(中國(guó)水利水電第四工程局有限公司，四川 成都 610091)

TBM掘進(jìn)是一種集隧洞成型、初期支護(hù)和出渣運(yùn)輸于一體的自動(dòng)化、工廠化施工技術(shù)，具有快速、優(yōu)質(zhì)、安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，已成為長(zhǎng)隧道施工的發(fā)展方向，在長(zhǎng)引水隧洞、地鐵施工中應(yīng)用廣泛。因隧洞斷面較小，洞室圍巖接觸灌漿、固結(jié)灌漿與掘進(jìn)不能同時(shí)施工，均需在TBM掘進(jìn)完成后進(jìn)行，影響總工期。根據(jù)蘭州水源地引水隧洞Ⅱ標(biāo)段TBM掘進(jìn)隧洞工況條件，設(shè)計(jì)、加工制作了鉆孔灌漿臺(tái)車，依托臺(tái)車進(jìn)行鉆孔灌漿作業(yè)，不影響TBM掘進(jìn)和洞內(nèi)材料運(yùn)輸車通行，實(shí)現(xiàn)了鉆孔灌漿與TBM掘進(jìn)同步施工，節(jié)約項(xiàng)目直線工期，可為同類TBM掘進(jìn)隧洞鉆孔灌漿作業(yè)提供參考。

1 適用范圍

本工法可適用于TBM掘進(jìn)圓形隧洞、馬蹄形隧洞及其他開(kāi)挖方法形成的斷面直徑不大于6m的隧洞鉆孔灌漿作業(yè)。

2 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

2.1 施工工藝流程

本工法實(shí)現(xiàn)了鉆孔灌漿與TBM掘進(jìn)同步施工，節(jié)約項(xiàng)目直線工期。根據(jù)小斷面隧洞特征，自行設(shè)計(jì)加工鉆孔灌漿臺(tái)車，具體施工工藝流程如下。

工況調(diào)查→臺(tái)車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→臺(tái)車加工制作→現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試→鉆孔設(shè)備安裝→鉆孔設(shè)備調(diào)試→鉆機(jī)就位→鉆孔→灌漿阻塞器安裝→鉆孔沖洗壓水試驗(yàn)→灌漿→灌漿結(jié)束→封孔、閉漿→人工封孔→臺(tái)車轉(zhuǎn)移。

2.2 操作要點(diǎn)

2.2.1 臺(tái)車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及論證

根據(jù)隧洞工況條件調(diào)查結(jié)果，進(jìn)行灌漿臺(tái)車、鉆孔臺(tái)車及水泥罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后到現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，修改結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；組織專家論證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，根據(jù)論證會(huì)意見(jiàn)修改結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行力學(xué)計(jì)算后，形成臺(tái)車加工制作方案如下。

鉆孔臺(tái)車長(zhǎng)2604mm，高2478mm，頂2200mm，翼879mm，兩翼處寬3857m，可調(diào)節(jié)寬度127mm，兩翼處空間高1542mm，可調(diào)節(jié)支腿高度934mm，調(diào)節(jié)高度15～30mm，軌道運(yùn)輸車通行空間凈寬1900mm，凈高2371mm。鉆孔臺(tái)車結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 鉆孔臺(tái)車結(jié)構(gòu)

灌漿臺(tái)車長(zhǎng)6300mm，高2479mm，頂寬2200mm，翼寬880mm，兩翼處寬3856mm，兩翼處空間高1597mm，可調(diào)節(jié)支腿高934mm，調(diào)節(jié)高度15～30mm，軌道運(yùn)輸車通行空間凈寬1900mm，凈高2334mm，灌漿臺(tái)車結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 灌漿臺(tái)車結(jié)構(gòu)

制漿站臺(tái)車前端(設(shè)備段)為兩翼型，長(zhǎng)1200mm，結(jié)構(gòu)與鉆孔臺(tái)車相同，翼寬880mm，兩翼處寬3856mm，兩翼處空間高1597mm；后端為單翼型，長(zhǎng)10600mm，寬1000mm，空間高1500mm，與軌道運(yùn)輸車空間間距201mm，制漿臺(tái)車單翼段結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 制漿臺(tái)車單翼段結(jié)構(gòu)

臺(tái)車移動(dòng)裝置包括可拆卸連接固定件和可拆卸式收縮帶滾輪支腿，連接固定件長(zhǎng)1900mm，可拆卸式收縮帶滾輪支腿高934mm，可調(diào)節(jié)高度150mm，臺(tái)車移動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

圖4 臺(tái)車移動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)

水泥儲(chǔ)運(yùn)罐為錐體與長(zhǎng)方體組合形式，尺寸為100cm×95cm×95cm(長(zhǎng)×寬×高)，由行走滾輪、儲(chǔ)罐、儲(chǔ)罐支架、下料閥板、蓋等組成。重154kg，儲(chǔ)存水泥0.8t。

門架橫梁長(zhǎng)4.5m，高2.7m，使用工字鋼制作，固定在臺(tái)車兩翼，門架橫梁安裝電動(dòng)葫蘆(提升速度為2.5m/min，行走速度15m/min，最大吊運(yùn)重量2t)。

2.2.2 臺(tái)車加工制作

制作臺(tái)車的主要材料為工字鋼、角鋼、槽鋼、圓鋼和鋼板；加工設(shè)備主要為切割機(jī)、鉆床、電焊機(jī)和車床等。

材料切割采用切割機(jī)或切割槍，長(zhǎng)度偏差±5mm，端面打磨平整；鉆孔采用鉆床，孔位偏差±1mm，鉆孔直徑偏差±2mm；焊接作業(yè)采用電焊機(jī)，焊縫須無(wú)浮渣、無(wú)氣跑、無(wú)裂紋，打磨光滑。

部件加工成裝配式，現(xiàn)場(chǎng)拼裝的部件均為螺栓連接，所有焊接作業(yè)在加工廠內(nèi)完成，與較大部件連接后不影響運(yùn)輸?shù)男〔考?，亦在加工廠內(nèi)連接組裝。

2.2.3 現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試

臺(tái)車部件經(jīng)過(guò)廠內(nèi)驗(yàn)收合格后，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，核對(duì)部件數(shù)量，合格后按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行拼裝，所有部件采用螺栓連接，連接螺栓和螺帽均為專業(yè)廠家生產(chǎn)的合格產(chǎn)品。臺(tái)車拼裝完成后，對(duì)所有連接螺栓逐一檢查、二次擰緊，然后進(jìn)行穩(wěn)定性檢查。

臺(tái)車檢查合格后，安裝可拆卸式連接固定件和帶滾輪的可拆卸式收縮支腿，進(jìn)行移動(dòng)試驗(yàn)。

2.2.4 灌漿設(shè)備安裝

臺(tái)車兩翼平臺(tái)敷設(shè)馬道板后安裝灌漿設(shè)備，馬道板與臺(tái)車采用螺栓連接，固定牢固。

灌漿設(shè)備安裝在臺(tái)車兩翼，每翼各安裝一套灌漿設(shè)備，設(shè)備排列的次序?yàn)楣酀{泵、漿液攪拌機(jī)，自動(dòng)記錄儀(安裝在操作室內(nèi))，灌漿設(shè)備、操作室使用螺栓與臺(tái)車平臺(tái)連接。

2.2.5 鉆孔設(shè)備安裝

臺(tái)車兩翼平臺(tái)敷設(shè)馬道板后安裝鉆孔設(shè)備，馬道板與臺(tái)車采用螺栓連接，固定牢固。

鉆機(jī)主機(jī)及液壓旋轉(zhuǎn)裝置安裝在臺(tái)車鉆機(jī)支架上，使用螺栓與支架連接，鉆機(jī)操作系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)安裝在臺(tái)車兩翼平臺(tái)。

2.2.6 制漿設(shè)備安裝

臺(tái)車兩翼平臺(tái)敷設(shè)馬道板后安裝制漿設(shè)備，馬道板與臺(tái)車采用螺栓連接，固定牢固。

臺(tái)車一翼平臺(tái)前端安裝制漿設(shè)備，后端放置空水泥罐，另一翼平臺(tái)放置散裝水泥罐。

制漿設(shè)備排列次序?yàn)檩敐{泵、儲(chǔ)漿機(jī)、制漿機(jī)、螺旋上料機(jī)、上料料斗、水泥罐(上料料斗位于水泥罐下部)，除水泥罐外，均使用螺栓與臺(tái)車平臺(tái)連接。

水泥罐區(qū)和空罐區(qū)平臺(tái)在馬道板上敷設(shè)軌道，間距80cm。

2.2.7 灌漿設(shè)備調(diào)試

灌漿設(shè)備安裝完成后進(jìn)行設(shè)備性能調(diào)試和設(shè)備運(yùn)行過(guò)程臺(tái)車穩(wěn)定性檢查。

灌漿設(shè)備性能調(diào)試方法為先空轉(zhuǎn)5min，然后將進(jìn)、回漿管對(duì)接，進(jìn)行注水，通過(guò)安裝壓力表和自動(dòng)記錄儀觀察壓力，通過(guò)回漿管上的高壓閥門控制流量和壓力，壓力升至最大灌漿壓力，灌漿泵、漿液攪拌機(jī)、管路接頭不漏水，壓力表指針擺幅不超過(guò)20%，持續(xù)注水30min，即為合格。

在最大灌漿壓力下持續(xù)注水過(guò)程，灌漿設(shè)備不移動(dòng)，臺(tái)車無(wú)移動(dòng)和明顯擺動(dòng)，即為灌漿過(guò)程穩(wěn)定性檢查合格。

2.2.8 鉆孔設(shè)備調(diào)試

鉆機(jī)安裝后進(jìn)行鉆機(jī)性能、避讓材料運(yùn)輸車和臺(tái)車穩(wěn)定性檢查。

鉆機(jī)性能檢查包括鉆機(jī)啟動(dòng)后空轉(zhuǎn)5min，然后檢查液壓系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)及推進(jìn)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)情況和液壓旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)情況等。

避讓材料運(yùn)輸車檢查：模擬收到材料運(yùn)輸車通行信號(hào)，然后拆卸鉆機(jī)上鉆桿，通過(guò)液壓旋轉(zhuǎn)裝置將鉆機(jī)調(diào)到運(yùn)輸車通行安全位置鎖定，待運(yùn)輸車通過(guò)后，再將鉆機(jī)調(diào)到原位置。主要檢查液壓旋轉(zhuǎn)裝置的性能和鉆機(jī)對(duì)材料運(yùn)輸車的影響情況。

臺(tái)車穩(wěn)定性檢查包括鉆機(jī)加壓模擬造孔過(guò)程中臺(tái)車的移動(dòng)、偏斜和變形情況檢查。

2.2.9 制漿設(shè)備調(diào)試

制漿設(shè)備安裝后進(jìn)行灌漿設(shè)備性能檢查、臺(tái)車穩(wěn)定性檢查和門架水泥罐轉(zhuǎn)運(yùn)檢查。

設(shè)備性能檢查包括設(shè)備啟動(dòng)空轉(zhuǎn)5min，然后進(jìn)行儲(chǔ)漿機(jī)和輸漿泵輸水試驗(yàn)檢查，儲(chǔ)漿機(jī)和輸漿泵、輸漿管路接頭不漏水，即為合格。

制漿試驗(yàn)包括螺旋機(jī)上料、制漿機(jī)拌制漿液及漿液參數(shù)檢查。

門架水泥罐轉(zhuǎn)運(yùn)檢查包括使用門架電控葫蘆調(diào)控轉(zhuǎn)移水泥罐或空罐，包括水泥罐自存儲(chǔ)區(qū)轉(zhuǎn)移到制漿區(qū)、空罐自儲(chǔ)存區(qū)轉(zhuǎn)移到水泥罐運(yùn)輸平板車過(guò)程門架運(yùn)轉(zhuǎn)情況檢查。

臺(tái)車穩(wěn)定檢查主要是制漿、輸漿過(guò)程，水泥罐轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程臺(tái)車的移動(dòng)、偏斜和變形情況檢查。

2.2.10 鉆機(jī)就位

鉆孔臺(tái)車移動(dòng)到預(yù)定位置固定后，先通過(guò)鉆機(jī)支架借助臺(tái)車兩翼的滑桿前后移動(dòng)，使鉆機(jī)對(duì)正孔位中心樁號(hào)，再使用液壓旋轉(zhuǎn)裝置使鉆機(jī)對(duì)正孔位中心后，即可進(jìn)行鉆孔。

2.2.11 鉆孔

開(kāi)孔時(shí)輕壓、低速，孔深超過(guò)50cm后逐漸提高轉(zhuǎn)速和液壓，孔深達(dá)到100cm后，進(jìn)入正常鉆進(jìn)狀態(tài)，鉆機(jī)轉(zhuǎn)速、油壓維持正常鉆進(jìn)值。鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，反復(fù)掃孔，盡量將孔內(nèi)巖粉排出孔外。

2.2.12 灌漿阻塞器安裝

灌漿阻塞器采用灌漿、閉漿兩用機(jī)械式阻塞器，安裝在孔口，以灌漿過(guò)程最大壓力下阻塞器不發(fā)生活動(dòng)為宜。進(jìn)漿管、回漿管分別安裝閥門；射漿管可采用PVC管，管口距孔底距離不大于50cm。

2.2.13 灌漿管路安裝并與灌漿阻塞器連接

灌漿管路進(jìn)漿管、回漿管分別與阻塞器的進(jìn)漿管、回漿管活動(dòng)接頭連接。

2.2.14 鉆孔沖洗壓水試驗(yàn)

鉆孔沖洗包括孔壁沖洗和裂隙沖洗?？妆跊_洗采用大流量水沖洗，沖洗至孔口回水較清為止；裂隙沖洗采用脈動(dòng)沖洗法，沖洗至孔口回水較清為止，沖洗時(shí)間20min。

選取5%的灌漿孔進(jìn)行灌前簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn)，檢查孔進(jìn)行單點(diǎn)壓水試驗(yàn)。

2.2.15 輸漿管路安裝

輸漿管路采用φ50PVC管，自制漿臺(tái)車輸漿泵起，至灌漿臺(tái)車漿液攪拌機(jī)，沿洞壁敷設(shè)。

2.2.16 制漿

制漿站制備0.5∶1的水泥漿，輸送至灌漿臺(tái)車漿液攪拌機(jī)，根據(jù)需要調(diào)劑使用。

漿液攪拌時(shí)間為高速制漿機(jī)攪拌時(shí)間不少于30s，普通制漿機(jī)攪拌時(shí)間不少于3min。

2.2.17 輸漿

漿液輸送采用輸漿泵，有壓輸送，漿液在輸漿管內(nèi)流速為1.4～2.0m/s。

2.2.18 灌漿

灌漿采用孔內(nèi)循環(huán)法，按環(huán)間分序，環(huán)內(nèi)加密原則進(jìn)行；灌漿壓力和漿液水灰比執(zhí)行施工技術(shù)要求，灌漿過(guò)程根據(jù)實(shí)際情況控制注入量和壓力，壓力升高值應(yīng)與注入量匹配；灌漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值后應(yīng)保持平穩(wěn)，直至達(dá)到結(jié)束條件。

2.2.19 灌漿結(jié)束

灌漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值，注入率不大于1L/min后，持續(xù)灌注30min，即可結(jié)束灌漿。

2.2.20 封孔閉漿

采用灌漿封孔法，灌漿達(dá)到結(jié)束條件后，使用0.5∶1的濃水泥漿置換孔內(nèi)吸漿，回漿管排除的漿液比級(jí)達(dá)到0.5∶1后，在設(shè)計(jì)最大灌漿壓力下持續(xù)灌注15min，封孔結(jié)束，然后轉(zhuǎn)換阻塞器功能，將阻塞器由灌漿功能轉(zhuǎn)換為閉漿功能，進(jìn)行閉漿。

2.2.21 人工封孔

閉漿結(jié)束后，拔出灌漿阻塞器，清除孔內(nèi)積水，然后使用與隧洞襯砌混凝土相同等級(jí)的水泥砂漿封孔，待凝3天后使用手持砂輪機(jī)將孔口打磨平整。

2.2.22 臺(tái)車轉(zhuǎn)移

移動(dòng)前，先在臺(tái)車前后端兩翼安裝可拆卸式連接固定件，然后將支腿滾輪一端安裝在材料運(yùn)輸軌道上，另一端固定在可拆卸式連接固定件上，再調(diào)控支腿收縮裝置使臺(tái)車整體抬升，臺(tái)車與洞壁逐漸脫離接觸后，人工推移(制漿臺(tái)車使用材料運(yùn)輸車拖移)至預(yù)定位置，調(diào)節(jié)支腿收縮裝置，臺(tái)車下落與洞壁完全接觸穩(wěn)定牢固后拆除支腿和連接固定件，臺(tái)車移動(dòng)完成。

3 工法特點(diǎn)

a.鉆孔灌漿臺(tái)車包括鉆孔臺(tái)車、灌漿臺(tái)車和制漿臺(tái)車；工廠加工，螺栓連接，現(xiàn)場(chǎng)拼裝，快捷、環(huán)保；損壞部件易更換，使用過(guò)程維修成本低，可多次重復(fù)使用，節(jié)約施工成本。

b.臺(tái)車結(jié)構(gòu)為中空“開(kāi)”字形，翼狀，鉆孔灌漿設(shè)備固定在臺(tái)車兩翼平臺(tái)和鉆機(jī)支架上，中間通行材料運(yùn)輸車，不影響TBM正常掘進(jìn)。

c.臺(tái)車移動(dòng)前在兩翼安裝的可拆卸式連接固定件及可拆卸式收縮帶滾輪支腿，對(duì)臺(tái)車進(jìn)行了進(jìn)一步加固，增強(qiáng)了整體性和穩(wěn)定性，降低了臺(tái)車重心，消除了臺(tái)車移動(dòng)過(guò)程中的變形與失穩(wěn)，移動(dòng)快速、平穩(wěn)、安全。

d.鉆機(jī)及支架固定在臺(tái)車上，鉆機(jī)與臺(tái)車成為整體，增強(qiáng)了鉆機(jī)穩(wěn)定性；使用360°液壓旋轉(zhuǎn)裝置調(diào)控鉆機(jī)，鉆機(jī)避讓材料運(yùn)輸車自動(dòng)化。

e.制漿站使用螺旋機(jī)上料，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和制漿人工費(fèi)，使用罐裝散水泥制漿，損耗小，安全、節(jié)約成本。

f.制漿臺(tái)車門架電動(dòng)葫蘆轉(zhuǎn)運(yùn)水泥罐，快速、安全。

g.臺(tái)車為裝配式，其結(jié)構(gòu)部件尺寸可根據(jù)TBM掘進(jìn)隧洞工況條件調(diào)整，可適用不同直徑TBM掘進(jìn)隧洞鉆孔灌漿作業(yè)。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

鉆孔灌漿臺(tái)車包括鉆孔臺(tái)車、灌漿臺(tái)車和制漿臺(tái)車，型鋼加工制作而成，其中鉆孔臺(tái)車重1.5t、灌漿臺(tái)車重2.25t、制漿臺(tái)車重2.5t，每個(gè)臺(tái)車材料及加工制作費(fèi)用分別為0.96萬(wàn)元、1.45萬(wàn)元、1.61萬(wàn)元，共計(jì)4.02萬(wàn)元。

水泥儲(chǔ)罐每個(gè)材料及加工制作費(fèi)用為0.25萬(wàn)元，10個(gè)水泥儲(chǔ)罐費(fèi)用共計(jì)2.5萬(wàn)元。門架重260kg，電動(dòng)葫蘆、材料及加工制作費(fèi)用為0.35萬(wàn)元。

鉆孔灌漿臺(tái)車材料及加工制作費(fèi)用共計(jì)6.87萬(wàn)元。

移動(dòng)道岔臺(tái)車重量約80t，由專業(yè)廠家加工制作，材料、加工制作及安裝費(fèi)用約80萬(wàn)元。

由上述費(fèi)用比較可知，使用鉆孔灌漿臺(tái)車組合施工費(fèi)用省、成本低。

4.2 社會(huì)效益分析

小斷面圓形TBM掘進(jìn)隧洞依托臺(tái)車同步鉆孔灌漿施工工法在蘭州水源地引水隧洞Ⅱ標(biāo)段成功應(yīng)用，不僅解決了TBM掘進(jìn)與鉆孔灌漿不能同步施工的難題，而且鉆孔灌漿臺(tái)車組合結(jié)構(gòu)合理，裝配式部件安裝便利，結(jié)構(gòu)牢固，維修費(fèi)用低。運(yùn)行期間，施工操作均在臺(tái)車兩翼平臺(tái)進(jìn)行，基本不影響材料安全運(yùn)輸，可適應(yīng)不同直徑隧洞鉆孔灌漿作業(yè)，前景廣闊。

5 結(jié) 語(yǔ)

TBM掘進(jìn)隧洞同步鉆孔灌漿臺(tái)車結(jié)構(gòu)合理，裝配式部件加工制作、安裝費(fèi)用省，移動(dòng)速度快、平穩(wěn)安全，結(jié)構(gòu)牢固，維修費(fèi)用低，可適應(yīng)不同直徑隧洞鉆孔灌漿作業(yè)；改進(jìn)的液壓鉆機(jī)360°自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，避讓材料運(yùn)輸火車快速、安全，罐裝水泥損耗小、螺旋機(jī)上料降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和人工費(fèi)用，所以鉆孔灌漿臺(tái)車和施工設(shè)備可廣泛應(yīng)用于TBM掘進(jìn)隧洞鉆孔灌漿工程，值得推廣應(yīng)用。