TBM豆砾石回填灌浆施工方案.docx
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TBM豆砾石回填灌浆施工方案
甘肃引洮供水一期工程总干渠9＃隧洞
TBM豆砾石回填灌浆施工方案
编制:
刘文涛
审核:
廖德元
批准:
蔡文华
甘肃中意联合体CMC公司项目部
二00九年十二月十日
目录
1、工程概述-----------------------------------------------------------------------------2
2、施工程序----------------------------------------------------------------------------4
3、回填实施--------------------------------------------------------------------------4
4、底拱90°范围砂浆回填---------------------------------------------------------10
5、两侧、顶拱270°灌注水泥浆--------------------------------------------------11
6、回填材料----------------------------------------------------------------------------15
7、回填灌浆设备----------------------------------------------------------------------15
8、劳动力组成与班组安排----------------------------------------------------------16
9、质量控制----------------------------------------------------------------------------16
10、质量检验---------------------------------------------------------------------------17
11、补灌------------------------------------------------------------------------------18
12、回填灌浆各类报表---------------------------------------------------------------19
13、施工安全--------------------------------------------------------------------------19
14、施工环境--------------------------------------------------------------------------20
1.工程概述
甘肃省引洮供水一期工程计划从洮河九甸峡水利枢纽调水至甘肃省中部干旱地区定西市一带，一期工程直接供水县（区）城2个，供水乡镇36个，供水区受益总乡镇57个，总控制灌溉面积19万亩。
工程主要建筑物包括调水总干渠1条，长110.47km；干渠3条，全长146.19km；支渠及分支渠20条，全长238.18km；供水管线12条，全长113.274km。
设计引水流量32m3/s，加大流量36m3/s，一期工程设计年调水量2.19亿m3，为大
（2）型跨流域调水工程。
本项目重点解决该地区城镇及工业用水、农村人畜饮水、生态环境用水和农业灌溉用水问题，为区域经济社会的发展提供水资源保障。
引洮供水一期工程总干渠9＃隧洞工程区位于甘肃省定西市境内，是调水总干渠的重要组成部分，也是本次施工组织的重点。
隧洞出口距离兰州市区约139km，隧洞全长18275m，设计纵坡为1/1650，横断面型式为圆型，净断面尺寸（直径）D＝4.96m。
引洮供水一期工程总干渠9＃隧洞工程是采用双护盾隧道挖掘机（TBM）施工，由掘进、预制管片衬砌、豆砾石回填灌浆三大工作环节组成，豆砾石回填灌浆是其中的一个重要环节，本方案豆砾石回填灌浆的实施是梯形对称灌注法。
1.1工程特点：
9＃隧洞全长18275m，设计纵坡为1/1650，横断面型式为圆型，开挖直径5.75m，衬砌厚度280mm，净断面尺寸（直径）D＝4.96m，预制衬砌背后与围岩之间的顶部空腔180mm，侧拱部空腔115mm，底拱部空腔50mm。
衬砌背后的回填介质及回填方法直接关系到回填综合质量，隧洞衬砌设计承载能力的前提条件是衬砌与围岩密贴，具有止堵水能力，共同承受外部荷载，所以隧洞衬砌背后与围岩之间的空腔必须回填灌浆均匀密实。
在不良地质条件下各部位空腔会发生较大变化，如塌方、结构围岩扰动、富水、山体裂隙、溶洞等，对回填质量会产生重要影响，要采取有效措施提高回填质量。
1.2工程范围和内容
TBM掘进预制衬砌管片背后与围岩面360°范围内的豆砾石回填灌浆和砂浆回填（见示意图一），工作内容：
一是两侧、顶拱部270°范围内的豆砾石回填;二是安装管片勾缝、封孔、安装管片破碎损修补；三是底拱部90°范围内灌注砂浆；四是两侧、顶拱部270°范围内灌注水泥浆；五是质量检验。
图一
2.施工程序
2.1作业流程
豆砾石回填→衬砌管片勾缝、非灌浆孔封堵→TBM前部灌注砂浆
→TBM后部灌注水泥浆→封堵灌浆孔→质量检验→补灌→重新质检→合格
2.2预留孔编序号
为了方便施工组织、工程量统计，按TBM掘进方向，对衬砌管片上预留的9个孔（工作孔）顺时针方向编序号，右侧拱部预制衬砌管片上的预留孔编序号为D1、D2；底拱部预制衬砌管片上的预留孔编序号为A1、A2；左侧拱部预制衬砌管片上的预留孔编序号为C1、C2；顶拱部预制衬砌管片上的预留孔编序号为B1、B2、B3；见示意图二：
图二
3.回填实施
3.1生产前期试验，为了豆砾石回填灌浆工作的顺利进行，在施工前期做好充分的各项准备工作，对材料进行检验、设备精心测试、人员认真培训。
3.1.1对进场的水泥、豆砾石、河砂等材料做好计量验收、筛选保管、指标检测工作。
尤其是施工配合比要经过施工实际的检验，必须按监理工程师批准的施工配合比执行。
3.1.2对豆砾石回填灌浆设备、台架等进行性能试验，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；灌浆泵要进行压水试验，检查仪表状态是否正常，以保证灌浆压力、流量满足灌浆能力；高速制浆机的自动控制系统定量加水泥、加水的准确程度要进行检查，保持浆液密度稳定。
3.1.3要对施工人员进行岗前培训，各工种必须熟知的豆砾石回填灌浆全部施工流程、操作规范、实施方法、质量保证、安全防范等知识技能进行比较系统教导学习，使每一个施工人员具有岗位责任能力。
3.2设备布置
在TBM前部6#台车左侧布置空压机2台；4#台车左侧布置豆砾石喷射机1台、皮带上料机1台；3#台车左侧布置砂浆搅拌机1台、砂浆泵1台；K2台车右侧布置高速制浆机2台、储浆罐2台、螺旋上料机1台、活塞式液压注浆泵2台；在TBM前、后部适当位置分别布置100型砂浆搅拌机各1台。
3.3材料运输
运输的材料主要是豆砾石和散装水泥，灰砂混合料，袋装水泥、袋装砂、各种添加剂等。
3.3.1豆砾石运输
洞外上料工事先将豆砾石定量放入运输豆砾石罐车中，由调度中心组织调配运送到后配套前部4#台车部位。
3.3.2灰砂混合干料运输
由洞外上料工将制拌好的灰砂混合干料放入水泥运输罐车中，由调度中心组织调配输送到TBM3#台车左侧部位，同时将勾缝、封孔、管片修补的灰砂混合袋装干料分别配送到TBM前、后部工作平台。
3.3.3水泥运输
由洞外上料工将水泥定量放入水泥运输罐车中，由调度中心组织调配运送到TBM后部K2台车部位。
3.4起始环回填（豆砾石、砂浆）
起始环回填是豆砾石回填灌浆的基础，根据现场施工实际情况，当预制管片衬砌达到5环时,从起始第一环进行两侧、顶拱270°的范围豆砾石回填,底拱砂浆回填在完成了第17或18环预制管片衬砌后进行，从第一环进行砂浆灌注。
3.5豆砾石回填
豆砾石回填是在起始环回填（砂浆、豆砾石）的基础上进行，在预制管片衬砌完毕脱离护盾后立即进行，管片外侧与围岩之间的空腔应充填密实，豆砾石的预压坚持“脱离护盾一环衬砌管片就必须回填一环”的原则进行。
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，将豆砾石均匀卸放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。
豆砾石回填是在两侧拱上部、顶拱部预制管片中的预留孔（灌注孔）进行回填。
3.5.1两侧拱豆砾石回填
在灌注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、对称灌注。
具体方法：
将联接喷豆砾石管道的喷头有序先后装入两侧拱的预留孔D1孔—C2孔灌注（见示意图三），当豆砾石工观察到从第三环的D2-C1孔有豆砾石滑出时停止灌注，取下喷头将D1孔—C2孔封堵，完成了一次两侧拱部豆砾石回填。
依次配合掘进、衬砌向前推进。
在灌注豆砾石的过程中要注意观察两侧拱下部预留孔C1、D2孔豆砾石滑出及时封堵。
3.5.2顶拱部豆砾石的回填
在滞后两侧拱豆砾石灌注部位5环后实施。
具体方法：
将联接喷豆砾石管道的喷头先后装入顶拱部的预留孔B1孔—B3孔灌注，当豆砾石工感觉到管道内没有豆砾石流动时停止灌注，取下喷头将B1、B3孔封堵。
将喷头装入顶拱部B2孔灌注，灌注过程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灌注情况，当豆砾石工感觉到管道内没有豆砾石流动时停止灌注，取下喷头将B2孔用及时封堵，完成了一次顶拱部豆砾石回填。
依次将C2—D1—B1—B3—B2孔灌注完毕，即完成了一个循环的豆砾石回填。
图三
3.6预制衬砌管片（嵌缝）俗称勾缝
为保持预制管片衬砌整体结构稳定，也为防止在灌注水泥浆时漏浆。
预制管片衬砌之间预埋膨胀止水条的环向形成接缝，要及时用微膨胀砂浆勾缝。
尤其是底拱部勾缝必须密实，防止在注浆时有压水泥浆液冒出。
底拱部勾缝在预制管片衬砌完成后实施，由于各种原因底拱部长期有一定量的积水存在，使用水泵局部排水，保证勾缝密实。
必要时使用速凝砂浆勾缝，即在原施工配合比的基础上添加水泥用量2%的速凝剂。
两侧、顶拱部预制管片接缝勾缝在TBM后配套适当的后部改建的平台实施。
在勾缝前采用有效的方法和合适的机具对接缝清理，注意保护好止水条。
质量要求勾缝表面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，按设计要求进行做到圆滑过渡，最大限度的减少通水能量损失。
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现象，抹灰工要勤检查，及时发现及时修补。
3.6.1衬砌管片勾缝施工配合比：
按监理工程师批准的施工配合比执行，施工配合比见表一
表一预制衬砌管片勾缝（嵌缝）施工配合比
砂含水率
小于2.2%
配合比
1：
2.7：
0.42：
0.03
掺和料
项目
水泥（Kg）
砂子（Kg）
水（Kg）
锚固剂（Kg）
计算用量
390
1034
162
11.7
稠度CM
6.5
R7
45
R28
63.2
按施工配合比制拌的砂浆,要通过试验室现场取样做试验强度确定。
3.6.2勾缝砂浆的制拌
勾缝砂浆的制拌，采用布置在TBM后配套前部100型砂浆搅拌机来制拌砂浆，将称量好袋装灰砂混合干料以及各种添加剂加入搅拌桶内，搅拌5-10分钟均匀后供使用。
3.7非灌浆孔封堵
按灌浆的技术规范力图满灌，依TBM掘进豆砾石灌浆的惯例，考虑到豆砾石空隙率、浆液渗透能力、灌浆压力、串浆情况等因素，该方案提出在灌浆前事先有序的将预制管片的部分预留孔用砂浆封堵即确定为非灌浆孔封堵，见（示意图四）所示：
底拱在预制管片衬砌完成后就将A1、A2孔交叉封堵；两侧拱部的C1、C2、D1、D2排孔间隔一孔封堵三孔；顶拱部的B1、B2、B3间隔一孔封堵五孔。
图四
3.8衬砌管片破损修补
预制管片在衬砌过程中、掘进预制管片受力时、结构围岩扰动等原因使预制管片延接缝周边会受到一些损伤，在封堵灌浆孔的同时将破损修补，修补表面要光洁平整，凝固强度达到预制管片的设计强度。
3.9灌浆孔、非灌浆孔施工配合比：
按监理工程师批准的施工配合比执行。
建议施工配合比见表二
表二灌浆孔、非灌浆孔封堵砂浆施工配合比
砂含水率
小于2.2%
配合比
1：
2.6：
0.33：
0.02
掺和料
项目
水泥（Kg）
砂子（Kg）
水（Kg）
锚固剂（Kg）
计算用量
480
1250
158
9.6
稠度CM
1.9
R7
48.8
R28
62.7
按施工配合比制拌的砂浆,要通过试验室现场取样做试验强度确定。
3.10管片修补试验配合比另见，按监理工程师批准的配合比执行。
3.11封孔、管片修补砂浆的制拌
封孔、修补砂浆的制拌，采用布置在TBM后配套后部100型砂浆搅拌机来制拌砂浆，按监理工程师批准施工配合比，称量好的材料以及各种添加剂有序加入搅拌桶内，搅拌5-10分钟均匀后供使用。
4.底拱90°范围内砂浆回填
底拱砂浆回填，是继新疆恰甫其海伊犁河南岸干渠八十一大坂隧TBM施工底拱砂浆回填的第二例，实践证明回填效果良好。
底拱90°范围内砂浆回填是在起始环回填（砂浆、豆砾石）的基础上进行砂浆灌注。
4.1底拱砂浆施工配合比：
按监理工程师批准的施工配合比执行见表三。
表三底拱砂浆施工配合比
名称
配合比（重量比）
容重（误差＜3%）
（kg/m3）
水泥（kg）
砂（kg）
水（kg）
砂浆
1：
4.67：
1.02
2206
330
1540
336
见砂浆配合比报告，报告编号：
SPB20090526-01
4.2砂浆制拌
机械手启动水泥运输罐的输送器将洞外配合好的灰砂混合干料卸入螺旋上料器的料斗，同时启动螺旋上料器将混合料定量加入砂浆搅拌桶内，在启动砂浆搅拌机的同时向砂浆搅拌桶内徐徐加入一定量的水，搅拌5-10min浆均匀后供给砂浆泵。
4.3底拱砂浆灌注
底拱砂浆灌注是用砂浆泵将砂浆压送经管道到底拱回填部位。
机械手要做到砂浆搅拌机和砂浆泵联动，同时要和灌浆工密切配合，机械手在灌浆工的指令下，启动砂浆泵A1—A2孔交叉灌注，当发现砂浆串到第五环的A1或A2时停止灌注。
灌注完毕抹灰工用封孔砂浆及时把灌浆孔封堵。
5.两侧、顶拱270°水泥浆灌注
5.1水泥浆施工配合比
按监理工程师批准的施工配合比执行。
建议基本配合比见表五
表五水泥浆施工配合比
名称
配合比（重量比）
容重（误差＜3%）（kg/m3）
水泥（kg）
水（kg）
水泥浆液
0.6：
1
1757
1098
659
5.2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2min使浆液均匀，再放入800L储浆罐供灌浆泵使用。
5.3TBM后部水泥浆灌注
TBM后配套水泥浆灌注，自下而上、对称和交叉对称灌注，按（非灌浆孔封堵示意图四）所示依序灌注。
5.3.1两侧拱下部灌浆
首先由灌浆工分别将注浆塞安装到第1环两侧拱下部的D2孔--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D2--C1灌浆孔（串浆孔）。
。
。
。
。
。
。
。
有水泥浆液漏出比较混浊时，将注浆塞关闭。
当压力升到合同灌浆压力0.3-0.6MPa（具体按照现场实验确定灌浆压力）时恒压5分钟浆液不再注入时停止灌注，同时关闭注浆塞阀门，视该孔灌注结束。
灌浆工取下灌浆接头分别接到第5环（间隔三环）D2、C1孔的注浆塞上，依次向前灌注到TBM后配套轨道的斜坡段（大约60m--80m）停止D2、C1孔的灌注，这样就完成了两侧拱下部的水泥浆灌注。
5.3.2两侧拱上部灌浆
由灌浆工分别将注浆塞安装到第1环两侧拱上部的D1孔和C2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D1—C2灌浆孔（串浆孔）。
。
。
。
。
。
。
。
有水泥浆液漏出比较混浊时，将注浆塞关闭。
当压力升到0.3MPa时但不超0.6MPa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分别接到第5环（间隔三环）D1、C2孔的注浆塞上，依次向前灌注到距TBM后配套轨道的斜坡段10m处的D1—C2灌浆孔有水泥浆液漏出比较混浊时（大约50m--70m）停止D1、C2孔的灌注，这样就完成了两侧拱上部的水泥浆灌注
5.3.3顶拱下部灌浆
由灌浆工分别将注浆塞安装到第1环顶拱下部B1和B3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B1--B3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0.6MPa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分别接到第7环（间隔五环）的B1、B3孔注浆塞上，依次向前灌注到距TBM后配套轨道的斜坡段20m处的B1—B3灌浆孔有水泥浆液漏出比较混浊时（大约40m--60m）停止B1—B3灌浆孔的灌注，这样就完成了顶拱下部的水泥浆灌注。
5.3.4顶拱中心灌浆
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B2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。
。
。
。
。
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的B2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0.6MPa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5环）B2孔的注浆塞上，依次向前灌注到距TBM后配套轨道的斜坡段30m处的B2孔（大约30m--50m）停止B2孔的灌注，这样就完成了顶拱中心的水泥浆灌注。
一个循环的两侧、顶拱270°范围豆砾石回填灌浆完成，建立起了豆砾石回填灌浆的基础。
下一个循环的两侧、顶拱270°范围水泥浆灌注，两侧拱和顶拱灌注分别使用单机工作，仍按5.3方法执行，有别于两侧、顶拱下部是交叉对称灌注。
5.4灌浆孔封堵
灌浆孔封堵按施工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，同时做好养护。
5.5特殊情况处理
5.5.1灌浆过程必须连续进行，若因故中断应及时恢复灌浆，中断时间大于30min时，机械手要尽快做好灌浆泵清洗和弃浆工作，灌浆工清理原灌注孔恢复灌浆。
5.5.2当结构围岩扰动有塌方发生时，豆砾石回填量减少、吃浆增大的情况下，提请监理工程师批准后，可适当提高灌浆压力，使水泥浆液穿透结构围岩空隙，以提高结石强度。
5.5.3当结构围岩有富水发生时，提请监理工程师批准后，可适当提高水泥浆的密度，以增强抗离析能力、降低水泥浆的损耗。
5.5.4当发现有山体裂隙、溶洞情况时，提请监理工程师批准后，砂浆回填是很有效的办法。
6.回填材料
本方案提出的回填介质有水泥、豆砾石、水等。
6.1水泥：
P.HSR高抗硫酸盐硅酸盐散装水泥、袋装水泥。
见水泥试验报告，报告编号SNW20090817-OI。
6.2水：
施工用水。
6.3豆砾石：
天然卵石已经过筛选，粒径5—10mm，空隙率为42%。
见粗骨料试验报告，报告编号CGL090722-01。
6.4砂：
天然河砂，含泥量小于2.3%。
见砂浆试验报告，报告编号XLG090722-01。
6.5其它：
锚固剂等。
7.回填灌浆设备（见表六）
表六回填灌浆设备表
序号
设备名称
型号
外型尺寸（mm）
数量
单位
备注
1
空压机
2
台
2
皮带上料机
1
台
3
豆砾石喷射机
1
台
4
螺旋上料机
1
台
5
高速制浆机
600L
2
台
6
储浆罐
800L
2
台
7
活塞式注浆泵
2
台
8
活塞式砂浆泵
1
台
9
砂浆搅拌机
2
台
10
取芯机
80型
1
台
11
压水试验泵
25L
1
台
8.劳动力组成与班组安排
8.1拟定劳动力组成（见表六）：
表六劳动力组成与班组安排
工
种
工
班
长
设
备
司
机
灌
浆
工
豆
砾
石
工
洞
外
普
工
抹
灰
工
修
理
工
（兼）
质
检
记
录
（兼）
安
全
员
（兼）
电
工
（兼）
合
计
人
数
2
10
14
8
8
8
（2）
（3）
（3）
（2）
50
8.2拟定班组安排（见表七）：
表七施工班组安排
班组
灌浆一班
灌浆二班
机修班
备注
人数（名）
25
25
（3）
接班留补机修
9.质量控制
9.1按照施工规范和施工合同的回填技术要求，制定工程质量保证措施。
9.2切实做好回填工作前的一切准备工作，组织全员进行技术交底，使全员熟悉施工方案、操作规程和技术标准。
9.3员工上岗前要培训，凡参加上岗的员工必须统一上岗前培训，熟悉回填流程和技术规范，提高组织协调能力。
9.4回填材料质量保证
9.4.1水泥按设计要求使用未受潮、无结块的水泥，按照规定做好定期抽检工作，发现不合格质量标准的严禁使用。
9.4.2骨料该方案主要采用骨料是豆砾石和砂，豆砾石粒径5--10㎜；砂在降低含水量的同时筛选保护好。
9.4.3灌浆用水采用隧洞出口50m以上高位水池内的水，此水已经过水质检验，符合灌浆施工用水的要求，拌浆水的温度控制在5—30C°之间。
9.5严格配合比，计量要准确。
严格按施工配合比制浆，定量配料准确，浆液搅拌均匀。
9.6回填记录要详实。
每一个回填单元都必须做好详细记录，数据完整准确。
作为班组之间工作交接掌握单元回填情况的依据，做到心中有数，防止漏灌。
9.7
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