[發明專利]TBM盾尾封堵系統及其安裝方法、施工方法

在審

• 申請號: 202310021765.2
• 申請日: 2023-01-06
• 公開（公告）號: CN115929334A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 王守慧;江玉生;趙繼增;楊星;葉守杰;邵小康;劉泉維;楊志勇;宗超;劉利;張連慶;齊子豪
• 申請（專利權）人: 青島地鐵集團有限公司;中國礦業大學（北京）;青島市地鐵六號線有限公司;廊坊辰興機械有限公司
• 主分類號: E21D9/06
• 分類號: E21D9/06;E21D9/087;E21D11/08;E21D11/10;E21D11/05
• 代理公司: 北京知尋專利商標代理事務所(普通合伙) 16166
• 代理人: 付懷

本發明涉及TBM盾尾封堵系統及其安裝方法、施工方法。TBM盾尾封堵系統包括：耐磨密封板結構，整體呈與TBM盾尾一致的環形連接固定至TBM盾尾，包括內側密封板和外側密封板，密封板具有連接端和封堵端，連接端閉合并連接固定至TBM盾尾，封堵端朝向掘進后方開口，并且內側密封板抵接管片，外側密封板抵接圍巖；氣囊結構，整體呈與TBM盾尾一致的環形布置在所述內側密封板與外側密封板之間，在充氣膨脹狀態下，氣囊結構內側區域與管片緊密接觸，外側區域與圍巖緊密接觸。采用本發明的封堵系統，安裝在TBM盾尾，能夠對管片與圍巖之間產生的間隙進行及時封堵，使得施工過程中能夠超前吹填豆礫石，并實現同步灌漿。

技術領域

本發明涉及隧道施工技術領域，尤其涉及開挖間隙回填技術，具體涉及TBM盾尾封堵系統及其安裝方法、施工方法。

背景技術

TBM即(全斷面)隧道掘進機(Tunnel?Boring?Machine)，分為敞開式隧道掘進機和護盾式隧道掘進機兩種。護盾式隧道掘進機區別于敞開式掘進施工法，其自帶護盾，不需要進行錨噴、二襯等繁瑣的支護手段，只需要在開挖完成后進行管片襯砌拼裝和壁后間隙回填兩道工序即可，是集開挖、支護、出渣于一體，可以實現隧道的一次成型。

常規條件下護盾式TBM的管片拼裝及回填施工過程如下：

(1)護盾式TBM的盾尾結構

與盾構的盾尾結構最大的差別是，TBM盾尾沒有盾尾刷，因此與管片間不能構成封閉體系。常規的TBM盾尾情況如圖1所示，盾尾內外兩側不設有封堵裝置，這就導致在吹填豆礫石或灌漿時不能太靠近盾尾，否則極易導致豆礫石或漿液滲漏進入隧道內部，影響隧道內的正常施工。但如果遠離盾尾吹填豆礫石的話，這就會導致剛脫出盾尾那幾環的管片處于騰空狀態，即僅靠千斤頂推力和螺栓維持管片的受力平衡，極易造成管片結構失穩。因此，常規的TBM施工采用將盾尾底部兩側(7點位和4點位位置)開兩個槽，以保證能及時將墊塊(有的采用木質墊塊、有的用預制混凝土墊塊、有的甚至采用工字鋼墊塊等)墊到盾尾剛脫出的那一環，不至于其處于騰空的危險狀態。

(2)護盾式TBM管片拼裝及回填過程

護盾式TBM管片的拼裝及豆礫石灌漿回填過程如圖2所示，具體過程如下：

(1)首先，在第n環管片拼裝前，通過盾尾預留槽放入墊塊，一般為四塊，分別墊在即將拼裝的最底部管片的四個角；

(2)當管片即將脫出盾尾時(n-1環)，開始與底部的墊塊接觸；當管片完全脫離盾殼后(n-2環)，整環管片在徑向僅靠底部的幾個墊塊支撐，以維持豎直方向的穩定；

(3)一般情況下TBM的施工是在第n-7環左右開始吹填豆礫石，吹填的點位一般在頂部11點至1點的位置，此時第n～(n-5)環這6環在徑向僅靠墊塊來維持穩定不下沉，而第n-6環底部才剛剛吹入少量的豆礫石，直到第n-8環才能保證管片壁后一半的間隙填滿；

(4)在豆礫石吹填20環以后，即n-27環時才考慮進行灌漿回填，此時漿液能滲入前方很大一部分范圍，如n-10環斷面位置可能被充填了一半的漿液，更有可能的是，現場實際情況的灌漿時間可能要比這個時間更靠后。

現有的護盾式TBM的管片拼裝及回填存在如下問題：

(1)豆礫石無法做到同步充填。即由于TBM盾尾的不封閉結構，過早吹填豆礫石必定會導致漏入隧道內，甚至引起大量灰塵導致無法正常施工。因此豆礫石的吹填不得不滯后，同時灌漿過程也不得不在此基礎上更加滯后。

(2)至少脫出盾尾的3～5環管片不能受到充填的豆礫石的保護，僅靠底部墊塊的支撐難以保證整環管片結構的穩定。

(3)由于底部墊塊的阻擋，導致豆礫石吹填過程中難以將管片底部位置吹填“飽滿”。這就導致灌漿后出現許多豆礫石分布不均勻、甚至純水泥灌漿體的情況，如圖3所示。