小斷面隧洞TBM掘進同步鉆孔灌漿施工技術研究與應用

景小青 周建龍

摘 要：近年來，TBM掘進已成為長隧洞施工技術的主要發展方向，但是隧洞圍巖固結灌漿無法與TBM掘進同步施工，成為影響項目直線工期的關鍵因素。文章對蘭州市水源地引水隧洞Ⅱ標段依據TBM掘進工況條件，自行研究、設計，并加工制作鉆孔灌漿臺車，成功實現了鉆孔灌漿與TBM掘進同步施工的成果予以闡述，為類似工程施工提供參考、借鑒。

關鍵詞：小斷面隧洞；TBM掘進；固結灌漿；同步施工

中圖分類號：TV554 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）05-0159-02

1 工程概述

蘭州市水源地建設工程Ⅱ標段引水隧洞主洞樁號T5+850～T16+110，長度10260m，縱坡0.1%，其中樁號T5+850～T10+950和T12+750～T15+100，采用TBM掘進，總長7450m。TBM掘進洞室直徑5.48m，斷面為圓形，預制C50和C60混凝土管片襯砌，管片襯砌內徑4.6m，管片厚度30cm，管片外徑5.2m，“5+1片”管片組成一環，管片型式為四邊形結構，管片與圍巖之間的空隙，用豆礫石充填并進行回填灌漿。TBM施工洞段圍巖以Ⅱ、Ⅲ類為主，局部洞段為Ⅳ、Ⅴ類，其中Ⅱ類圍巖約占總長度的40.6%，Ⅲ類圍巖約占42%，Ⅳ類圍巖約占16.2%，Ⅴ類圍巖約占1.2%。為提高圍巖穩定性，對Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖段設計采用全斷面固結灌漿。

2 臺車的結構設計與論證

根據隧洞工況條件進行鉆孔臺車、灌漿臺車、制漿臺車及水泥罐結構設計，然后到現場核實，修改結構設計，組織專家論證會，論證結構設計方案，根據論證會意見修改結構設計，并完成力學計算后，形成臺車加工制作方案。

2.1 鉆孔臺車

鉆孔臺車長度2604mm，高度2478mm，頂寬2200mm，翼寬879mm，兩翼處寬度3857m，可調節寬度127mm，兩翼處空間高度1542mm，可調節支腿高度934mm，調節高度15～30mm，軌道運輸車通行空間凈寬1900mm，凈高2371mm。結構形式詳見圖1。

2.2 灌漿臺車

灌漿臺車長度6300mm，高度2479mm，頂寬2200mm，翼寬880mm，兩翼處寬度3856mm，兩翼處空間高度1597mm，可調節支腿高度934mm，調節高度15～30mm，軌道運輸車通行空間凈寬1900mm，凈高2334mm。結構形式詳見圖2。

2.3 制漿站臺車

制漿站臺車平臺寬度1000mm，長度10600mm，空間高度1500mm，與軌道運輸車空間間距201mm。結構形式詳見圖3。

2.4 臺車移動裝置

包括可拆卸連接固定件和可拆卸式收縮帶滾輪支腿，連接固定件長度1900mm，可拆卸式收縮帶滾輪支腿高度934mm，可調節高度150mm。結構形式詳見圖4。

2.5 水泥儲運罐

水泥儲運罐為錐體與長方體組合型，尺寸為100cm×95cm×95cm（長×寬×高），由行走滾輪、儲罐、儲罐支架、下料閥板、蓋等組成。自重154kg，可儲存水泥0.8t。

2.6 門架

門架橫梁長4.5m，高2.7m，采用工字鋼制作，固定在臺車兩翼，門架橫梁安裝電動葫蘆（提升速度2.5m/min、行走速度15m/min、最大吊運重量2t）。

3 臺車加工制作及安裝調試

（1）制作臺車的主要材料為工字鋼、角鋼、槽鋼、圓鋼和鋼板；加工設備主要為切割機、鉆床、電焊機和車床等。（2）材料切割采用切割機或切割槍，長度偏差±5mm，端面打磨平整；采用鉆床鉆孔，孔位偏差±1mm；焊接作業采用電焊機，焊縫需無浮渣、無氣跑、無裂紋，打磨光滑。（3）部件加工為裝配式，現場拼裝的部件均為螺栓連接，所有焊接作業在加工廠內完成，與較大部件連接后不影響運輸的小部件亦在加工廠內組裝連接。（4）臺車部件經過廠內驗收合格后，運至現場按結構設計圖進行復驗、核對部件數量，合格后按設計圖進行拼裝，所有部件采用螺栓連接，連接螺栓和螺帽均為專業廠家生產的合格產品。臺車拼裝完成后，對所有連接螺栓逐一檢查、二次擰緊，然后進行穩定性檢查。（5）臺車檢查合格后，安裝可拆卸式連接固定件和帶滾輪的可拆卸式收縮支腿，進行移動試驗。

4 設備安裝及調試

4.1 灌漿設備安裝

（1）臺車兩翼平臺敷設馬道板后安裝灌漿設備，馬道板與臺車螺栓連接，固定牢固。（2）灌漿設備安裝在臺車兩翼，每翼各安裝一套灌漿設備，設備排列的次序為灌漿泵、漿液攪拌機、自動記錄儀（安裝在操作室內），灌漿設備、操作室使用螺栓與臺車平臺連接。

4.2 鉆孔設備安裝

（1）臺車兩翼平臺敷設馬道板后安裝鉆孔設備，馬道板與臺車螺栓連接，固定牢固。（2）鉆機主機及液壓旋轉裝置安裝在臺車鉆機支架上，使用螺栓與支架連接，鉆機操作系統和動力系統安裝在臺車兩翼平臺。

4.3 制漿設備安裝

（1）臺車一翼平臺敷設馬道板后安裝制漿設備，馬道板與臺車螺栓連接，固定牢固。（2）臺車一翼平臺前端安裝制漿設備、后端放置空水泥罐。（3）制漿設備排列次序為：輸漿泵、儲漿機、制漿機、螺旋上料機、上料料斗、水泥罐（上料料斗位于水泥罐下部），除水泥罐外，均使用螺栓與臺車平臺連接。（4）水泥罐區和空罐區平臺在馬道板上敷設軌道（10#槽鋼），間距80cm（為水泥灌漿罐下部滾輪間距）。

4.4 設備調試

鉆孔、灌漿設備安裝完成后進行設備性能調試和設備運行過程臺車穩定性檢查。

避讓材料運輸車檢查：模擬收到材料運輸車通行信號，然后拆卸鉆機上鉆桿，通過液壓旋轉裝置將鉆機調到運輸車通行安全位置鎖定，待運輸車通過后，再將鉆機調到原位置。主要檢查液壓旋轉裝置的性能和鉆機對材料運輸車的影響情況。

臺車穩定性檢查：鉆機加壓模擬造孔過程中臺車的移動、偏斜和變形情況。

5 鉆孔、灌漿施工

（1）鉆機就位。鉆孔臺車移動到預定位置固定后，先通過鉆機支架借助臺車兩翼的滑桿前后移動，使鉆機對正孔位中心樁號，再使用液壓旋轉裝置使鉆機對正孔位中心后，鉆機就位。（2）鉆孔。開孔時輕壓、低速，孔深超過50cm后逐漸提高轉速和液壓，孔深達到100cm后，進入正常鉆進狀態，鉆機轉速油壓維持正常鉆進值。鉆孔達到設計深度后，反復掃孔，盡量將孔內巖粉排除至孔外。（3）灌漿阻塞器安