一种引水隧洞极软弱围岩段施工方法与流程

本发明属于隧洞技术领域，尤其涉及一种引水隧洞极软弱围岩段施工方法。

背景技术：

目前，业内常用的现有技术是这样的：

兰州市水源地建设工程将刘家峡水库作为引水水源地，向兰州市供水。工程包括取水口、输水隧洞主洞、分水井、卢家坪输水支线、彭家坪输水支线及调流调压站、卢家坪水厂和彭家坪水厂等。输水隧洞主洞全长31.29km。

工程取水口位于临夏回族自治州东乡县境内，距离刘家峡水库大坝上游约4km的水库右岸岸边，上距折达公路祁家渡大桥约150m，下距洮河口约2.4km处，输水隧洞主洞全长31.29km,其前段约4.8km位于临夏回族自治州东乡县境内，在约4.8km处穿越洮河后进入永靖县境内，隧洞途径三条岘乡和徐顶乡，在约28.8km处进入兰州市西固区柳泉乡境内。距离取水首部31.457km的输水隧洞主洞未段设分水井，分水井位于兰州市西固区柳泉乡寺儿沟内，距离卢家坪约1.4km处。卢家坪输水支线长约1.35km，为由分水井连接至卢家坪水厂的输水管线。彭家坪输水支线长约9.39km，为由分水井连接至彭家坪水厂的输水管线，其调压站位于寺儿沟内，分水井下游约100m出处。卢家坪净水厂近期建设规模25*104m³/d；彭家坪净水厂近期建设规模75*104m³/d。

综上所述，现有技术存在的问题是：

现有普通灌浆材料灌浆凝结时间难以控制，扩散范围大，难以形成快速封闭，没有结合化学灌浆材料对凝结时间可控。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种引水隧洞极软弱围岩段施工方法。

本发明是这样实现的，一种引水隧洞极软弱围岩段施工方法，采用tbm豆砾石回填灌浆，具体包括以下步骤：

步骤一：豆砾石回填：豆砾石粒径5～10mm，通过控制豆砾石罐下部的料门将豆砾石卸至豆砾石喷射机接料口，豆砾石通过预制管片中安装孔经喷射机喷到管片与围岩之间的空腔中；

步骤二：底管片非灌浆孔的封孔：在管片进行豆砾石回填后，及时清理底拱a与i两排孔内的豆砾石，然后采用特制的ck微膨胀砂浆将其封堵并抹平；

步骤三：tbm后配套前部灌浆：砂浆拌制和砂浆灌注；

步骤四：侧、顶拱管片非灌浆孔封孔：在tbm后配套的中部，按一定的孔序用特制的ck砂浆将非灌浆孔进行封堵；

步骤五：侧、顶拱回填灌浆：采用自下而上，左、右对称的灌注方法进行侧、顶拱回填灌浆；

步骤六：封孔：灌浆结束后，待孔内的浆液初凝后，应排除孔内积水和污物，采用特制ck微膨胀砂浆将孔封堵密实和抹平。

进一步，步骤一中，豆砾石回填，具体方法为：

(1)第一步直接将联接喷豆砾石管的喷头插入c与g孔进行，这时会有豆砾石从下部孔内流出，将其暂时封堵，直到c与g孔喷不进去为止；

(2)第二步分别对d和f孔进行回填，直到喷不进去为止；

(3)第三步在滞后d与f孔5环左右，开始喷e孔。

进一步，步骤二中，封孔采用隔环封堵。

进一步，步骤三中，在灌注中严格控制灌注压力，最大压力控制在0.5mpa内。

进一步，步骤三中，砂浆拌制，具体为：

根据提供的砂浆施工配合比，在搅拌桶内加入一定量的水,将称量好的袋装水泥与水洗砂分别加入多功能细石混凝土泵的搅拌桶内进行搅拌，砂浆要搅拌均匀。

进一步，步骤三中，砂浆灌注，具体为：

(1)首先对a、i孔进行砂浆灌注,将搅拌均匀的砂浆放入主机料斗，启动主机将砂浆通过50mm的输送管道灌入a、i灌注孔，在灌注a1或i1孔时,会有砂浆依次从a2或i2串出，将其用木塞进行封堵；

(2)灌注下一a3或i3孔；

(3)待砂浆初凝后将木塞拔出，用ck砂浆将孔抹平。

进一步，步骤三中，灌注底拱的砂浆是受压流动状态，在砂浆受压向前推进的同时起到排泥浆、排水的作用，同时控制砂浆不能串出盾尾最后一环预制衬砌管片为宜。

进一步，步骤五进一步包括：

底拱灌浆：底拱采用速凝性水泥浆灌浆，水泥净浆配合比0.6：1，水玻璃掺量为水泥重量的4％；

两侧拱灌浆：两侧拱灌浆采用水泥浆进行灌注；两侧拱孔灌浆采用封三留一的施工工艺进行；

顶拱下部灌浆：侧顶拱孔灌浆采用封三留一的施工工艺进行；

侧顶拱中间灌浆孔埋设套丝钢管，管口安装阀门，用于灌浆过程中排水及顶拱补灌；

顶拱中心灌浆：顶拱孔灌浆采用封五留一的施工工艺进行。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述引水隧洞极软弱围岩段施工方法的引水隧洞极软弱围岩段施工设备。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明采用底管片非灌浆孔的封孔：在管片进行豆砾石回填后，及时清理底拱a与i两排孔内的豆砾石，然后采用特制的ck微膨胀砂浆将其封堵并抹平；tbm后配套前部灌浆：砂浆拌制和砂浆灌注；侧、顶拱管片非灌浆孔封孔：在tbm后配套的中部，按一定的孔序用特制的ck砂浆将非灌浆孔进行封堵；

侧、顶拱回填灌浆：采用自下而上，左、右对称的灌注方法进行侧、顶拱回填灌浆；封孔：灌浆结束后，待孔内的浆液初凝后，应排除孔内积水和污物，采用特制ck微膨胀砂浆将孔封堵密实和抹平。

解决了普通灌浆材料灌浆凝结时间难以控制，扩散范围大，难以形成快速封闭的问题，而化学灌浆材料具备凝结时间可控和扩散范围小，能快速封闭的优点。

附图说明

图1是本发明实施例提供的tbm豆砾石回填灌浆方法流程图。

图2是本发明实施例提供的tbm管片背后注浆区域示意图。

图3是本发明实施例提供的管片回填注浆孔编示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理进行进一步详细说明；

如图1所示，本发明实施例提供的引水隧洞极软弱围岩段施工方法，采用tbm豆砾石回填灌浆方法，具体包括以下步骤：

s101：豆砾石回填：豆砾石粒径5～10mm，通过控制豆砾石罐下部的料门将豆砾石卸至豆砾石喷射机接料口，豆砾石通过预制管片中安装孔经喷射机喷到管片与围岩之间的空腔中；

s101：底管片非灌浆孔的封孔：在管片进行豆砾石回填后，及时清理底拱a与i两排孔内的豆砾石，然后采用特制的ck微膨胀砂浆将其封堵并抹平；

s102：tbm后配套前部灌浆：砂浆拌制和砂浆灌注；

s103：侧、顶拱管片非灌浆孔封孔：在tbm后配套的中部，按一定的孔序用特制的ck砂浆将非灌浆孔进行封堵；

s104：侧、顶拱回填灌浆：采用自下而上，左、右对称的灌注方法进行侧、顶拱回填灌浆；

s105：封孔：灌浆结束后，待孔内的浆液初凝后，应排除孔内积水和污物，采用特制ck微膨胀砂浆将孔封堵密实和抹平。

步骤s101中，本发明实施例提供的豆砾石回填，具体方法为：

(1)第一步直接将联接喷豆砾石管的喷头插入c与g孔进行，这时会有豆砾石从下部孔内流出，将其暂时封堵，直到c与g孔喷不进去为止；

(2)第二步分别对d和f孔进行回填，直到喷不进去为止；

(3)第三步在滞后d与f孔5环左右，开始喷e孔。

步骤s102中，本发明实施例提供的封孔采用隔环封堵。

步骤s103中，本发明实施例提供的在灌注中严格控制灌注压力，最大压力控制在0.5mpa内。

步骤s103中，本发明实施例提供的砂浆拌制，具体为：

根据提供的砂浆施工配合比，在搅拌桶内加入一定量的水,将称量好的袋装水泥与水洗砂分别加入多功能细石混凝土泵的搅拌桶内进行搅拌，砂浆要搅拌均匀。

步骤s103中，本发明实施例提供的砂浆灌注，具体为：

(1)首先对a、i孔进行砂浆灌注,将搅拌均匀的砂浆放入主机料斗，启动主机将砂浆通过50mm的输送管道灌入a、i灌注孔，在灌注a1或i1孔时,会有砂浆依次从a2或i2串出，将其用木塞进行封堵；

(2)灌注下一a3或i3孔；

(3)待砂浆初凝后将木塞拔出，用ck砂浆将孔抹平。

步骤s103中，本发明实施例提供的灌注底拱的砂浆是受压流动状态，在砂浆受压向前推进的同时起到排泥浆、排水的作用，同时控制砂浆不能串出盾尾最后一环预制衬砌管片为宜。

下面结合具体实施例对本方的应用原理进行进一步详细说明；

实施例1；

本发明实施例提供的豆砾石回填灌浆具体的工程应用实例；

1)、工程概况

本工程tbm隧洞开挖直径为5.48m，隧洞成型直径为4.6m，管片厚度为30cm，开挖隧洞断面与管片间的空隙底拱90°范围内采用砂浆回填，其余间隙采用豆粒石回填灌浆。

回填灌浆过程中，由于管片与围岩之间的空隙较大，灌浆过程由于难以起压，回填灌浆不能正常闭浆，灌浆工艺无法正常实施，造成灌浆不密实，根据工程实践，计划每隔50m～100m形成一道封闭环。

封闭环实施步骤：

㈠对封闭环段管片进行特殊设计，从管片内弧面到外弧面内置进浆与排浆管路；

㈡按照隧洞管片安装计划，将封闭环管片安装于计划位置；

㈢化学灌浆形成封闭环。

由于普通灌浆材料灌浆凝结时间难以控制，扩散范围大，难以形成快速封闭，而化学灌浆材料具备凝结时间可控和扩散范围小，能快速封闭的优点。

2)、施工工艺流程及布孔

施工流程：豆粒石回填底管片非灌浆孔封孔tbm后配套前部灌浆(底拱砂浆灌注)侧、顶拱管片非灌浆孔封堵tbm后配套尾部灌浆封孔检查。

3)、施工步骤

㈠豆砾石回填

豆砾石粒径5～10mm，从洞外用豆砾石运输罐车(7m3/车)运送到后配套台车上，用专用的吊装设备将运输车上的豆砾石罐吊到豆砾石喷射机上方，通过控制豆砾石罐下部的料门将豆砾石卸至豆砾石喷射机接料口，豆砾石经喷射机喷到管片与围岩之间的空腔中。豆砾石回填是通过预制管片中安装孔进行的。具体方法如下：第一步直接将联接喷豆砾石管的喷头插入c与g孔进行，这时会有豆砾石从下部孔内流出，将其暂时封堵，直到c与g孔喷不进去为止；第二步分别对d和f孔进行回填，直到喷不进去为止；第三步在滞后d与f孔5环左右，开始喷e孔。

㈡底管片非灌浆孔的封孔

在管片进行豆砾石回填后,及时清理底拱a与i两排孔内的豆砾石,然后采用特制的ck微膨胀砂浆将其封堵并抹平。封孔采用隔环封堵。

㈢tbm后配套前部灌浆

⑴砂浆拌制

根据提供的砂浆施工配合比，在搅拌桶内加入一定量的水,将称量好的袋装水泥与水洗砂分别加入多功能细石混凝土泵的搅拌桶内进行搅拌，砂浆要搅拌均匀。

⑵砂浆灌注

为了实现底管片早期的稳定,管片进行豆砾石同填后:首先对a、i孔进行砂浆灌注,将搅拌均匀的砂浆放入主机料斗，启动主机将砂浆通过50mm的输送管道灌入a、i灌注孔，由于砂浆具有流动性,在灌注a1或i1孔时,会有砂浆依次从a2或i2串出，将其用木塞进行封堵。再灌注下一a3或i3孔。待砂浆初凝后将木塞拔出，用ck砂浆将孔抹平。

为了防止预制底管片在灌注中的抬动,在灌注中严格控制灌注压力，最大压力控制在0.5mpa内。灌注底拱的砂浆是受压流动状态，在砂浆受压向前推进的同时起到排泥浆、排水的作用，同时控制砂浆不能串出盾尾最后一环预制衬砌管片为宜。

㈣侧、顶拱管片非灌浆孔封孔

在tbm后配套的中部，按一定的孔序用特制的ck砂浆将非灌浆孔进行封堵。

㈤侧、顶拱回填灌浆

⑴灌浆所有材料包括水泥、水

①水泥：拌制砂浆的水泥从工地附近合格生产厂家购买。水泥应符合国家标准gb175-2007的有关规定。

②水：砂浆用水采用隧洞进口450m³高位水池内的水，此水经过水质检验，符合灌浆施工用水的要求，拌浆水的温度控制在5～40℃之间。

⑵浆液拌制

①根据施工配合比，将一定量的水及水泥加入灌浆泵搅拌桶内进行搅拌。水泥浆液必须搅拌均匀，搅拌时间不少于3min，从开始制备至使用完时间宜小于4h。

②浆液温度保持在5～40℃，超过此标准浆液的浆液视为废浆。

⑶灌浆

灌浆原则采用自下而上，左、右对称的灌注方法。

①灌浆方式

采用纯压式灌注方法。

②灌浆压力

灌浆最大压力控制在0.2mpa～0.3mpa之间，局部特殊条件可增加到0.5mpa。

③水灰比

水灰比定为0.5：1，根据以往类似施工经验外加剂定为水泥重量的0.2％。豆砾石回填灌浆配合比

表1：豆砾石回填灌浆配合比

④灌浆结束标准

灌浆孔压力达到0.2mpa～0.3mpa时，灌浆孔停止吸浆，并继续灌注5min即可结束。

⑤灌浆顺序

根据注入浆液在预制管片背后形成的自然坡度，以30m(即25环管片)为一循环进行逐级灌注。

以b孔为例来说明灌注顺序：灌注b1孔时，因b2、b3、b5、b6、b8、b9等孔封堵，故需观察b4孔是否出浆，如b4出浆且浆液由稀变浓时，即可关闭b4孔注浆塞阀门，再次观察b7孔，当b7孔出浆时，关闭注浆塞阀门，按照上述的办法，当b1孔压力达到0.2mpa～0.3mpa时，停止注浆并保持5min后，结束b1孔的灌浆，改灌b7孔。假设在灌注b1孔时浆液未从b4孔溢出，在b1孔灌注结束后改灌b4孔。按照上述办法，当b(h)排孔灌浆长度为30m左右时，改灌c(g)排孔，当c(g)排孔灌浆长度为30m左右时，改灌d(f)排孔，当d(f)排孔灌浆长度为30m左右时，改灌e排孔。由于e排孔豆砾石回填较为困难，推断浆液流动性较大，定为间隔5孔灌注一次，依次类推，循环灌注。当起始环灌注完后，再进行下一循环的灌注。各灌浆孔所注浆量、灌注压力、灌注时间等相关参数，通过灌浆记录仪跟踪记录，并打印。

⑷特殊情况处理

灌浆工作必须连续进行，若因故中断，可按照下述原则进行处理：应及早恢复灌浆。如中断时间大于30min时，应设法清洗至原孔深后恢复灌浆，此时若灌浆孔仍不吸浆，则应重新就近钻孔进行灌浆

㈥封孔

灌浆结束后，待孔内的浆液初凝后，应排除孔内积水和污物，采用特制ck微膨胀砂浆将孔封堵密实和抹平。

4)、灌浆质量控制

㈠灌浆前质量控制

⑴建立健全质量保证体系，制定工程质量保证措施。

⑵切实做好灌浆前的一切准备工作，组织全员进行技术交底，使全员都熟悉设计施工图纸、操作规程和技术标准，领会设计意图，确保施工质量优良。

⑶仔细检查钻灌使用的机械设备，并备足易损件，保证灌浆施工的连续性。

⑷对灌浆使用的水泥等材料严格进行化验检查，发现不符合质量标准的严禁使用。

㈡灌浆过程质量控制

⑴严格按照设计要求和施工技术规范的规定进行。

⑵必须按规定的灌浆参数进行施工，未经有关部门批准任何人不得擅自改变灌浆施工参数。

⑶严格按照灌浆工艺、工序、程序进行施工。

⑷灌浆过程中严格控制灌浆压力、水灰比。并严把灌浆结束标准关，使灌浆过程中所有的施工参数均控制在要求的范围内。

⑸灌浆工程为隐蔽工程，因此必须认真做好所有灌浆原始记录，达到“准确、整洁、清晰、齐全”。

下面结合实施例2对本发明作进一步描述。

实施例2；

tbm施工包括5#施工支洞k0+558.3～k+3+535.04和输水主洞t5+580～t16+110tbm施工洞段，采用一台双护盾tbm进行施工，5#施工支洞(tbm进洞支洞)长度3535.04m，tbm施工段纵坡-2.365％，掘进长度2976.74m，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7.45km。tbm开挖直径5.48m，断面为圆形，采用预制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，开挖隧洞断面与管片间的空隙360°范围内采用豆砾石充填并进行回填灌浆。

如图2所示，本发明实施例提供的tbm管片背后注浆区域示意图。

在本发明实施例中，豆砾石回填灌浆试验段施工方案有：

1)、底拱回填灌浆

由于tbm1后配套结构和回填设备功能所限，按豆砾石回填灌浆试验段施

工方案组织施工，受施工用水及外水影响，底拱回填、灌浆不饱满甚至空腔、大量脱灌。鉴于以上所述情况，对底拱采用速凝水泥浆灌注技术进行改良，即底拱采用速凝性水泥浆灌浆，水泥净浆配合比0.6：1，水玻璃掺量为水泥重量的4％。通过洞外仿底拱模型灌注试验验证，速凝性水泥浆流动性良好，串浆距离6m以上，具有排水能力、提高水泥浆的抗离析、排水能力，实现底拱回填灌注饱满，固结强度达到设计标准。

2)、试验段(第1至770环)豆砾石回填灌浆

(1)豆砾石回填灌浆试验段施工方案

灌注注浆原则采用自下而上，左、右对称和交叉对称灌浆的方法。先从封闭环第一环底拱灌浆孔开始环间隔孔灌浆，至相邻底拱灌浆孔冒浆时，拔出灌浆管并安装止浆塞，进行下个底拱灌浆孔灌浆，依次循环。

底拱灌浆完成后再进行腰部以下底部注浆孔水平注浆，灌浆从第1环灌浆孔开始，封堵第2环灌浆孔，观察第3环灌浆孔，第3环灌浆孔冒浓浆时，拔出灌浆管并安装止浆塞，灌浆管插入第3环灌浆孔灌浆，观察第5环灌浆孔，依次类推，直到封闭环间所有底部注浆孔均冒浓浆为止，且腰部注浆孔也开始冒浆，表明底部注浆孔已经注满，每当注浆孔冒出的浓浆符合配比时，此孔及时安装止浆塞。浆液浓度采用比重仪检测。

再从腰拱的注浆孔水平注浆，灌浆从第1环灌浆孔开始，封堵2、3、4环灌浆孔，观察第5环灌浆孔，第5环灌浆孔冒浓浆并起压止，拔出灌浆管并安装止浆塞，灌浆管插入第5环灌浆孔灌浆，观察第9环灌浆孔，依次类推，当腰拱灌浆孔前部注浆冒浓浆时安装止浆塞，然后继续注浆，直到注浆压力达到0.2～0.3mpa，局部特殊条件增加至0.5mpa,并观察灌浆孔前部串浆达到5～10环时，即可停止注浆，安装止浆塞。

顶拱两侧d1、d3灌浆孔灌浆从第1环灌浆孔开始，封堵2、3、4环灌浆孔，观察第5环灌浆孔，第5环灌浆孔冒浓浆并起压止，拔出灌浆管并安装止浆塞，灌浆管插入第5环灌浆孔灌浆，观察第9环灌浆孔，依次类推，顶拱中间灌浆孔出浆时，停止灌浆，顶拱中间d2灌浆孔采用倒序灌浆，当顶拱中间注浆孔相邻孔开始冒浓浆时安装止浆塞，然后继续注浆，直到注浆压力达到0.2～0.3mpa，局部特殊条件增加至0.5mpa,并观察灌浆孔前部串浆达到5～10环时，即可停止注浆，安装止浆塞。

(2)豆砾石回填灌浆试验段施工方案现场执行情况

①由于风筒、台车影响，c2、e1孔无法作为灌浆孔进行灌注。

②a1、a2孔灌浆由于岩壁渗水等影响，造成水泥浆流失大，水泥浆流至盾体，造成盾体与岩壁凝固，水泥浆随渗水通过排水管排出时凝固造成排水管堵管，严重影响洞内排水的正常进行。

③注浆设备设计能力不够，达不到连续注浆的目的。

3)、试验段(第770环后)豆砾石回填灌浆：

(1)试验段(第770环后)豆砾石回填灌浆施工方案

灌注注浆原则采用自下而上，左、右对称和交叉对称灌浆的方法。在豆砾石回填、封闭环完成后，tbm继续掘进，底管片暂不进行灌浆，对台车底部管片灌浆孔(即a型管片a1、a2灌浆孔、b型、f型管片b1、f2灌浆孔)进行封堵，封堵必须可靠、密闭。

在后配套4#台车注浆泵进行b块、c块、f块、e块管片b2、c1、f1、e2灌浆孔水平注浆，此腰拱四个灌浆孔注浆顺序为：b2→c1→f1→e2，灌浆从封闭环区间的小桩号灌浆孔(第1环)开始，封堵2、3、4环灌浆孔，观察第5环灌浆孔，第5环灌浆孔冒浓浆时用止浆塞封堵，继续注浆，直至起压为止，拔出灌浆管并安装止浆塞，灌浆管插入第5环灌浆孔灌浆，观察第9环灌浆孔，依次类推，直到封闭环间两侧管片注浆孔均冒浓浆并起压为止，表明b块、c块、f块、e块管片注浆孔及底部管片已经注满，每当注浆孔冒出的浓浆符合配比时，此孔及时安装止浆塞。浆液浓度采用比重仪检测。

顶拱两侧灌浆孔(即d型管片d1、d3灌浆孔)灌浆从第1环灌浆孔开始，封堵2、3、4环灌浆孔，观察第5环灌浆孔，第5环灌浆孔冒浓浆时用止浆塞封堵，继续注浆，直至起压为止，拔出灌浆管并安装止浆塞，灌浆管插入第5环灌浆孔灌浆，观察第9环灌浆孔，依次类推。

(2)豆砾石回填灌浆试验段施工方案现场执行情况

①顶拱中间d2灌浆孔每隔5环埋设直径2.5cm、长度65cm套丝钢管，管口安装阀门，用于灌浆过程中排水及顶拱补灌。

②底拱a1、a2取芯效果不好，取芯成功率不高，说明水泥浆液未渗透至底拱，底部b1、f2取芯成功率较高，可见在对f1孔灌浆时，部分f2孔有浆液渗透下去，同样可以推断，在对b2孔灌浆时，b1孔也有浆液渗透，但是底部b1、f2为灌浆薄弱区。

③两侧b2、f1、c1、e2孔共钻孔所取芯样密实完整，个别孔位因灌浆过程中涌水严重，导致所在孔位水泥浆被稀释，故未取出结石芯样，后续钻孔取芯检测中一旦发现此类现象，将采用手动压浆机对所在孔位进行补灌。

④因顶拱中间d2孔每隔5环预埋直径2.5cm、长度65cm套丝钢管，管口离岩壁约2～3cm，故对d1、d3孔进行灌浆时，待预埋钢管口有浓浆溢出时，说明顶拱基本满灌，若预埋管管口无浆液溢出还要对其进行补灌，由此可以推断，采用以上方法对顶拱进行灌浆，顶拱可以保证浆液饱满。从芯样外观质量可以看出，顶拱豆砾石未回填饱满部位基本被水泥浆充填密实，顶拱肩e1、c2孔均有浆液渗透，结石密实、饱满。

从试验段钻芯取样检测结果可以看出，底部a1、a2基本无浆液渗透下去，部分b1、f2孔有浆液渗透，项目部特邀请灌浆施工专家，通过分析采用速凝水泥浆技术改良，底拱采用速凝性水泥浆灌浆，水泥净浆配合比0.6：1，水玻璃掺量为水泥重量的4％。达到速凝、排水、灌注饱满的目的。目前，洞外仿底拱双液浆灌注试验已经完成，且达到了预期的效果。

下面结合实施例3对本发明作进一步描述。

实施例3；

1)、tbm豆砾石回填灌浆施工工艺流程：

㈠施工工艺流程

豆砾石回填→勾缝→封闭环→底拱灌速凝水泥浆→侧拱非灌浆孔封堵→一次灌浆→二次灌浆→封堵→检查(标明位置在接触灌浆时补灌)

㈡豆砾石吹填：当管片推出尾盾后，首先应回填两侧管片的豆粒石，再后回填顶部豆粒石。

㈢底部灌浆：为排出隔断底拱空腔流动积水(施工用水及外水)。施工回填、灌浆在底拱管片拼装时，使用袋装石膏粉或袋装砂浆混合干料封堵。然后做底部灌浆。

㈣封闭环注浆：每隔30-50米设置一道封闭环，用于压力注浆浆液密封。

㈤一次灌浆：在豆砾石吹填完成并经检测合格后可以开始水泥浆注浆施工，tbm配置的注浆泵位于4号台车，通过管路连接，可以从设备后桥区域开始对封闭环间区域的b1、b2、c1、e2、f1、f2进行一次注浆。

㈥二次灌浆：对顶拱d1、d2、d3孔进行二次灌浆，利用16号台车上的二次注浆泵完成顶拱部位的二次注浆。

2)豆砾石回填施工工艺：

2.1回填灌浆孔：

根据双护盾掘进机特点，管片安装按照先安装底管片，然后安装侧向管

片，最后安装顶管片，全环管片6片，顶管片有注浆孔3个，其他管片每片有注浆孔2个，共计13个。按tbm掘进方向，对衬砌管片上的回填注浆孔按逆时针方向进行编号，底管片为a1、a2，顶管片为d1、d2、d3，最后一片管片为f1、f2。

如图3，本发明实施例提供的管片回填注浆孔编示意图。

3)豆砾石回填施工

㈠豆砾石回填位置的选择：

豆砾石填充后能有效的固定管片，防止因台车的重压及机车运输时的碾压、震动造成管片移动，因此豆砾石回填应在1号台车前完成。因此选择豆砾石回填位于尾盾脱出管片5环后第5环开始，从小桩号向大桩号方向，分8两序完成。第一序为：从c2、e1填充两侧拱及底拱豆砾石，完成后换至第4环继续填充，依次环环填充；第二序为：从第6环从d1、d3填充顶拱豆砾石，完成后换至第5环继续填充，依次环环填充，以此类推，完成豆砾石回填。

㈡豆砾石回填设备及材料：

豆砾石回填设备为tbm配置的豆砾石泵，位于tbm6号车上，采用80mm高压钢丝风管与钢管输送至豆砾石区域。

tbm豆砾石泵配置有豆砾石泵、豆砾石上料皮带机、豆砾石运输罐车等。共配置2台豆砾石泵。豆砾石运输罐容量7m³，能够满足2环管片的豆砾石吹填，利用机车编组运输进洞，豆砾石上料皮带机将豆砾石输送至豆砾石泵内。豆砾石泵采用高压风将豆砾石沿管路吹送至管片背后填充。

在tbm后配套配置4台75kw空压机及3m³储气罐为豆砾石吹填提供高压风。

豆砾石采用5-10mm机制碎石，孔隙率为40％-60％。碎石经筛选、水洗后晾干，对所有进场豆砾石进场抽检，确保粒径均匀，无杂物，无泥尘。

㈢吹填顺序

豆砾石吹填采用阶梯吹填法与对称吹填法。

在豆砾石吹填时，应沿从小桩号向大桩号，逐渐对称上升的吹填法，保证顶部豆砾石吹填饱满并避免豆砾石向前流动。在同环管片豆砾石吹填时，应左右方向交替对称吹填，避免因单侧吹填引起管片偏侧。

㈣吹填过程

豆砾石吹填前对豆砾石吹填设备进行检查，尤其是空压机和豆砾石喷射机要进行风压、风量测试，以满足豆砾石回填能力；对豆砾石进行检查，确保豆砾石满足吹填要求。通知机车将豆砾石罐车运输至洞内并吊装至豆砾石吹填工位。

豆砾石管路通过软管延伸到连接桥上，在喷射区设有工作平台，工作平台在尾盾脱出后第5环管片处，以便工作人员可以在隧道内较高的位置进行作业，豆砾石喷射区域位于设备桥架上的盾尾脱出后的第5环管片处。豆砾石喷射在第5环管片处进行，豆砾石的注入是通过每环管片上的4个孔进行的，分别为：c2、e1、d1、d3。

将豆砾石运输罐车与豆砾石喷射机上料系统联接，打开放料阀使豆砾石放入皮带机的上料口，启动皮带机将豆砾石输送到豆砾石喷射机上方料斗，通过控制料斗下方的放料阀门，将豆砾石均匀输送到豆砾石喷射机接料口，在放料的同时启动豆砾石喷射机，这时豆砾石有序的分配到豆砾石喷射机内各料腔，通过压缩空气豆砾石经管道压送到喷头至管片外侧与围岩之间的空腔中。

在豆砾石吹填时为防止产生偏压使管片发生错台或损坏，必须做到自下而上，交叉对称吹填。豆砾石喷射完成后将立即用注浆孔孔口塞把注入孔临时封住，防止豆砾石溢出。

⑴侧拱豆砾石回填

选择站立合适位置将联接豆砾石管道的喷头装入侧部c2孔，开始吹灌回填，a2、b1孔作为检查孔。当豆砾石工感觉到管道内没有豆砾石流动、气压突然开始升高时立即停止吹填，此时检查应是吹填饱满状态，豆砾石回填完成后将b2、c1临时封堵。将喷头移至对称左侧e1孔，a1、f2孔作为检查孔,豆砾石回填完成后将f1、f2临时封堵。用同样的方法进行豆砾石回填。

⑵顶拱豆砾石回填

完成侧拱吹填后，将联接喷豆砾石管道的喷头移至d1、d3进行顶拱回填，d2作为观察孔，完成全部顶拱豆砾石回填。

将联接喷豆砾石管道的喷头装入顶拱部d1、d3孔吹填，当豆砾石工感觉到管道内没有豆砾石流动、气压突然开始升高时立即停止吹填，此时检查应是吹填饱满状态，临时封堵d1、d3孔，完成顶侧拱豆砾石回填。在同环管片进行封顶孔豆砾石回填，在吹填过程中机械手和豆砾石工要密切配合，尤其是豆砾石工要认真观察吹填情况当豆砾石工感觉到管道内没有豆砾石流动、气压突然开始升高时立即停止吹填，此时检查应是吹填饱满状态，取下喷头将d2孔及时封堵，完成封顶孔豆砾石回填。

回填完成后所用的量与正常计算量对比，判断回填效果。

⑷顶拱部豆砾石补吹

后退7环，分别取下管片d1、d3孔堵头，若没有豆砾石溢出，则需要及时补吹，将喷头装入d1、d3孔进行补吹，依次向前推进。豆砾石回填依次配合掘进、管片拼装向前推进，进入下一循环再依次完成上述1-4步，随掘进循环逐步推进。

㈤吹填检测

豆砾石吹填检测一般采用的方法为开孔检测法，进行下一循环豆砾石吹填时，对完成的上一循环豆砾石吹填进行检测，打开临近的上一循环孔口，检测豆砾石是否填充饱满，如果不饱满，应进行补填。

4)管片勾缝施工工艺

㈠勾缝工艺

施工工艺流程：清理→抹缝→清扫残灰→保养。

⑴在豆砾石填充完成后，同步进行勾缝。为保持预制管片衬砌整体结构稳定、防止在灌注水泥浆时漏浆，预制管片衬砌之间的接缝，要及时用微膨胀砂浆勾缝。管片缝采用毛刷剔除缝内杂物，自上而下清扫缝间的尘土和松散灰渣，做好抹缝前的准备工作。

⑵在湿润状态时进行抹缝工作，采用微膨胀混凝土砂浆进行抹缝，砂浆用人工和小型搅拌机拌和。抹缝使用同缝宽的铁腻子刀勾缝，顶部一层使用宽度约50mm的铁制抹子进行，抹缝宽度以刚好覆盖管片缝为宜，严禁将砂浆抹在管片面，造成质量隐患。勾完一段后，用小抹子将毛边修理整齐。对缝宽超标，止水失效的部位补嵌氯丁胶乳水泥砂浆。

⑶勾缝在tbm尾盾后1#联接桥的部位进行，在水泥浆注浆前完成。抹灰工在勾缝前对接缝进行清理，使用专用工具用微膨胀砂浆将接缝填充密实，注意保护好止水条。

⑷勾缝表面质量必须保证和预制衬砌管片迎水面光洁平整，凝固强度要达到设计要求，尤其是预制衬砌管片错台接缝，采用角磨机处理，按设计要求进行做到平顺过渡。

⑸由于受掘进作用力、运输振动力、环境温度等因素的影响，对已完成的勾缝会发生少量的脱离开裂现象，抹灰工要勤检查，及时发现及时修补。

⑹渗水段及过水段勾缝砂浆采用速凝性砂浆。

㈡管片勾缝m50砂浆配合比按设计要求管片勾缝砂浆的强度等级m50，稠度为50-70mm的微膨胀砂浆，现场根据情况，试验室及时调整，管片勾缝m50砂浆配合比如表2所示：

表2：砂浆(净浆)强度性能检测结果

在实际施工中根据检验原材料的变化情况和选购的外加剂及时进行适当

调整，并通过现场试验确定施工配合比，选定的施工配合比必须进行生产性试验，根据现场情况协商调整，以达到满足设计要求和现场施工要求。

5)封闭环灌浆

管片衬砌背后注浆在豆砾石吹填完成后进行，管片衬砌背后注浆是管片衬砌中的一项十分重要的工序。为保证背后注浆饱满，需要在注浆过程中保持浆液压力，因此需要在注浆前在管片背后形成封闭环，封闭环拟采用双液浆封闭环。双液浆注浆采用双液浆注浆泵。双液浆注浆泵放置在6#台车。双液浆注浆配合比为1:1。

㈠注浆方式

在密封环管片拼装完成,豆砾石填充后进行双液注浆形成封闭环，每隔30-50米进行双液浆封闭环注浆。

㈡双液浆封闭环注浆

在管片拼装过程中，每隔30-50米设置一道封闭环，在封闭环的一环利用工作孔自下而上灌注双液形成封闭环。

㈢注浆材料

封闭环采用水泥、水玻璃双液浆。水泥使用p.o42.5等级水泥；施工用水采用库区饮用水；水玻璃采用波美度为29°be～37°be，比重为1.25～1.35克/毫升的水玻璃。

㈣注浆配比

水泥、水玻璃双液浆应采用的比例为：水泥浆水灰比为0.6:1，水泥浆与水玻璃体积比为1:1。

㈤注浆过程

将双液注浆泵通过软管与注浆口连接，左右对称，自下而上隔孔依次注浆，注浆压力为0.2～0.3mpa，根据浆液扩散速度及凝固时长，通过双液浆泵泵送，一般100-110秒可保证浆液排出，且排出时已经基本达到凝固条件并迅速凝固，即可保证密封环饱满。

6)豆砾石回填灌浆

6.1注浆材料

注浆材料为水泥浆，水泥使用p.o42.5等级水泥，施工用水采用洞口的高位水池。注浆用水泥浆水灰比0.6：1，据现场灌浆情况调整，以达到满足设计要求和现场施工要求。

6.2注浆压力

注浆压力应控制在0.2～0.3mpa，局部特殊条件可以增加到0.5mpa。

6.3水泥浆施工配合比

选定的试验配合比必须进行生产性试验，据现场情况协商调整，以达到满足设计要求和现场施工要求。最终按监理工程师批准的施工配合比执行。

表3：水泥浆施工配合比

6.4制浆

根据高速制浆机的生产能力，确定向制浆桶内加一定量的水和水泥，该施工方案灌浆系统的高速制浆机每罐制浆量为600l。机械手将运送到位的水泥运输罐车与水泥螺旋上料器连接，启动高速制浆机，开启水阀向高速制浆机桶内定量加水，在加水的同时依次启动水泥运输罐车中的螺旋输送器和高速制浆机的螺旋上料器向制浆桶内添加定量的水泥，高速制浆机搅拌30s使浆液均匀，再放入800l储浆罐供灌浆泵使用。

6.5水泥浆灌浆

灌注注浆原则采用自下而上，左、右对称和交叉对称灌浆的方法。

底拱采用速凝水泥浆灌注，先从封闭环区间内小桩号开始，对底拱灌浆孔开始环间隔孔灌浆，至相邻底拱灌浆孔冒浆时，拔出灌浆管并安装止浆塞，进行下个底拱灌浆孔灌浆，依次循环。

对每环底拱a1、a2灌浆孔依次全部进行灌注，在灌浆前，对a1、a2孔均不封孔。

底拱灌浆完成后再进行腰部以下底部注浆孔水平注浆，灌浆从第1环灌浆孔开始，观察第2环灌浆孔，第2环灌浆孔冒浓浆时，拔出灌浆管并安装止浆塞，灌浆管插入第2环灌浆孔灌浆，观察第3环灌浆孔，依次类推，直到封闭环间所有底部注浆孔均冒浓浆为止，表明底部注浆孔已经注满，每当注浆孔冒出的浓浆符合配比时，此孔及时安装止浆塞。浆液浓度采用比重仪检测。

再从拱腰注浆孔水平注浆，灌浆从第1环灌浆孔开始，封堵2、3、4环灌浆孔，观察第5环灌浆孔，第5环灌浆孔冒浓浆时，拔出灌浆管并安装止浆塞，灌浆管插入第5环灌浆孔灌浆，观察第9环灌浆孔，依次类推，当拱腰相邻注浆孔开始冒浓浆时安装止浆塞，然后继续注浆，直到注浆压力达到0.2～0.3mpa，局部特殊条件增加至0.5mpa,并观察灌浆孔前部串浆达到5～10环时，即可停止注浆，安装止浆塞。

顶拱两侧灌浆孔灌浆从第1环灌浆孔开始，封堵2、3、4环灌浆孔，观察第5环灌浆孔，第5环灌浆孔冒浓浆时，拔出灌浆管并安装止浆塞，灌浆管插入第5环灌浆孔灌浆，观察第9环灌浆孔，依次类推，顶拱中间灌浆孔出浆时，停止灌浆，当顶拱中间注浆孔相邻孔开始冒浓浆时安装止浆塞，然后继续注浆，直到注浆压力达到0.2～0.3mpa，局部特殊条件增加至0.5mpa,并观察灌浆孔前部串浆达到5～10环时，即可停止注浆，安装止浆塞。

顶拱d2灌浆孔灌浆从第1环灌浆孔开始，封堵2、3、4、5、6环灌浆孔，观察第7环灌浆孔，依次类推，当顶拱中间注浆孔相邻孔开始冒浓浆时安装止浆塞，然后继续注浆，直到注浆压力达到0.2～0.3mpa，局部特殊条件增加至0.5mpa,并观察灌浆孔前部串浆达到5～10环时，即可停止注浆，安装止浆塞。

本封闭环内段管片背后浆液注浆完毕。

①底拱灌浆

速凝水泥浆前部封堵采用石膏袋封堵，袋子制做长度为2.7m(底管片对应底拱围岩弧长约2.92m)，根据现场施工情况调整。

袋子制作直径与底拱部空腔相适应，即底拱中心d110mm到底拱上部渐变d150mm，根据现场施工情况调整。使用110-150g/m²土工布制做袋子。使用袋装石膏粉底拱封堵，袋装石膏粉底拱封堵与管片安装配合进行，衬砌6～8环设置一个底拱封堵，根据施工实际情况调整封堵距离。水泥浆每延米回填量约≥0.5m³，一个循环底拱灌浆量2—3m³，制浆、储浆量要满足一个循环的灌注量，保证连续性。

底拱采用速凝性水泥浆灌浆，水泥净浆配合比0.6：1，水玻璃掺量为水泥重量的4％。

将注浆头安装在单孔a1或a2灌注，打开制浆机阀门放浆到储浆罐，启动注浆泵压送浆液到注浆孔，同时启动速凝剂计量泵加入速凝剂到压力混合器与水泥浆混合，依次从一端a1或a2的灌浆孔交叉对称灌注，连续性注入底拱空腔，灌浆工观察灌注情况，观察双液浆串浆、排水、翻浆情况，发现下一环a1或a2孔冒浆时，及时用木塞封堵翻浆孔，严格计时计量,完成一次灌浆过程。

灌注过程中，保证在空腔区间灌注量要达到理论灌浆量，并注意观察下一环灌浆孔串浆情况，a1或a2孔冒浆时，停止灌注，换至下一环继续进行灌浆。

②两侧拱灌浆

两侧拱下部b1、f2灌浆采用水泥浆掺加不超过2％水玻璃的浆液进行灌注。两侧拱下部b1、f2灌浆采用和底拱a1、a2灌浆孔相同的工艺完成。

由于风筒和台车干涉影响，对所有c2、e1孔全部进行封堵，不作为灌浆孔使用。

两侧拱灌浆采用水泥浆进行灌注。两侧拱b2、c1、f1、e2孔灌浆采用封三留一的施工工艺进行。

在后配套台车注浆泵进行b块、c块、f块、e块管片b2、c1、f1、e2灌浆孔水平注浆，此腰拱四个灌浆孔注浆顺序为：b2→c1→f1→e2，灌浆从封闭环区间的小桩号灌浆孔(第1环)开始，封堵2、3、4环灌浆孔，由灌浆工将注浆塞安装到侧拱的b2、c1孔，机械手打开高速制浆的放料阀，将搅拌均匀的浆液放入储浆罐，在灌浆工通过对讲机指令机械手分别启动注浆泵开始灌注，灌注过程灌浆工要严密监视串浆情况，发现依次第5环、第9环……的b2、c1灌浆孔(串浆孔)冒浓浆时用止浆塞封堵，继续注浆，直至起压为止，拔出灌浆管并安装止浆塞，灌浆工取下灌浆接头分别接到第5环(间隔一环)b2、c1孔的注浆塞上，依次向前灌浆直到止浆环处b2、c1灌浆孔冒浓浆时用止浆塞封堵，然后继续注浆，直到注浆压力达到0.2～0.3mpa，局部特殊条件增加至0.5mpa,并观察灌浆孔前部串浆达到5～10环时，即可停止b2、c1的灌注，安装止浆塞。这样完成了侧拱的水泥浆灌注。重复上述的步骤，从两侧拱的f1孔和e2孔灌浆，直至完成两侧拱的水泥浆灌注。b2、c1与f1、e2灌浆应对称，交叉向前灌浆。

③顶拱下部灌浆

侧顶拱d1、d3孔灌浆采用封三留一的施工工艺进行。

侧顶拱中间d2灌浆孔每隔5环埋设直径2.5cm、长度65cm套丝钢管，管口安装阀门，用于灌浆过程中排水及顶拱补灌。

顶拱两侧灌浆孔(即d块管片d1、d3灌浆孔)灌浆从第1环灌浆孔开始，封堵2、3、4环灌浆孔。由灌浆工分别将注浆塞安装到第1环顶拱下部d1和d3孔，机械手打开高速制浆的放料阀，将搅拌均匀的浆液放入储浆罐，在灌浆工通过对讲机指令机械手分别启动注浆泵开始灌注，灌注过程灌浆工要严密监视灌浆压力和串浆情况，观察第5环灌浆孔及临近d2孔，第5环灌浆孔冒浓浆时用止浆塞封堵，继续注浆，若d2孔冒浓浆时将预埋管管口阀门关闭，继续灌浆，直至起压、达到结束灌浆标准为止，此时，拔出灌浆管并安装止浆塞，灌浆管插入第5环灌浆孔灌浆，观察第9环灌浆孔及第9环临近d2孔，依次类推，若对d1、d3孔灌浆达到结束标准后，临近d2孔仍未出浆，则对该孔进行补灌，直至起压、达到结束灌浆标准为止。这样依次向前灌注到直到止浆环处d1、d3孔灌浆结束，即完成了顶拱下部的水泥浆灌注。即可停止b2、c1的灌注，安装止浆塞。

④顶拱中心灌浆

顶拱d2孔灌浆采用封五留一的施工工艺进行。

5#支洞为下坡，顶拱中心灌浆孔采用逆向灌浆(从低处往高处灌浆)，主洞为上坡，顶拱中心灌浆孔灌浆方法和其他灌浆孔相同。

顶拱中心灌浆是单机工作，由灌浆工将注浆塞安装到第1环顶拱中心d2孔，机械手打开高速制浆的放料阀，将搅拌均匀的浆液放入储浆罐，在灌浆工通过对讲机指令机械手分别启动注浆泵开始灌注，灌注过程灌浆工要严密监视灌浆压力和串浆情况，发现依次第7环、第13环……的d2灌浆孔有水泥浆液漏出比较混浊时，将注浆塞及时关闭。当压力升到0.3mpa时但不超0.5mpa恒压5分钟浆液不再注入时停止灌注，同时关闭注浆塞上的阀门，视该孔灌注结束。灌浆工取下灌浆接头接到第7环(间隔3环)d2孔的注浆塞上，依次向前灌注到直到止浆环处d2孔有比较混浊的水泥浆液漏出时停止d2孔的灌注，这样就完成了顶拱中心的水泥浆灌注。

每个循环豆砾石回填灌浆完成，建立起了预制管片衬砌背后与围岩面的空隙回填整体的基础。

7)灌浆孔封孔

灌浆孔封堵按试验配合比制拌的砂浆实施，抹灰工取下注浆塞将灌浆孔清理干净，用抹灰工具填充捣实，孔封表面光洁平整。非灌浆孔的封堵在灌浆前按试验配合比制拌的砂浆实施，封孔方法同上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。