砾石混凝土强度容易满足设计强度。5、克服了管片上浮，减少了循环时间：同步全环注水泥砂浆，为了减少管片上浮，必须需要控制注浆速度，而豆砾石吹填灌浆克服了管片上浮，减