一种隧道TBM始发、掘进、到达的施工方法与流程

一种隧道tbm始发、掘进、到达的施工方法
技术领域
1.本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种隧道tbm始发、掘进、到达的施工方法。


背景技术：

2.隧道掘进机(tunnel boring machine，简称tbm)，掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业，是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备，具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长隧洞的施工，在中国铁道、水电、交通、矿山、市政等隧洞工程中应用正在迅猛增长。包括硬岩tbm和软地tbm，软地tbm一般是指盾构机，因此我们常说的tbm一般是指适合硬岩掘进的隧道掘进机。通过旋转刀盘上的铲斗齿拾起石渣，落入主机皮带机上向后输送，再通过牵引矿渣车或隧洞连续皮带机运渣到洞外。
3.但现有的隧道施工方法中，不适用与大规模隧道工程，其隧道施工中掘进施工效率低，安全性低。


技术实现要素：

4.针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种隧道tbm始发、掘进、到达的施工方法，其解决了现有技术中存在隧道施工方法中，不适用与大规模隧道工程，其隧道施工中掘进施工效率低，安全性低的问题。
5.根据本发明的实施例，一种隧道tbm始发、掘进、到达的施工方法，其包括：步骤一：施工工程地质与水文地质条件进行考察及分析；
6.步骤二：施工平面布置：对tbm场地和临建设施布置，以及对施工用电、生产与生活用水、排污与环保、施工视频监控布置；
7.步骤三：tmb始发施工：tbm在车站内，自tbm主机开始定位，刀盘向前推进贯入围岩，沿设计线路向前掘进；
8.步骤四：tbm正常掘进施工；
9.步骤五：tbm到达段施工。
10.优选的，所述步骤三中包括如下步骤：
11.(1)端头加固；
12.(2)轨线铺设；
13.(3)始发台安装、加固；
14.(4)反力架安装、加固；
15.(5)tbm机吊装下井及组装；
16.(6)tbm机调试；
17.(7)洞门凿除；
18.(8)洞门密封安装；
19.(9)负环管片拼装；
20.(10)tbm试验段掘进；
21.(11)洞门封堵；
22.(12)负环管片、反力架、始发台拆除。优选的，所述步骤四中包括如下步骤：
23.1)洞内水平运输；
24.2)tbm掘进操作控制程序；
25.3)出土量控制；
26.4)tbm机掘进技术参数控制；
27.5)tbm机掘进方向及姿态控制；
28.6)渣土改良；
29.7)同步注浆；
30.8)二次注浆；
31.9)管片拼装；
32.10)滞后沉降的控制及应急措施；
33.11)施工通风及管线布置；
34.12)隧道防水；
35.13)隧道施工截、排水；
36.14)刀具管理；
37.15)开仓换刀施工。
38.优选的，所述步骤五中包括如下步骤：
39.①
tbm机接收测量；
40.②
接收段掘进控制；
41.③
同步注浆及二次注浆；
42.④
托架安装及洞门凿除；
43.⑤
洞门防水装置的安装；
44.⑥
tbm接收施工；
45.⑦
到达段注意事项；
46.⑧
tbm空推过站。
47.优选的，所述始发台安装、加固步骤中，始发架上的tbm机须对准洞门中心，与隧道轴线一致，依据隧道设计轴线，定出始发时tbm机、始发架和反力架确切的空间位置。
48.优选的，所述洞门凿除步骤中，具体包括如下流程：
49.s1：洞门测量复核；
50.s2：作业平台搭设；
51.s3：洞门探孔检测：
52.s4：洞门第一次凿除；
53.s5：洞门第二次凿除；
54.s6：人工修复洞门边缘；
55.s7：检查净空尺寸；
56.s8：拆除支架；
57.s9：清渣外运、完成。
58.优选的，所述二次注浆步骤中，洞注浆材料采用水玻璃和水泥浆的双液浆，水泥浆的水灰重量比：1:1；注入时浆液与水玻璃体积比为：水泥浆：水玻璃＝1：1。
59.优选的，所述隧道防水步骤中，管片接缝采用一道中孔型三元乙丙橡胶遇水膨胀弹性橡胶密封垫防水，同时管片外弧面涂刷聚合物水泥防水涂料，管片壁后环形间隙注浆体作为隧道防水的加强层。
60.优选的，所述接收段掘进控制步骤中，tbm掘进姿态水平、垂直控制偏差均控制在
±
30mm内；各千斤顶的最大行程差控制在
±
30mm内。
61.优选的，所述渣土改良步骤中，泡沫添加量，泡沫使用浓度3～5％的泡沫原液，发泡体积膨胀率为10～16倍，泡沫注入率为10～15％。
62.相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：通过设计地质水文考察分析、施工平面设置、tbm始发施工、tbm正常掘进施工和tbm到达施工几大步骤，提高了隧道施工效率，提高了施工的可行性，保证的施工的安全性，本发明适用范围广。
附图说明
63.图1为本发明的施工方法步骤示意图；
64.图2为本发明的始发台布置平面图；
65.图3为本发明的tbm始发后支撑体系示意图；
66.图4为本发明的反力架加固平面示意图；
67.图5为本发明的洞门凿除流程示意图；
68.图6为本发明的洞门密封装置安装示意图；
69.图7为本发明的洞门密封安装流程示意图；
70.图8为本发明的掘进控制操作控制程序流程示意图；
71.图9为本发明的二次注浆流程示意图；
72.图10为本发明的洞内管线布设示意图；
73.图11为本发明的tbm过站施工程序示意图。
具体实施方式
74.下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
75.如图1所示，本发明实施例提出了一种隧道tbm始发、掘进、到达的施工方法，包括：步骤一：施工工程地质与水文地质条件进行考察及分析；
76.步骤二：施工平面布置，对tbm场地和临建设施布置，以及对施工用电、生产与生活用水、排污与环保、施工视频监控布置；
77.步骤三：tmb始发施工，tbm在车站内，自tbm主机开始定位，刀盘向前推进贯入围岩，沿设计线路向前掘进；
78.步骤四：tbm正常掘进施工；
79.步骤五：tbm到达段施工。
80.所述步骤三中包括如下步骤：
81.(1)端头加固；
82.根据具体始发站施工地具体地质，进行端头加固施工。
83.(2)轨线铺设；
84.车站底板敷设平顺、牢固的后配套台车和电瓶车轨道，钢轨采用标准43kg/m重轨轨道。台车轨道铺设时，要考虑轨道与侧墙之间的净空，能满足tbm机台车放置空间。
85.(3)始发台安装、加固；
86.始发架是tbm机盾体在工作井始发时的基座，它必须能够承受tbm机的自重。始发架的大小能够保证tbm机的移动安装，始发架对于tbm始发掘进初期管片拼装及最终管片的精度有很大的影响，为了确保精度，始发架上的tbm机须对准洞门中心，与隧道轴线一致。
87.依据隧道设计轴线，定出始发时tbm机、始发架和反力架确切的空间位置。由于始发架在tbm始发时承受纵向、横向的推力以及抵抗tbm扭转的扭矩，因此需要对始发架两侧进行必要的加固。
88.始发台定位，始发台的位置根据测量组实测的洞门圆心坐标，放样线路中线点，在始发台完成定位后，测量组进行始发台位置和标高进行复测，复测无误后，再进行始发台加固。
89.始发台加固，始发台两侧各需6组175h型钢加固。始发台左侧使用175h型钢支撑于侧墙上。175h型钢一端焊接在始发台架上，另一端支撑与侧墙上支点垫10mm的钢板(250mm
×
250mm)，焊接的地方均需焊接牢固。始发台右侧175h型钢一端焊接固定在始发台上，另一端通过与底板打孔预埋钢筋，固定于地面上。
90.始发台前端距离洞门端墙1000mm,在始发台前端需焊接两组双拼1000mm175h型钢支撑于洞门端墙上，防止始发台前移。
91.始发台末端距离反力架400mm,在始发台尾部与反力架之间采用三组双拼400mmh175型钢焊接，并加支腿，防止始发台后移。具体见图2。
92.(4)反力架安装、加固；
93.tbm始发支撑体系是在tbm始发阶段为tbm掘进提供推进反力的装置。包括始发基座、负环管片、反力架等，tbm始发后支撑体系安装结构如图3所示。
94.反力架定位：反力架前端紧贴负环管片，测量组提前放出隧道中线位置和高程、反力架前端和后端的里程，反力架中心线与tbm机中心线一致，加固人员反复符合无误后进行加固作业；根据测量组提前放出的隧道中线位置和高程、反力架前端顶部和底部的里程，严格控制反力架的中线、高程、垂直度及里程；反力架安装完成加固前，测量组进行复测。侧面两组双拼175h型钢防上浮。
95.反力架加固：立柱顶部侧面采用2组双排h175型钢+钢板斜撑加固，1根撑于中板，1根撑于底板，顶部一端满焊在反力架上，另一端支撑在始发井中板上，防止反力架上浮；底部一端满焊在反力架上，另一端支撑在始发井侧墙上；立柱后侧与始发井结构采用四组单排h400型钢+钢板加固，一端满焊在反力架上，另一端支撑在始发井结构上；反力架左侧立柱：立柱侧边采用两组双排h175型钢斜撑加固，1根撑于中板，1根撑于底板，斜撑与反力架立柱夹角45度，防止上浮；立柱后侧下部采用1根1100mmh400型钢+钢板加固；立柱后侧中上部采用三根长度分别为8635mm、5297mm、1958mm h400型钢斜撑加固，斜撑与反力架夹角45度。在主体底板钢筋上焊接钢板，将三根斜撑一端满焊在反力架上，另一端满焊在钢板上，连接处满焊；在顶部“k”字梁上采用六组双排长分别为1100mmh175型钢加固；在底部“k”字
梁中部与站台端墙间采用4根长度1100mmh400型钢+钢板(500mm*500mm)加固，一端满焊在反力架上，另一端支撑在中板上，并与钢板焊接牢固；反力架支撑与始发井侧壁的连接处不得有空隙存在，以免推进过程中造成反力架变形，详见图4所示。
96.(5)tbm机吊装下井及组装；
97.主机组装用始发架下井，并精确定位；盾体下井前清洁结合面，并焊接垫块，以调整盾壳直径差别；盾尾临时使用支撑制作并安装及盾体前移反力座制作，采用350吨履带吊吊装下井。中前盾下部1块吊入井下始发架上。吊装主驱动放入中前盾主轴承基座内。安装中盾米字梁，安装中前盾左右两块，然后安装顶部1块中前盾连接块，保证前盾与连续墙之间留2000mm的距离，方便刀盘的安装。刀盘在地面工装下组装完毕。刀盘共分为4块，采用350吨履带吊地面翻转，翻转后吊装下井。安装刀盘与主驱动连接螺栓。紧固4个角后，吊车松钩。用辅助泵站驱动tbm底部2根油缸将盾体整体前移至掌子面。将盾尾在地面两块底部1块吊运到始发井下，上部两块在地面拼装焊接，管片安装机安装以及螺旋输送机安装，铺设后配套轨道，将螺旋输送机平推至盾壳内，用2辆吊车分别吊起螺旋输送机前后两端，移走管片小车，然后前端用10t倒链，后端用吊车多次调整，将螺旋输送机安装到位。最后将管片小车吊出，盾尾上部安装，将在地面上焊接好的顶部盾尾块，吊运到井下，焊接，拖车轨道铺设，后配套前移并与主机连接，后配套与主机管线连接，反力架安装。
98.(6)tbm机调试；
99.tbm机组装和连接完毕后，即可进行空载调试，空载调试的目的主要是检查设备是否能正常运转。主要调试内容为：液压系统，润滑系统，冷却系统，配电系统，注浆系统，以及各种仪表的校正。
100.电气部分运行调试：检查送电
→
检查电机
→
分系统参数设置与试运行
→
整机试运行
→
再次调试。
101.空载调试证明tbm机具有工作能力后即可进行负载调试。负载调试的主要目的是检查各种管线及密封的负载能力；对空载调试不能完成的工作进一步完善，以使tbm机的各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状态。通常试掘进时间即为对设备负载调试时间。负载调试时将采取严格的技术和管理措施保证工程安全、工程质量和线型精度。
102.(7)洞门凿除；
103.洞门凿除流程见附图5所示，洞门测量复核、作业平台搭设；根据设计情况，始发段地层情况较好，掌子面为原地层进行一层钢筋网片和喷混处理，洞门凿除800mm,以满足tbm始发需求。洞门凿除工序为：洞门复测，作业平台搭设，钢筋网片拨除，洞门凿除。
104.(8)洞门密封安装；
105.洞门密封装置主要包括：帘布橡胶板、折页式压板、垫圈和m20双头螺栓等。具体洞门密封安装见附图6所示。
106.利用脚手架钢管搭设的作业平台，及时清理预埋在洞门钢环上的螺栓孔，保证孔内无杂物，螺杆能顺利的旋入到预计位置；螺栓孔彻底清理后，将m20螺栓安装、拧紧，安装的同时注意保持外露端头螺纹的完整无损坏；将帘布橡胶板挂在m20螺栓上并将凸缘面向洞门侧。帘布橡胶板安装前，提前检查帘布橡胶板有无破损，若有则及时更换。帘布橡胶板每5
°
一个φ24螺栓孔，安装时注意帘布橡胶板孔位与洞门预埋钢板孔位一一对应；帘布橡
胶板安装完后，再安装折叶压板；帘布橡胶板、折页式压板、垫圈安装完成后拧紧m20螺栓螺帽。其安装流程如附图7所示，tbm始发时，刀盘涂抹黄油，防止刀盘旋转损坏洞门密封装置。。
107.(9)负环管片拼装；
108.当tbm机调试完毕，手涂油脂涂满后，即可开始进行负环管片的安装，在拼装之前要清除盾尾拼装部位的垃圾。落底块管片属第一块定位管片，其拼装质量将直接会影响负环管片拼装质量及其与tbm的相对位置，除保证其与前环管片无踏步、居中拼装等一般要求外，还应保证其与隧道轴线的垂直度(水平、纵向二个方向)。
109.(10)tbm试验段掘进；
110.确定掘进长度，初期掘进长度考虑以下几个因素：tbm机和后方台车的长度；轨道的布置需要；管片与土体之间的摩擦力足以支持tbm机的正常掘进。
111.试验段掘进需达到目的：掌握tbm在推进时各项参数的调节控制方法。测定和统计不同地层条件下推力、扭矩的大小；tbm机姿态的控制特点；注浆参数的选择和浆液配比的优化；同步注浆中出现的问题和解决方法；各种刀具的适应性；熟练掌握管片拼装工艺及注浆工艺；掌握施工监测与tbm机推进施工的协调方法等。及时分析在不同地层中各种推进参数条件下，地层的位移规律和结构受力情况，以及施工对地面环境的影响，并及时反馈、调整施工参数。
112.(11)洞门封堵；
113.tbm掘进过程中，盾尾完全进入橡胶帘布后，进行洞门封堵工作，洞门封堵优先采用二次注浆，如橡胶帘布与管片接缝出现漏浆采用堵漏剂进行封堵，漏浆较大时在对应管片注浆孔采用二次注浆机进行注浆，注浆采用双液浆，将漏浆处堵住后使用同步注浆进行封堵，封堵顺序为由下而上进行封堵。
114.(12)负环管片、反力架、始发台拆除。
115.负环拆除要待tbm机完全进入隧道后方可拆除，tbm机停止掘进，洞口封堵，搭设负环拆除操作平台。
116.所述步骤四中包括如下步骤：
117.1)洞内水平运输；
118.隧道内左右线轨线布置采用43kg钢轨铺设单线，轨距为970mm，钢轨枕采用16#槽钢，间距为1.0m，用压板螺栓固定钢轨，轨枕间用钢筋拉牢，在始发井铺设双线。便于列车编组会车，出渣、下料等(隧道内铺单线)。
119.tbm正常掘进过程中，每掘进1环需配备2列编组。其中1号编组包括1个电瓶车、5个在渣斗车(20m3)，1个砂浆车，1个管片车；2号编组为1个电瓶车、5个渣土车(20m3)，2个管片车。
120.掘进流程为：1号编组进洞运输管片和砂浆后，掘进半环(5斗渣)后编组出洞，2号编组进洞运输剩余管片，掘进半环(5斗渣)后编组出洞，掘进1环完毕，开始拼装，待拼装完成后1号编组进洞，开始下一个循环。为配合编组运行，在车站内设置双开道岔，在车站内形成两组轨道。
121.2)tbm掘进操作控制程序；
122.tbm机采用土压平衡模式进行掘进施工可有效保证土体的稳定、地表建筑物和施
工安全。tbm施工参数在表中范围内选取，并在施工中不断优化调整，掘进控制操作控制程序如8图所示。
123.3)出土量控制；
124.在施工过程中，出土量控制采用体积、质量双控制(门吊称重)。在掘进过程中，必须严格控制每环的出土量，施工过程中，实际出土体积与理论体积误差量应控制在
±
3％以内，必须严格控制每环的出土量，并作好记录，随时总结比对。
125.4)tbm机掘进技术参数控制；
126.正常掘进时的参数选取见下表：
[0127][0128][0129]
5)tbm机掘进方向及姿态控制；
[0130]
滚动控制:
[0131]
采用tbm机刀盘正反转的方法，纠正滚动偏差。允许滚动偏差≤3
°
，当超过3
°
时，tbm机报警，提示操纵者必须切换刀盘旋转方向，进行反转纠偏。
[0132]
竖直方向控制:
[0133]
控制tbm机方向的主要因素是千斤顶的单侧推力，它与tbm机姿态变化量间的关系非常离散，主要靠操作人员的经验来掌握。当tbm机出现下俯时，可加大下侧千斤顶的推力，适当减小上侧千斤顶推力；当tbm机出现上仰时，可加大上侧千斤顶的推力，适当减小下侧千斤顶推力；同时根据盾尾间隙，配合管片拼装点位来进行纠偏。
[0134]
水平方向控制:
[0135]
与竖直方向纠偏的原理一样，左偏时加大左侧千斤顶的推力，适当减小右侧千斤顶推力；右偏时则加大右侧千斤顶推力，适当减小左侧千斤顶推力，同时根据盾尾间隙，配合管片拼装点位来进行纠偏，使tbm机沿着隧道设计轴线方向掘进。
[0136]
tbm机纠偏以长距离缓纠偏为原则，如纠偏过急，容易造成管片错台、破裂，掘进方向更加不易控制。在直线推进的情况下，选取tbm机当前所在位置点与设计线上远方的一点作一直线，然后再以这条线为新的基准进行线形管理。在曲线推进的情况下，使tbm机当前所在位置点与远方点的连线同设计曲线相切。
[0137]
6)渣土改良；
[0138]
渣土改良就是通过tbm机配置的专用装置向刀盘切削面或土舱内注入添加剂，利用刀盘的旋转搅拌或土舱搅拌装置搅拌使添加剂与渣土混合，将开挖面切削下来的土体在
压力舱内调整成一种“塑性流动状态”。从而最大程度上增加开挖土体的流塑性，将tbm掘进中喷涌、结泥饼、开挖面失稳、排土不畅等因土体性质不良导致的施工故障发生的可能性降到最低。减小刀盘对周边土体的扰动及刀具的磨损。
[0139]
渣土改良选择泡沫、膨润土以及聚合物作为主要添加剂，根据不同地层选择添加合适数量的添加剂以及合理的注入工艺。
[0140]
根据不同添加剂的改良机理及地层状况，合理选择各个注入孔注入的添加剂类型。对于刀盘中心注入孔，应选择注入泡沫；对于螺旋机筒体上的注入孔，根据现场情况，预备注入泡沫孔；此外，其他孔应根据注入量的大小进行选择，确保每种浆液均能够均匀注入土舱及开挖面内。
[0141]
对于单一地层，施工过程中，同一注浆孔应避免频繁更换添加剂种类。如果确实需要更换，则应利用清水将管路完全清洗干净后，方可进行更换。
[0142]
tbm推进前，首先加入泡沫，转动刀盘，待刀盘扭矩正常稳定后，再向前推进。每环推进完成后，转动刀盘3min左右再停止加泡沫。
[0143]
泡沫添加量：泡沫暂定使用浓度3～5％的泡沫原液(取4％),发泡体积膨胀率一般为10～16倍(取12倍)，泡沫注入率一般为10～15％(取12.5％)，则每环泡沫剂的用量为：
[0144]
v虚＝(8.83/2)2
×
1.8
×
3.14＝110m3[0145]
v泡沫＝v虚
·
注入率＝110
×
12.5％＝13750l
[0146]
v泡沫原液＝v泡沫/(发泡倍数+1)
×
原液比＝13750/(12+1)
×
0.04＝42l
[0147]
7)同步注浆；
[0148]
采用水泥砂浆作为同步注浆材料，该浆材具有结石率高、结石体强度高、耐久性和能防止地下水侵蚀的特点。水泥采用42.5抗硫酸硅酸盐水泥，以提高注浆结石体的耐腐蚀性，使管片处在耐腐蚀注浆结石体的包裹内，减弱地下水对管片混凝土的腐蚀。
[0149]
浆液配比及主要物理力学指标见下表:
[0150]
水泥(kg)粉煤灰(kg)膨润土(kg)砂(kg)水(kg)添加剂180～230280～32050～90650～900450～500根据情况添加
[0151]
同步注浆初步拟采用表所示的配比。在施工中，根据地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验优化确定。同步注浆浆液的主要物理力学性能指标如：
[0152]
①
胶凝时间：一般为3～5h，根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。对于强透水地层和需要注浆提供较高的早期强度的地段，可通过现场试验进一步调整配比和加入早强剂，进一步缩短胶凝时间。
[0153]
②
固结体强度：一天不小于0.2mpa，28天不小于2.5mpa。
[0154]
③
浆液结石率：》95％，即固结收缩率《5％。
[0155]
④
浆液稠度：8～12cm。
[0156]
⑤
浆液稳定性：倾析率(静置沉淀后上浮水体积与总体积之比)小于5％。
[0157]
参数控制
[0158]
注浆压力：同步注浆时要求在地层中的浆液压力大于该点的静止水压力及土压力之和，做到尽量填补同时又不产生劈裂。注浆压力过大，管片周围土层将会被浆液扰动而造成后期地层沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑浆；而注浆压力过小，浆液填充速度过慢，填充不密室，地表沉降量增大。同步注浆压力取值为：2～4bar，并根据监控量测结果作适当
调整。
[0159]
注浆量：同步注浆量理论上是充填盾尾建筑空隙，但同时要考虑tbm推进过程中的纠编、浆液渗透(与地质情况有关)及注浆材料固结收缩等因素。
[0160]
注浆速度：tbm机掘进的同时，进行同步注浆，同步注浆的速度与tbm推进速度相匹配。
[0161]
注浆顺序：采用6个注浆孔同时压注，在每个注浆孔出口设置压力检测器，以便对各注浆孔的注浆压力和注浆量进行检测与控制，从而实现对管片背后的对称均匀压注。
[0162]
结束标准：采用双指标标准，即注浆压力达到设计压力或注浆压力未达到设计压力，但注浆量达到设计注浆量，即可停止注入。
[0163]
8)二次注浆；
[0164]
同步注浆系统有一定的合理使用范围，在某些敏感区域有一定的局限性，如在渗透系数较大的地层中。由于在此地层中tbm的推进速度相对较快，而自动注浆出口均分布在上部，浆液注入后很难形成单独固化体，尤其是在中下部，形成局部注入盲点。需对脱出盾尾的管片及时进行二次、多次注浆，二次注浆一般在管片脱出盾尾3～5环后进行。
[0165]
二次注浆的注入方式及工艺流程见附图9所示。
[0166]
注浆材料、配合比：注浆材料采用双液浆：即水玻璃+水泥浆(水泥：p.o42.5,水玻璃：38be)。浆液配比及其相关参数指标如下：
[0167]
tbm机配备二次注浆设备，可以通过管片预留注浆孔向管片外侧注入水泥+水玻璃浆液，浆液配比见表。
[0168]
二次注浆材料及配比表(m3)
[0169]
注浆材料配比备注水泥浆液水灰比＝1:1水泥采用p.o42.5水玻璃38be根据凝固时间调整
[0170]
浆液初凝时间小于60秒。浆液种类及配比可根据穿越实际地层及现场试验情况进行相应调整。
[0171]
注浆设备：每条隧道均配备双液注浆泵1台(一个压力泵站、两个浆液桶和一个注浆机组成),小型浆液拌合筒1个，注浆阀6个，50mφ32注浆软管3条，1条备用，三通1个，开孔钻一台。
[0172]
注浆施工：
[0173]
①
注浆顺序：二次注浆宜在tbm通过8～10环之后进行。
[0174]
②
注浆压力：二次注浆压力控制在0.2～0.3mpa，不高于0.3mpa。
[0175]
③
二次注浆开孔：采用隔环开孔、开孔深度以打穿同步注浆层为宜，约50cm。
[0176]
④
二次、多次补强注浆工艺：在注浆前先选择吊装孔作为注浆孔位，装上注浆单向逆止阀后，用电锤钻穿吊装孔位厚3cm保护层，开孔深度不低于50cm为宜，接上三通及水泥浆管和水玻璃管。注双液浆时，先注纯水泥浆液1min后，打开水玻璃阀进行混合注入，终孔时应加大水玻璃的浓度。在一个孔注浆完结后应等待5～10分钟后将该注浆头打开疏通查看注入效果，如果水很大，应再次注入，至有较少水流出时可终孔，拆除注浆头并加盖闷头盖。如监测数据反映沉降仍不稳定，可采取多次补强措施控制沉降。
[0177]
9)管片拼装；
[0178]
管片质量要求：管片表面不得出现裂缝、破损、掉角等现象，根据技术规范要求。
[0179]
管片拼装精度要求表
[0180]
序号项目允许偏差(mm)1拼装成环后水平直径与垂直直径允许偏差
±
502第一片管片定位量允许偏差
±
33相邻管片环内错台54相邻管片环间错台65环缝张开≤26纵缝张开≤2
[0181]
管片拼装：先拼装底部管片，然后自下而上左右交叉安装，最后拼装封顶块。拼装中每环管片应均布摆匀并严格控制环面高差。管片拼装时，应先将待拼管片区域内的千斤顶油缸回缩，满足管片就位的空间要求。在进行管片初步就位过程中，应平稳控制管片拼装机的动作，避免管片与相邻管片发生摩擦、碰撞而造成管片或橡胶密封垫的损坏。管片初步就位后，根据盾尾间隙对管片进行微调，当相邻管片环面高差达到要求后，及时伸出千斤顶并受力，防止管片移位。千斤顶顶紧后进行管片连接螺栓的安装。前一块管片拼装结束后，重复上一步骤，继续进行其它管片的拼装。
[0182]
10)滞后沉降的控制及应急措施；
[0183]
为了控制地表滞后沉降，根据滞后沉降的成因及发展过程，必须采取以下几个方面措施：
[0184]
掘进控制
[0185]
掘进控制是防止滞后沉降最关键的环节，因此，滞后沉降控制要重点在于控制tbm掘进过程。结合tbm施工工艺，有可能造成地层损失(或地面坍塌)的因素有以下四方面：
[0186]
1.出土量大，即每阶段螺机出土量大于渣土进仓总量。
[0187]
2.发生喷涌，即螺机后端土水压力很高，高压水带砂或泥浆涌出。
[0188]
3.注浆量不足，即同步注浆量小于推进一定速度所需的理论注浆量，无法有效填充推进后产生空隙。
[0189]
4.土仓内为虚土压
[0190]
针对这四方面的情况，总的措施是主动防护，充分注浆(加强同步注浆和填充注浆或地表跟踪注浆)，控制欠压，深层量测，应急为辅，积极补救，加强地面监测，对应的技术措施如下：
[0191]
每推进400mm复核相应的出土量，确定每环出土总量是否超限，通过出渣体积和出渣重量对出渣进行双控措施。特殊情况下应加大检查核对频率。应急措施：立即关闭螺旋，停止出土，分析原因后，采取停止出土或减少出土的措施。
[0192]
对于可能发生涌水地段，先在土仓上部采用气压疏水；加强渣土改良，改善其和易性。应急措施：立即关闭螺旋，停止出土，分析原因后首先采取土仓加压；对于水压大(螺机后端)或气压疏水效果差情况，在土仓下部进行聚合物有效改良。
[0193]
同步注浆量砂岩及风险源地层应保持在12m3以上，泥岩地层应保持在10m3并同时保证注浆压力控制在2～4bar(地面监控量测较稳定的情况下可适量增加注浆压力)。应急措施：立即停止掘进，在保证压力达到规定值的前提下加大同步注浆量；及时对脱出盾尾的
管片进行二次注浆填充。
[0194]
在注重出土量双控管理的同时，结合土压力的升降情况及地下水位，判断土体满仓；在停止刀盘旋转时，及时对土仓上部排气，观察排出物体，土压力的升降情况。应急措施：立即停止出土，继续掘进，直到判断出满仓。一旦地面监测或其它有异常，立即启动应急预案，并及时封闭可能影响的地面范围，将影响降到最低。
[0195]
根据不同地层计算出相对应的单位距离出土量。应急措施：立即关闭螺旋，停止出土，分析原因后，采取停止出土或减少出土推进。
[0196]
在可疑掘进区域进行二次注浆以及地面跟踪注浆。
[0197]
土仓开仓控制
[0198]
在tbm换刀过程中，防止开仓点地层坍塌的措施主要有以下几个方面。
[0199]
1.在空仓形成阶段，预先等大土仓压力，过程中逐步采用预设气压代替土压，并最终在土仓内形成稳定气压直到作业结束。
[0200]
2.开仓过程中，注意地下水位及掌子面渗水状况；随时备用防护挡板，并根据掌子面的稳定情况而选择是否安装；同时排专人做好地面监控。
[0201]
3.恢复掘进阶段，在土仓内回填泥浆或保持气压，保持较高掘进速度，直到土仓满为止。
[0202]
4.恢复掘进后对换刀地点进行二次注浆。
[0203]
5.定时检查螺机排土闸门的失电自动关闭装置，将其保持在完好状态。
[0204]
地表巡查和钻探
[0205]
前面两种控制方法未必就能够完全防止地层中空腔的形成，因此，当地层中可能存在空腔时，必须进行有效的巡查和钻孔。
[0206]
1.除了日常的监测外，还应建立地表巡查制度，安排专人沿隧道线路巡视，发现地表有异常变形及时报告。
[0207]
2.对可疑地点应立即进行临时交通疏解，树立警示标志，防止车辆通过碾压，经过确认安全后才能恢复。
[0208]
3.当发现地表下方可能存在空洞时，应进行钻孔探察。钻孔过程应避开地下管线。
[0209]
4.根据钻孔探察情况进行补充注浆，并回填密实。
[0210]
11.施工通风及管线布置；
[0211]
施工中采用压入式通风来解决防尘、降温及人员、设备所需要新鲜空气。tbm始发时风机设在tbm始发井内，以保证良好的通风效果，配备1台2
×
55kw轴流风机压入式通风，采用直径拉链式软风管，它具有空气流动性能好、效率高、节省能量、噪音低、结构紧凑、安装方便等特点。风管则选用了pvc增强塑纤布拉链式φ1.0m柔性风管。该风管具有较强的抗拉强度和较小的伸长率，接头方式新颖，使用方便，重量轻，易安装，破损较少，径向变形也小。另接头光滑、严密，能有效地减少漏风和系统阻力。
[0212]
根据tbm施工的特点，在隧道内布置“三管、三线、一走道”，三管即φ150mm的冷却水管、φ100mm的排污管和φ1500mm的通风管。三线即10kv高压电缆、36v灯带照明线和43kg的运输轨线，一走道即人行道。其布置形式如附图10所示。
[0213]
12)隧道防水；
[0214]
管片接缝采用一道中孔型三元乙丙橡胶遇水膨胀弹性橡胶密封垫防水，同时管片
外弧面涂刷聚合物水泥防水涂料，环纵缝内侧进行嵌缝加强防水；管片壁后环形间隙注浆体作为隧道防水的加强层。
[0215]
tbm隧道与tbm隧道洞门之间是tbm隧道防水的薄弱环节之一。变形缝环、进出洞口、联络通道各20环，联络通道两侧各20环，做环、纵缝整环嵌缝，采用双组份聚硫密封胶也可采用聚氨酯密封胶。
[0216]
其余嵌缝范围拱底90度，采用聚合物水泥砂浆嵌缝。嵌缝作业应在接缝堵漏和无明显渗水后进行。
[0217]
手孔封堵：180度及以上采用塑料保护罩充填发泡聚氨酯或防腐砂浆；道床以外180度以下采用细石混凝土填充。
[0218]
13)隧道施工截、排水；
[0219]
雨期下雨过大难以排除，甚至通过排水管道倒流，从雨水排水口冒出。其原因可能是雨水管道某段出现堵塞，或江河湖水位上涨，造成预留口和吊装口处于相对低位，或挡墙低，雨水流入车站及隧道。
[0220]
排水预防及措施：
[0221]
(1)围档内临时道路的路基应碾压坚实、硬化处理，做好排水沟，确保雨期道路循环通畅，不淹不冲、不陷不滑。施工场地排水坡度应不小于0.3％，并能防止周边地区的水流入。凡有可能积水的区域，应事先填筑平整。
[0222]
(2)现场配备抽水设备和覆盖材料，以防止突然降雨对设备及材料的损伤。
[0223]
(3)按照小雨不间断施工，大雨过后继续施工，暴雨过后不影响施工的原则来布置工作。
[0224]
(4)进场后立即将场内道路全部用混凝土硬化，雨期施工必须有组织排水，施工道路要高出周围地势。
[0225]
(5)雨期前对预留洞和吊装井四周进行混凝土浇筑挡水墙等防雨、防水工作，雨期中防止地面水流入车站和隧道内，并根据需要配备水泵，及时抽出流入隧道和基坑内的积水。
[0226]
(6)隧道内最低处设7.5kw潜水(污水)泵连通污水管将隧道内积水进行抽排，排入井口沉淀池，必要时隧道井口使用沙袋设置截水层，防水站台内积水流入隧道。
[0227]
14)刀具管理；
[0228]
(1)刀盘母体材料采用耐磨性、焊接性、冲击韧性较好的q345b，刀盘结构采取防磨损措施。
[0229]
(2)根据岩石的强度，优选耐磨、耐冲击的刀具，保径刀滚刀选择强度较高的重型刀圈，其他滚刀选用掘进时选用镶齿刀，通过提高刀盘转速，减少贯入度，控制刀盘扭矩。
[0230]
(3)在硬岩地段tbm采用掘进参数设定遵循“高转速、低扭矩，小推力”的原则，刀具的布置应采用全断面滚刀的配置形式。
[0231]
15)开仓换刀施工。
[0232]
受地层条件及刀具耐磨的影响，tbm机在掘进隧道施工到一定工程量后，刀具将会磨损，如果不及时进行换刀处理而继续掘进，轻则无法保证正常的掘进速度，重则会使tbm机无法掘进施工，甚至影响tbm机的寿命。因此，tbm机在施工过程进行开仓换刀是必要的工作。
[0233]
所述步骤五中包括如下步骤：
[0234]
①
tbm机接收测量；
[0235]
接收洞门钢环复测：tbm机接收前100m时，要对接收洞门钢环进行再次复测，主要包括钢环中心的平面坐标、标高、以及钢环净空以及变形收敛情况。测量完成后要出详细的数据，在tbm机进站时根据钢环的测量情况来调整tbm机的姿态，使tbm机可以顺利进站。
[0236]
tbm机姿态测量：tbm机到达接收段时要对隧道基线进行测量，确认tbm机的位置，把握好洞口段的线形，并根据tbm机的实际姿态以及洞门钢环的坐标定出tbm机进站的姿态数据。测量tbm机与设计轴线之间的方位角及时纠正偏差，调整tbm机姿态，确保tbm机顺利的进站。
[0237]
②
接收段掘进控制；
[0238]
tbm掘进姿态水平、垂直控制偏差均控制在
±
30mm内；各千斤顶的最大行程差控制在
±
30mm内。
[0239]
执行“停检点”制度、隧道测量定向及复核程序完成后，即开始到达掘进段施工，该阶段掘进除正常施工外，主要以测量定向后调整的导线进行tbm姿态调整，并以控制tbm姿态偏差为重点，在掘进最后50环时，争取将tbm姿态偏差调整在
±
3cm范围内，并尽量保持平稳推进，过程中每10环进行一次人工复测，确保tbm顺利接收；
[0240]
tbm掘进至最后15环时，刀盘即将进入最后10m前，完成洞门区质量检查，破除工作已进入尾声。最后10m掘进过程中，严密关注总推力及推进速度、注意刀盘扭矩等推进参数有无突变，快切入最后10m时放慢掘进速度，保证刀盘充分切削土体，tbm前方均匀受力，防止切入最后10m过快卡住刀盘或引起姿态突变。
[0241]
当tbm切入加固土体3～5米后，仍保持同步注浆，浆液加大水泥参量。逐渐降低土舱压力，降低推进速度不大于20mm/min，同时稳定tbm姿态推进，推进剩余最后10m段过程中注意适当向土舱内注入添加剂，保证渣土流动，以便尽量多的出土降低土压，当tbm刀盘距洞门2米左右时，尽量出土降低土压至0，并控制推进速度在10mm/min左右，在tbm刀盘距洞门500mm时，停止tbm推进，尽可能出空平衡舱内的泥土，防止土压、推力及推进速度过大顶裂洞门，确保混凝土洞门凿除的施工安全，同时避免tbm进入接收井时过多渣土涌入接收井，加大清理难度，影响接收时间。
[0242]
③
同步注浆及二次注浆；
[0243]
管片背后注浆的目的
[0244]
1.控制地表沉降。衬背注浆的最重要目的就是及时填充施工间隙，防止因间隙的存在导致地层发生较大变形或坍塌。
[0245]
2.控制管片的稳定性，提高管片与围岩的共同作用力。用具备一定早期强度的浆液及时填充施工间隙，可以确保管片衬砌早期和后期的稳定。
[0246]
3.提高隧道抗渗能力。盾尾浆液凝固后，一般有一定抗渗性能，可作为隧道的第一道止水防线，提高隧道抗渗性能。
[0247]
4.在到达段施工时，调整浆液的配比加快初凝时间可适当提高管片与土体的摩擦力，增强对管片姿态的控制。
[0248]
tbm机穿越后考虑到环境保护和隧道稳定因素，通过监测地面沉降及隧道变形情况，如沉降和变形接近控制预警值时，则说明同步注浆有不足的地方，需通过管片中部的注
浆孔进行二次注浆，补充同步注浆未填充部分和体积减少部分，从而减少tbm机穿越后土体的后期沉降，减轻隧道的防水压力，提高止水效果。待盾尾离开洞门钢环后，迅速重新调整洞门扇形压板，采用快凝砂浆进行注浆，保证洞门的管片壁后注浆迅速凝结。为加强管片防水和防止管片背后的砂浆突然从洞门冒出，需在倒数第三环开始补充二次注浆来对洞门进行封堵，浆液采用水泥浆与水玻璃体积比为1:1的双液浆 注浆压力保持在0.2～0.5mpa。
[0249]
④
托架安装及洞门凿除；
[0250]
tbm掘进至最后50环时根据预留洞门及车站尺寸结构进行接收架的粗略组装及定位，待刀盘露出洞口后，根据tbm机的实际姿态进行微调、精确定位(接收架轴线与tbm轴线之间的夹角不大于4
‰
),接收架低于tbm2cm左右,如接收架低于于tbm机高度时,在接收架与钢垫轨之间加垫钢板,如接收架高于tbm高度时,在出洞钢导轨上焊接一块楔形钢块。
[0251]
接收架精确定位后对接收架下的钢管垫墩进行连接加固，接收架两侧每隔2.0米焊接18工字钢支撑在车站结构上；焊接一定要牢固，以免tbm机推上接收架时接收架移位。为防止tbm在接收架上前行时接收架向前滑动,在接收架前端设8根18工字钢直撑在接收井前端。
[0252]
洞门凿除根据洞门的稳定性，决定洞门凿除的时间，应尽早进行洞门破除，但应避免破除后暴露时间过长产生坍塌。进行洞门破除，采用“分层分块”的方式从上往下进行凿除施工，可预先凿除洞门桩内侧2/3厚度，保留1/3墙厚度，待tbm机刀盘顶在桩上时，再通过人工凿除砼并切断钢筋，割除剩余钢筋时按照从下往上的顺序进行割除。
[0253]
⑤
洞门防水装置的安装；
[0254]
在洞门预埋钢环上安装橡胶止水帘布、扇形压板、圆环板等组成的防水装置,作为tbm构机进洞阶段临时的防水措施,与此同时做好接收托架的安装与固定。防水装置严格按计要求使用材料及工艺加工组装形成,以达到良好的防水效果。
[0255]
⑥
tbm接收施工；
[0256]
洞门围护桩结构部分破除完毕后，安排人员清理现场渣土，拆除搭设的钢管脚手架，及时推进tbm至洞门橡胶帘布包住tbm，此时tbm前体已上接收架，停止tbm同步注浆作业。
[0257]
完成洞内管片及轨道等准备工作后，快速推进和快速安装管片，不间断推进直至管片安装至洞圈内壁。在拼装衬砌时，必须确保环向、纵向螺栓全部穿入、拧紧，并有专人复拧，若跟不上，须放慢推进速度，以免管片环缝间隙增大，引起环缝漏水。接收环管片安装好后，迅速将tbm机推离洞口，盾尾脱离洞口后，上足人员及设备，立即用5mm圆弧形钢板将洞门钢环与接收环管片端面上的预埋件焊接以封堵洞圈与管片外壁的间隙。
[0258]
tbm接收推进期间，保持tbm机与接收井内通讯畅通，按照接收井指挥人员指令进行tbm推进，推进采取每次进尺3～5cm即停止待命，接到指令后方能继续推进,无指令即停止推进，防止通讯故障等造成tbm连续推进，危及接收井内施工安全等情况。
[0259]
⑦
到达段注意事项；
[0260]
严格控制tbm正面平衡压力：在到达段tbm施工过程中必须严格控制平衡土压力，同时也必须严格控制掘进参数，如出土量、推进速度、总推力等，防止超挖、欠挖，尽量减少平衡压力的波动。
[0261]
严格控制tbm的推进速度：tbm到达段施工时，推进速度应放慢，推进速度在约1cm/
min最为适宜。同时尽量做到均衡施工，减少对周围土体的扰动，避免在途中有较长时间耽搁。
[0262]
管片拼装：为了降低接收风险，在接收期间，必须尽快完成每一环的管片拼装任务，同时必须确保管片拼装质量，最后10环管片上安装纵向拉紧联系装置，以防盾尾在脱出管片后，管片环与环之间间隙被拉大，造成漏水或漏泥。纵向拉紧联系装置由14b#槽钢联系条、螺栓和连接件等组成。先在管片的注浆孔上安装连接件，连接件为隔环布置，保证处于同一直线上。然后将6根联系条通过螺栓固定在连接件上，使这些管片连成一个整体。
[0263]
严格控制同步注浆量和浆液质量：通过同步注浆及时充填建筑空隙，减少施工过程中的土体变形，控制每环的压浆量，同时泵送出口处的压力应控制在0.3mpa以内。
[0264]
动态信息传递：在tbm接收段施工期间，有专职人员昼夜对需控制的构(建)筑物进行沉降监测，及时观察结构的变形情况。采用先进的通讯手段，将监测数据及时、准确地反馈给tbm司机，使得tbm司机能够根据地面所反映的情况，进行正确判断，及时调整施工参数。
[0265]
⑧
tbm空推过站。
[0266]
tbm出洞后，过站采用主机与后配套分离分别纵移的方式。主机过站使用顶升油缸、纵移油缸等设备相互配合进行步进过站。
[0267]
后配套过站需要在主机过站完成后，铺设电瓶车轨道和后配套拖车轨道，利用电瓶车进行后配套拖运过站，tbm过站施工程序见附图11所示。
[0268]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种隧道tbm始发、掘进、到达的施工方法，其特征在于，包括：步骤一：施工工程地质与水文地质条件进行考察及分析；步骤二：施工平面布置：对tbm场地和临建设施布置，以及对施工用电、生产与生活用水、排污与环保、施工视频监控布置；步骤三：tmb始发施工：tbm在车站内，自tbm主机开始定位，刀盘向前推进贯入围岩，沿设计线路向前掘进；步骤四：tbm正常掘进施工；步骤五：tbm到达段施工。2.如权利要求1所述的一种隧道tbm始发、掘进、到达的施工方法，其特征在于：所述步骤三中包括如下步骤：(1)端头加固；(2)轨线铺设；(3)始发台安装、加固；(4)反力架安装、加固；(5)tbm机吊装下井及组装；(6)tbm机调试；(7)洞门凿除；(8)洞门密封安装；(9)负环管片拼装；(10)tbm试验段掘进；(11)洞门封堵；(12)负环管片、反力架、始发台拆除。3.如权利要求1所述的一种隧道tbm始发、掘进、到达的施工方法，其特征在于：所述步骤四中包括如下步骤：1)洞内水平运输；2)tbm掘进操作控制程序；3)出土量控制；4)tbm机掘进技术参数控制；5)tbm机掘进方向及姿态控制；6)渣土改良；7)同步注浆；8)二次注浆；9)管片拼装；10)滞后沉降的控制及应急措施；11)施工通风及管线布置；12)隧道防水；13)隧道施工截、排水；14)刀具管理；15)开仓换刀施工。
4.如权利要求1所述的一种隧道tbm始发、掘进、到达的施工方法，其特征在于：所述步骤五中包括如下步骤：
①
tbm机接收测量；
②
接收段掘进控制；
③
同步注浆及二次注浆；
④
托架安装及洞门凿除；
⑤
洞门防水装置的安装；
⑥
tbm接收施工；
⑦
到达段注意事项；
⑧
tbm空推过站。5.如权利要求2所述的一种隧道tbm始发、掘进、到达的施工方法，其特征在于：所述始发台安装、加固步骤中，始发架上的tbm机须对准洞门中心，与隧道轴线一致，依据隧道设计轴线，定出始发时tbm机、始发架和反力架确切的空间位置。6.如权利要求2所述的一种隧道tbm始发、掘进、到达的施工方法，其特征在于：所述洞门凿除步骤中，具体包括如下流程：s1：洞门测量复核；s2：作业平台搭设；s3：洞门探孔检测：s4：洞门第一次凿除；s5：洞门第二次凿除；s6：人工修复洞门边缘；s7：检查净空尺寸；s8：拆除支架；s9：清渣外运、完成。7.如权利要求3所述的一种隧道tbm始发、掘进、到达的施工方法，其特征在于：所述二次注浆步骤中，洞注浆材料采用水玻璃和水泥浆的双液浆，水泥浆的水灰重量比：1:1；注入时浆液与水玻璃体积比为：水泥浆：水玻璃＝1：1。8.如权利要求3所述的一种隧道tbm始发、掘进、到达的施工方法，其特征在于：所述隧道防水步骤中，管片接缝采用一道中孔型三元乙丙橡胶遇水膨胀弹性橡胶密封垫防水，同时管片外弧面涂刷聚合物水泥防水涂料，管片壁后环形间隙注浆体作为隧道防水的加强层。9.如权利要求4所述的一种隧道tbm始发、掘进、到达的施工方法，其特征在于：所述接收段掘进控制步骤中，tbm掘进姿态水平、垂直控制偏差均控制在
±
30mm内；各千斤顶的最大行程差控制在
±
30mm内。10.如权利要求3所述的一种隧道tbm始发、掘进、到达的施工方法，其特征在于：所述渣土改良步骤中，泡沫添加量，泡沫使用浓度3～5％的泡沫原液，发泡体积膨胀率为10～16倍，泡沫注入率为10～15％。

技术总结
本发明提供了一种隧道TBM始发、掘进、到达的施工方法，包括：施工工程地质与水文地质条件进行考察及分析；施工平面布置：对TBM场地和临建设施布置，以及对施工用电、生产与生活用水、排污与环保、施工视频监控布置；TBM正常掘进施工；TBM到达段施工；本发明通过设计地质水文考察分析、施工平面设置、TBM始发施工、TBM正常掘进施工和TBM到达施工几大步骤，提高了隧道施工效率，提高了施工的可行性，保证的施工的安全性，本发明适用范围广。本发明适用范围广。本发明适用范围广。


技术研发人员：贾向峰 古佩胜 刘康 代龙 张加新 刘俊 周琳
受保护的技术使用者：中国建筑第六工程局有限公司
技术研发日：2023.04.04
技术公布日：2023/8/14