一种适用于围岩变形的TBM隧道管片结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别是一种适用于围岩变形的TBM隧道管片结构及其施工方法。

背景技术

我国是多山的国家，在多年的基础设施建设中建造了一大批具有标志性和代表性的地下隧道工程，钻爆法在这些工程的建设过程中发挥了重要作用，但是随着我国经济的发生以及我国人力资源成本的提高，劳动密集型的传统隧道施工模式已不能满足隧道工程建设的需要，热别是社会各界对工程建设过程中安全、环保的重视，越来越多的隧道对施工方法提出了新的需求。国内外工程实践已经表明，对于超特长隧道，TBM施工具有快速、优质、安全、经济的特点，在特长隧道的建设中具有鲜明的优势。

根据开挖模式，TBM可分为敞开式和护盾式两种，本发明主要针对采用管片拼装的护盾式TBM。护盾式TBM一般采用千斤顶或者后护盾的撑靴作为动力支撑来源，使TBM向前推进，随后在盾体后方进行TBM管片拼装，形成整环隧道衬砌，如此循环作业，不断向前完成隧道洞身的掘进工作。

TBM自身机械化程度较高，应对软弱围岩的能力较差，基本只适合于硬岩地质条件。由于长大隧道地质条件难以准确辨识，TBM在长大隧道掘进施工中经常会遇到断层破碎带、高地应力软岩大变形等超出设计预期的情况，管片在隧道铺设后易出现碎裂的情况，严重时影响到盾构机的正常运行。

所以，目前需要一种技术方案，以解决TBM隧道掘进过程中遇到围岩变形时，铺设好的管片在围岩变形的影响下容易出现碎裂损坏的情况，严重时会影响到盾构机正常运行的技术问题。

发明内容

本发明目的在于：针对现有技术存在TBM隧道掘进过程中遇到围岩变形时，铺设好的管片在围岩变形的影响下容易出现碎裂损坏的情况，严重时会影响到盾构机正常运行的技术问题，提供一种适用于围岩变形的TBM隧道管片结构及其施工方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种适用于围岩变形的TBM隧道管片结构，包括若干个管片段，若干个所述管片段首尾相连形成圆环形，相邻两个所述管片段之间连有释能部件，所述释能部件包括释能钢板，所述释能钢板上设置有若干个U型折弯部，所述U型折弯部内配设有阻尼橡胶。

本发明一种适用于围岩变形的TBM隧道管片结构，TBM掘进遇到围岩变形区域时，在隧道内壁铺设多个管片段，围合形成圆环形，并对管片段进行初步固定，随后等待围岩变形完成，围岩变形对管片段产生挤压力，使相邻两个管片段相互靠拢，设置在管片段之间的释能部件，其释能钢板和阻尼橡胶均能够承受载荷，并释放隧道围岩变形应力，避免围岩变形对管片段造成损伤，确保TBM掘进效率。

作为本发明的优选方案，所述管片段端部两侧分别设有膨胀橡胶，所述膨胀橡胶遇水能够发生膨胀。遇水膨胀橡胶设置于管片迎水侧，能够有效阻隔迎水侧来水，减少水对管片段及管片段之间释能部件的侵蚀，保证释能部件及管片结构的有效性。

作为本发明的优选方案，所述管片段端部对应所述释能钢板设置有粘黏橡胶，所述粘黏橡胶一侧与所述释能钢板连接，另一侧与所述管片段端部连接。实现了释能部件在两个相邻的管片段之间的连接安装。

作为本发明的优选方案，每个所述管片段侧部均设有纵向螺栓孔，并通过纵向螺栓将相邻两个管片结构连接。使当前安装的管片结构，与原有的管片结构连接形成整体，提升当前管片结构的安装稳固。

作为本发明的优选方案，所述管片段端部设有环向螺栓孔，所述环向螺栓孔延伸至所述管片段内侧壁，并通过横向螺栓将相邻两个管片段连接。使多个管片段连接形成圆环形的管片结构，并对管片段起到初步定位作用。

作为本发明的优选方案，沿所述管片段端部至管片段内侧壁，所述环向螺栓孔的截面积逐渐变小。管片段在隧道内铺设后，围岩变形使两个管片段相互靠拢，因此安装于环向螺栓孔内的横向螺栓会发生弯曲变形，过程中容易对环向螺栓孔孔壁造成损伤，本方案将环向螺栓孔靠近管片段端部的部分尺寸设置的较大，为横向螺栓变形提供了空间，减小围岩变形过程中，管片结构净空变化对横向螺栓带来的影响，从而起到了保护管片段的作用。

作为本发明的优选方案，所述环向螺栓孔的数量为两个，分设在所述释能部件的两侧。提升管片段之间的连接稳固，而且横向螺栓不会从释能部件穿过，避免横向螺栓破坏释能部件的整体性能，确保释能部件在受到压缩后能够产生相应的变形，以适应围岩变形。

作为本发明的优选方案，两个所述环向螺栓孔之间还设置有注浆孔，所述注浆孔延伸至所述管片段内侧壁。预留的注浆孔，在围岩变形完成后，通过注浆的方式加固管片段之间的连接，提升管片结构整个稳固性和防水性能。

作为本发明的优选方案，所述释能钢板的数量为两个，所述注浆孔设置在两个所述释能钢板之间。使注入的浆料更容易进入到释能部件的各处，使管片段之间连接更稳固，同时避免岩层水通过管片段之间的间隙进入到隧道内。

一种适用于围岩变形的TBM隧道管片施工方法，其步骤包括：

S1：TBM掘进过程中在隧道内铺装管片段；

S2：通过横向螺栓将相邻两个管片段连接，旋紧横向螺栓端部螺母；

S3：通过纵向螺栓将相邻两个管片结构连接；

S4：通过隧道管片变形监测机构监测围岩至围岩变形稳定；

S5：进一步旋紧横向螺栓端部的螺母，并通过注浆孔注浆加固相邻两个管片段的连接。

本发明一种适用于围岩变形的TBM隧道管片施工方法，在围岩变形区域通过TBM掘进并将管片段铺装在隧道内壁，管片段通过横向螺栓和纵向螺栓进行初步固定，在围岩变形完成后，再通过注浆孔对管片段之间进行加固，在围岩变形过程中释能部件能够承受载荷，并释放隧道围岩变形应力，避免围岩变形对管片段造成损伤，确保TBM掘进效率。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本申请通过在管片段之间设置释能部件，其由带有折弯部的释能钢板和阻尼橡胶组成，在围岩变形时能够承受载荷，并释放隧道围岩变形应力，避免围岩变形对管片段造成损伤，确保TBM掘进效率。

附图说明

图1是本发明一种适用于围岩变形的TBM隧道管片结构的示意图；

图2是本发明所述管片段在围岩变形前的状态图；

图3是图2中A区的放大图；

图4是本发明所述管片段在围岩变形后的状态图；

图5是本发明所述管片段端部的示意图；

图中标记：1-管片段，2-释能部件，21-释能钢板，211-折弯部，22-阻尼橡胶，3-膨胀橡胶，4-粘黏橡胶，5-纵向螺栓孔，6-纵向螺栓，7-环向螺栓孔，8-横向螺栓，9-注浆孔。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1、图2、图3、图4和图5所示，本实施例一种适用于围岩变形的TBM隧道管片结构，包括若干个管片段1，若干个所述管片段1首尾相连形成圆环形，相邻两个所述管片段1之间连有释能部件2，所述释能部件2包括释能钢板21，所述释能钢板21上设置有若干个U型折弯部211，所述U型折弯部211内配设有阻尼橡胶22。

在TBM掘进遇到围岩变形区域时，在隧道内壁铺设多个管片段1，围合形成圆环形，并对管片段1进行初步固定，随后等待围岩变形完成，围岩变形对管片段1产生挤压力，使相邻两个管片段1相互靠拢，设置在管片段1之间的释能部件2，其释能钢板21和阻尼橡胶22均能够承受载荷，并释放隧道围岩变形应力，避免围岩变形对管片段1造成损伤，确保TBM掘进效率。

具体的，管片段1端部对应所述释能钢板21设置有粘黏橡胶4，所述粘黏橡胶4一侧与所述释能钢板21连接，另一侧与所述管片段1端部连接，实现了释能部件4在两个相邻的管片段1之间的连接安装。

具体的，每个所述管片段1侧部均设有纵向螺栓孔5，并通过纵向螺栓6将相邻两个管片结构连接，使当前安装的管片结构，与原有的管片结构连接形成整体，提升当前管片结构的安装稳固。

具体的，管片段1端部设有环向螺栓孔7，所述环向螺栓孔7延伸至所述管片段1内侧壁，并通过横向螺栓8将相邻两个管片段1连接，使多个管片段1连接形成圆环形的管片结构，并对管片段1起到初步定位作用。

进一步的，环向螺栓孔7的数量为两个，分设在所述释能部件2的两侧，提升管片段1之间的连接稳固，而且横向螺栓8不会从释能部件2穿过，避免横向螺栓8破坏释能部件2的整体性能，确保释能部件2在受到压缩后能够产生相应的变形，以适应围岩变形。

实施例2

如图2和图3所示，本实施例中，与实施例1的区别在于，管片段1端部两侧分别设有膨胀橡胶3，所述膨胀橡胶3遇水能够发生膨胀。

本实施例中，遇水膨胀橡胶3设置于管片迎水侧，能够有效阻隔迎水侧来水，减少水对管片段1及管片段1之间释能部件2的侵蚀，保证释能部件2及管片结构的有效性。

实施例3

如图2、图3和图5所示，本实施例中，与实施例1的区别在于，两个所述环向螺栓孔7之间还设置有注浆孔9，所述注浆孔9延伸至所述管片段1内侧壁。

本实施例中，预留注浆孔9，在围岩变形完成后，通过注浆的方式加固管片段1之间的连接，提升管片结构整个稳固性和防水性能。

进一步的，释能部件2包括两个释能钢板21，所述注浆孔9设置在两个所述释能钢板21之间，使注入的浆料更容易进入到释能部件2的各处，使管片段1之间连接更稳固，同时避免岩层水通过管片段1之间的间隙进入到隧道内。

实施例4

如图2、图3和图5所示，本实施例中，与实施例1的区别在于，沿所述管片段1端部至管片段1内侧壁，所述环向螺栓孔7的截面积逐渐变小。

本实施例中，管片段1在隧道内铺设后，围岩变形使两个管片段1相互靠拢，因此安装于环向螺栓孔7内的横向螺栓8会发生弯曲变形，过程中容易对环向螺栓孔7孔壁造成损伤，本方案将环向螺栓孔7靠近管片段1端部的部分尺寸设置的较大，为横向螺栓8变形提供了空间，减小围岩变形过程中，管片结构净空变化对横向螺栓带来的影响，从而起到了保护管片段1的作用。

本实施例中环向螺栓孔7在管片段1端部预留了横向螺栓8的变形空间，具体的环形螺栓孔7采用了渐变式结构，当然环向螺栓孔7也可以采用其他结构，例如在环向螺栓孔7靠近管片段1端部的位于设置腔体，腔体空间大于横向螺栓8的直径，也能够为环向螺栓8提供变形空间，起到保护管片段1的作用。

实施例5

如图1、图2、图3、图4和图5所示，本实施例中，提供了一种适用于围岩变形的TBM隧道管片施工方法，使用如实施例3所示的一种适用于围岩变形的TBM隧道管片结构，其步骤包括：

S1：TBM掘进过程中在隧道内铺装管片段1；

S2：通过横向螺栓8将相邻两个管片段1连接，旋紧横向螺栓8端部螺母；

S3：通过纵向螺栓6将相邻两个管片结构连接；

S4：通过隧道管片变形监测机构监测围岩至围岩变形稳定，即围岩不再发生形变；

S5：进一步旋紧横向螺栓8端部的螺母，并通过注浆孔9注浆加固相邻两个管片段1的连接。

在围岩变形区域通过TBM掘进并将管片段1铺装在隧道内壁，管片段1通过横向螺栓8和纵向螺栓6进行初步固定，在围岩变形完成后，再通过注浆孔9对管片段1之间进行加固，在围岩变形过程中释能部件2能够承受载荷，并释放隧道围岩变形应力，避免围岩变形对管片段1造成损伤，确保TBM掘进效率。

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。