TBM法隧道或隧洞施工的回填方法及其设备

摘要

本发明涉及一种TBM法隧道或隧洞施工的回填方法及其设备。TBM豆砾石回填灌浆回填方法存在诸多技术缺陷，工期无保证，回填质量十分不稳定。本发明在TBM预制衬砌结构管片外壁与围岩壁之间的空腔全洞段360°范围回填，底拱部砂浆、速凝砂浆回填，两侧拱部豆砾石灌浆回填，顶拱部混合砂浆回填；或底拱部砂浆回填、速凝砂浆回填，两侧拱部细石混凝土、速凝细石混凝土回填，顶拱部混合砂浆回填；本发明充分利用砂浆、细石混凝土回填的技术优势，部分或全部替换豆砾石灌浆回填，克服了豆砾石灌浆回填的技术缺陷，尤其在不良地质情况下，提高了回填工效，保证了工程质量。

说明书

技术领域

本发明属于隧道或隧洞施工技术领域，具体涉及一种TBM法隧道或隧洞施工的回 填方法及其设备。

背景技术

隧道掘进机TBM（TunnelBoringMachine）作为当今最先进的一种隧道（洞）施工 机械，已经得到了世界各国的广泛应用。根据支护形式分为三种机型，分别适用于不同的地 质条件：①敞开式，常用于纯质岩；②双护盾，常用于混合地层；③单护盾，常用于劣质地层 及地下水位较高的地层。其中单、双护盾隧道掘进机（TBM）开挖均为预制钢筋混凝土结构件 （管片）拼装或螺栓连接衬砌，预制管片外壁与围岩之间的空腔必须回填密实。

隧道（洞）衬砌设计承载能力的前提条件是衬砌结构与围岩密贴，共同承受外部荷 载，所以隧道（洞）预制管片衬砌外壁与围岩壁间的空腔必须回填密实，使衬砌结构与围岩 紧密贴合，止堵水能力强、凝固强度达到设计要求。TBM因其掘进、预制构件（管片）衬砌工效 高被广泛应用，预制管片衬砌外壁与围岩壁间的空腔回填方法是全断面豆砾石回填灌浆， 但TBM豆砾石回填灌浆回填方法存在诸多技术缺陷：一是工期无保证，没有规范化的施工标 准、施工工序（豆砾石预压的工序、起始环、封闭环的建立、灌浆孔、非灌浆孔、观察孔、闭浆 孔位置的确定、不良地质情况下的回填措施、封孔勾缝的定额标准等一系列问题），脱灌、漏 灌处于一种常态，大量的补灌浆使正常的接触灌浆工序破坏殆尽，隧道（洞）运行预期不定， 经济效益低迷；二是回填质量十分不稳定，底、侧、顶拱取芯抗压强度试验证明变异系数太 大，预制构件衬砌结构受力不均匀，给隧洞运行安全带来隐患。

影响豆砾石回填灌浆因素很多，主要有以下几个方面：

1、落渣及岩粉的影响

在掘进过程部份岩粉附在隧洞围岩壁上，在回填豆砾石预压过程，岩粉粘结在豆砾石 的表面，灌注的水泥浆与豆砾石亲合力差，形成豆砾石水泥结石取芯样密而不坚，结石强度 很低；另有部分片状岩块不为出碴设备铲走落在洞底，掘进机前进时，前护盾将小石片碾成 粉末，因此底部岩粉较厚，如地下水较丰富时，周边岩粉也会集中到底部，此时底部岩粉有 时达20-30mm，底拱部豆砾石预压只有少量的豆砾石进入底拱空腔，由已建工程取芯样检查 证明，底拱仅有被离析的水泥浆或岩粉混合物。

2、不良地质、尤其是地下水影响

a、TBM掘进遇到Ⅳ-Ⅴ类围岩侧、顶部塌方甚至顶部发生大的塌空区豆砾石预压困难， 不仅水泥浆消耗量大且固结强度也很低。

b、在地下水（＞5L/S）比较丰富时，水泥浆液离析严重，无规则的浆液串动，豆砾石 空隙填充不饱满，取芯样似“蚂蜂窝”状，试压强度达不到设计强度的50%。

c、预压空腔的豆砾石由于地下水渗入填充了豆砾石的骨架空隙，灌注浆液时不可 能完全甚至不可能将豆砾石骨架空隙的积水排出而使水泥浆充盈空隙，因而使结石强度大 大降低，严重时水泥豆砾石结石成“豆腐渣”状。

d、地下水冲刷将围岩壁粘附的岩粉向底拱部位沉积，成糊状、岩粉结块、或与豆砾 石固结，水泥浆液很难浸透到粉尘空隙，底拱部结石强度很低。

豆砾石回填灌浆本身具有技术缺陷：

1、底拱豆砾石预压困难、顶拱豆砾石预压不饱满是客观必然。

2、灌浆过程伴有离析、沉积，水灰比在发生变化，浆液压送到灌浆面进入豆砾石空 隙通道到灌浆结束要持续较长的时间，在这段时间始终会发生离析、沉积。

3、灌浆过程随着浆液通道的延伸、范围的扩大，浆液通道阻尼也在不断提高，在灌 注压力的作用下有泌水现象发生，水灰比发生实质性的改变。

4、先、后各孔灌浆的扩散范围的结合面，有积水或憋气盲区，固结不密实。

5、灌浆过程中浆液在豆砾石空隙中无序泳动，在灌浆口表盘读数反映压力已达到 灌浆压力，只是克服豆砾石空隙的阻尼，停灌后浆液无压浸渗。

6、双液浆灌浆过程受水的冲刷，不仅水泥浆配合比遭破坏、水玻璃浓度进一步稀 释，速凝效果差。即使有速凝发生也是在灌浆孔口周围，不仅灌注不饱满且破坏了灌浆通 道。灌浆的理想状态是连续性、单位时间内争取最大灌注量，而速凝剂的添加是豆砾石回填 灌浆回填方法雪上加霜。

承包商意大利CMC公司昆明掌鸠河引水隧洞、承包商山西水工局新疆八十一大坂 引水隧洞、承包商中隧公司陕西“引红济石”引水隧洞、承包商中隧公司青海“引大济湟”引 水隧洞等项目，豆砾石回填灌浆效果均不尽人意。取芯样密而不坚，有芯样豆腐渣、隧洞水 帘洞现象，项目到竣工验收回填灌浆质量达不到设计标准，为了保障隧洞安全运行，进一步 扩大范围加强固结灌浆后才通过验收。

发明内容

本发明的目的是提供一种TBM法隧道或隧洞施工的回填方法及其设备，克服豆砾 石回填灌浆回填方法的技术不足。

本发明所采用的技术方案为：

TBM法隧道或隧洞施工的回填方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

TBM预制衬砌结构管片外壁与围岩壁之间的空腔全洞段360°范围回填，其中：

底拱部砂浆回填，两侧拱部豆砾石灌浆回填，顶拱部混合砂浆回填；

或底拱部砂浆回填，两侧拱部细石混凝土回填，顶拱部混合砂浆回填。

所述底拱部砂浆回填中的砂浆基本配合比为：

所述顶拱部混合砂浆回填中的混合砂浆基本配合比为：

所述两侧拱部细石混凝土回填的细石混凝土基本配合比为：

。

所述底拱部砂浆回填、两侧拱部豆砾石灌浆回填、顶拱部混合砂浆回填的具体施 工步骤为：

第一步：TBM隧道开挖、预制管片衬砌同步进行，当一个工作循环衬砌完成，底拱部砂浆 回填：

在预制管片衬砌结构的底拱部灌浆孔安装好注浆头总成，连接管道启动ST15-8-22型 混凝土输送泵进行定量灌注，灌注速凝砂浆，依次交叉对称推进；

第二步：两侧拱部豆砾石灌浆回填：当一个工作循环衬砌完成，及时回填豆砾石，滞后 在后配套前部亦采用ST15-8-22型混凝土输送泵灌注水泥浆，先后分别在预制管片衬砌结 构的两侧拱部灌浆孔安装好注浆头总成，连接管道启动ST15-8-22型混凝土输送泵进行灌 注，调整泵的工作频率改变排量，两侧拱对称灌注向前推进；

第三步：在后配套前部完成底、侧拱回填后，在后配套后部混合砂浆回填，从顶拱部预 留孔灌注混合砂浆：

在预制管片衬砌完成后的第20-30环开始灌注，在预制管片衬砌结构的顶拱中心部灌 浆孔安装好注浆头总成，连接管道启动ST15-8-22型混凝土输送泵进行灌注，起始环的建立 需要灌注大量的混合砂浆，当ST15-8-22型混凝土输送泵出口压力表读数有明显增高时，当 灌注压力达到0.5Pma或下一注浆头总成有浑浊浆液流出停止该灌浆孔的灌注，间歇性闭浆 5min后闭浆阀总成关闭，完成顶拱混合砂浆回填，即完成一个循环的回填；

间隔六环换灌浆孔进行下一个循环的灌注，依次向前推进，每个灌浆孔位连续灌注。

在地质结构围岩比较稳定、非富水的情况下，扩大两侧拱部豆砾石灌浆回填范围；

在不良地质情况下，扩大底、顶拱部砂浆回填范围。

底拱部砂浆回填，两侧拱部细石混凝土回填，顶拱部混合砂浆回填的具体施工步 骤为：

第一步：TBM隧道开挖、预制管片衬砌同步进行，当预制衬砌管片衬砌到第6环时,在第1 环底拱灌浆孔安装好注浆头总成，连接管道、打开闭浆阀，启动ST15-8-22型混凝土输送泵 进行底拱砂浆灌注，同时启动J-D系列计量泵通过压力混合器添加速凝剂，砂浆串至第6环 止浆刷时停止灌注，交替对称完成底拱砂浆回填；

第二步：分别在第1环两侧拱部灌浆孔安装好注浆头总成，连接管道、打开闭浆阀，启动 ST15-8-22型混凝土输送泵进行细石混凝土灌注，同时启动J-D系列计量泵通过压力混合器 添加速凝剂，细石混凝土串至第6环止浆刷时停止灌注，交替对称完成两侧拱细石混凝土回 填；注入预制管片衬砌外壁与围岩壁空腔的砂浆、细石混凝土从底拱部到两侧拱部形成一 个与水平夹角为23°的坡形，第1环底拱砂浆包围预制衬砌管片外壁在90°范围，第6环侧拱 包围预制衬砌管片外壁在180°范围，建立了起始环回填的基础，完成一个循环的回填；待掘 进衬砌新的一环完成，将注浆头总成取出换到衬砌后新建立的下一个第1环底拱、两侧拱灌 浆孔进行灌注；依次交叉对称、每环必灌、达量停机、平行推进；

第三步：后配套后部回填，从顶拱部灌浆孔灌注混合砂浆：

在预制管片衬砌完成后的第20-30环开始灌注，在预制管片衬砌结构的顶拱部中心灌 浆孔安装好注浆头总成，打开闭浆阀门，连接管道，启动ST15-8-22型混凝土输送泵进行灌 注，起始环的建立需要灌注大量的混合砂浆，当ST15-8-22小型混凝土输送泵出口压力表读 数有明显增高时，当灌注压力达到0.5Pma时或下一专用注浆头有浑浊浆液流出停止该灌浆 孔的灌注，间歇性闭浆5min后闭浆阀总成关闭；完成顶拱部混合砂浆回填，即完成一个循环 的回填；间隔6环换灌浆孔进行下一个循环的灌注，依次向前推进，每个灌浆孔位连续灌注。

混凝土输送泵出口设置的压力表具有以下结构：

包括上下对接的上端盖和安装下座，二者通过边沿对应的紧固螺栓相连接固定；

上端盖和安装下座之间形成的空腔内设置有水平的介质隔膜，介质隔膜夹固在上端盖 和安装下座的边沿之间，介质隔膜将空腔分隔为两部分；

上端盖顶部安装有压力表表盘。

压力混合器具有以下结构：

于介质管道的管壁上设置阀座，速凝剂管的端部通过对接安装到阀座内，速凝剂管的 端部设置喷嘴伸入介质管道内；

对接上端头与速凝剂管用螺母紧固连接。

闭浆阀具有以下结构：

包括具有中轴通孔的阀体，中轴通孔两端设置有连接端头；

阀体上插设有垂直于中轴通孔的阀杆，阀杆两端均设置有密封圈、平垫、紧固螺母和防 松螺母；

阀杆一端设置有阀柄，阀柄与阀杆垂直并通过平键连接，阀柄位于平垫与紧固螺母之 间。

本发明具有以下优点：

1、本发明涉及的砂浆、细石混凝土回填，在单位时间内灌注量大、连续性好，回填密实、 凝固强度高、变异系数小，预制衬砌结构圆周受力均匀。选择灰岩或天然骨料制拌细石混凝 土、体积法等效弹性模量值稳定，在施工配合比不变的条件下，增添一定量的外加剂可抑制 干缩，干缩量显著小于豆砾石回填灌浆。

2、本发明涉及的砂浆、细石混凝土的粘稠度比水泥浆高，可抵御水的冲刷、抗离析 能力强，采用先进的速凝技术在短时间内实现砂浆、细石混凝土速凝，可发挥灌、排、堵的作 用，具有较强的止堵水能力，快速初凝可使预制衬砌结构（管片）早期稳定。

3、灌浆孔少，工序简单。TBM后配套局部技术改造和设备调整就可以实现。

附图说明

图1为压力表的结构图。

图2为压力混合器的结构图。

图3为闭浆阀的结构图。

图4为两侧拱部豆砾石灌浆回填的工艺流程图。

图5为底拱部砂浆回填的工艺流程图。

图6为底拱部砂浆回填，两侧拱部细石混凝土回填，顶拱部混合砂浆回填的工艺流 程图。

图中，1-压力表表盘，2-上端盖，3-介质隔膜，4-紧固螺栓，5-安装下座，6-速凝剂 管，7-螺母，8-对接，9-阀座，10-喷嘴，11-介质管道，12-密封圈，13-平垫，14-紧固螺母，15- 防松螺母，16-阀体，17-阀柄，18-阀杆，19-平键，20-连接端头。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及的TBM法隧道或隧洞施工的回填方法，充分利用砂浆、细石混凝土回填 的技术优势，在TBM预制衬砌结构管片外壁与围岩壁之间的空腔全洞段360°范围内，全部或 部分代替原有的豆砾石灌浆回填，以克服单纯豆砾石灌浆回填的缺陷。具体由以下步骤实 现：

TBM预制衬砌结构管片外壁与围岩壁之间的空腔全洞段360°范围回填，可采用以下两 种改良方案：

方案一：底拱部砂浆回填，两侧拱部豆砾石灌浆回填，顶拱部混合砂浆回填；

方案二：底拱部砂浆回填，两侧拱部细石混凝土回填，顶拱部混合砂浆回填。

所述底拱部砂浆回填中的砂浆基本配合比为：

所述顶拱部混合砂浆回填中的混合砂浆基本配合比为：

所述两侧拱部细石混凝土回填的细石混凝土基本配合比为：

。

上述第一种方案，即底拱部砂浆回填、两侧拱部豆砾石灌浆回填、顶拱部混合砂浆 回填的具体施工步骤为：

第一步：TBM隧道或隧洞开挖、预制管片衬砌同步进行，当一个工作循环衬砌完成，底拱 部砂浆回填。在预制预制管片结构的底拱部灌浆孔安装好注浆头总成，连接管道启动ST15- 8-22型混凝土输送泵进行定量灌注，根据实际施工情况灌注速凝砂浆，依次交叉对称推进。

第二步：两侧拱部豆砾石灌浆回填。当一个工作循环衬砌完成，及时回填豆砾石， 滞后在后配套前部亦采用ST15-8-22型混凝土输送泵灌注水泥浆，先后分别在预制预制管 片结构的两侧拱部灌浆孔安装好注浆头总成，连接管道启动ST15-8-22型混凝土输送泵进 行灌注，根据工艺试验要求，调整泵的工作频率改变排量（单位时间内的灌注量），按照回填 施工方案，两侧拱对称灌注向前推进。

第三步：在后配套前部完成底、侧拱回填后，在后配套后部混合砂浆回填，从顶拱 部预留孔灌注混合砂浆：

在预制管片衬砌完成后的第20-30环开始灌注，在预制预制管片结构的顶拱中心部灌 浆孔安装好注浆头总成，连接管道启动ST15-8-22型混凝土输送泵进行灌注，起始环的建立 需要灌注大量的混合砂浆，当ST15-8-22型混凝土输送泵出口压力表读数有明显增高时，当 灌注压力达到0.5Pma或下一注浆头总成有浑浊浆液流出停止该灌浆孔的灌注，间歇性闭浆 5min后闭浆阀总成关闭，完成顶拱混合砂浆回填，即完成一个循环的回填；

间隔六环换灌浆孔进行下一个循环的灌注，依次向前推进，每个灌浆孔位做到连续灌 注。

所述底拱部砂浆回填，两侧拱部细石混凝土回填，由J-D系列计量泵高压输送的速 凝剂与混凝土输送泵压送的砂浆、细石混凝土在灌浆孔口安装的压力混合器流体混合，实 现底拱部速凝砂浆回填，两侧拱部速凝细石混凝土回填，使衬砌结构早起稳定。

该方案的灌浆状态为：

完成底拱部砂浆回填、两侧拱部豆砾石回填灌浆回填，在预制管片衬砌结构约腰线 180°范围区域，回填的豆砾石在预制管片衬砌结构外壁与围岩壁的空腔前3-4环始终呈坡 形状态。豆砾石回填灌浆回填完成一段进尺后，在水平方向预制衬砌结构管片外壁与围岩 壁的空腔在豆砾石空隙内灌注的水泥浆形成一个锯齿形界面；顶拱部完成混合砂浆回填， 在预制管片衬砌结构腰线以上范围形成混合砂浆回填区域，混合砂浆在预制管片衬砌结构 外壁与围岩壁的空腔20-30环始终呈长斜坡形状。砂浆回填方法与豆砾石回填灌浆方法并 用完成底、侧、顶拱回填后，在隧道（洞）长度约30-40m预制管片衬砌结构管片外壁与围岩壁 空腔呈“梯形”状态。在水平方向底拱砂浆、侧拱豆砾石回填灌浆、顶拱混合砂浆界面融合。 后部回填量大，串浆距离远，排水效果好，完全可以实现回填密实。

在地质结构围岩比较稳定、非富水的情况下，扩大两侧拱部豆砾石灌浆回填范围； 在不良地质情况下，扩大底拱部砂浆回填范围。

上述第二种方案，即底拱部砂浆回填，两侧拱部细石混凝土回填，顶拱部混合砂浆 回填的具体施工步骤为：

第一步：TBM隧道开挖、预制管片衬砌同步进行，当预制衬砌管片衬砌到第6环时,在第1 环底拱灌浆孔安装好注浆头总成，连接管道、打开闭浆阀，启动ST15-8-22型混凝土输送泵 进行底拱砂浆灌注，同时启动J-D系列计量泵通过压力混合器添加速凝剂，砂浆串至第6环 止浆刷时停止灌注，交替对称完成底拱砂浆回填。

第二步：分别在第1环两侧拱部灌浆孔安装好注浆头总成，连接管道、打开闭浆阀， 启动ST15-8-22型混凝土输送泵进行细石混凝土灌注，同时启动J-D系列计量泵通过压力混 合器添加速凝剂，细石混凝土串至第6环止浆刷时停止灌注，交替对称完成两侧拱细石混凝 土回填；注入预制管片衬砌外壁与围岩壁空腔的砂浆、细石混凝土从底拱部到两侧拱部形 成一个与水平夹角约为23°的坡形，第1环底拱砂浆包围预制衬砌管片外壁在90°范围，第6 环侧拱包围预制衬砌管片外壁在180°范围，建立了起始环回填的基础，完成一个循环的回 填；待掘进衬砌新的一环完成，将注浆头总成取出换到衬砌后新建立的下一个第1环底拱、 两侧拱灌浆孔进行灌注；依次交叉对称、每环必灌、达量停机、平行推进。

第三步：后配套后部回填，从顶拱部灌浆孔灌注混合砂浆：

在预制管片衬砌完成后的第20-30环开始灌注，在预制管片衬砌结构的顶拱部中心灌 浆孔安装好注浆头总成，打开闭浆阀门，连接管道，启动ST15-8-22型混凝土输送泵进行灌 注，起始环的建立需要灌注大量的混合砂浆，当ST15-8-22小型混凝土输送泵出口压力表读 数有明显增高时，当灌注压力达到0.5Pma时或下一专用注浆头有浑浊浆液流出停止该灌浆 孔的灌注，间歇性闭浆5min后闭浆阀总成关闭；完成顶拱部混合砂浆回填，即完成一个循环 的回填；间隔6环换灌浆孔进行下一个循环的灌注，依次向前推进，每个灌浆孔位做到连续 灌注。

该方案的灌浆状态为：

回填始终利用底拱交叉一个灌浆孔、两侧拱中部的两个灌浆孔、顶拱部中心的一个灌 浆孔灌注，是在TBM后配套回填系统的前、后部位先后进行，注入的砂浆、细石混凝土、混合 砂浆在隧道（洞）长30-40m范围，在预制管片衬砌外壁与围岩壁的空腔内呈“梯形”状态。后 部灌浆量大，串浆距离远，灌、排、堵能力强，完全可以实现回填密实，凝固强度高。

本发明首次将中国制造ST15-8-22小型混凝土输送泵（本发明不限于此混凝土输 送泵）和中国制造的J-D系列柱塞式计量泵，使用于TBM后配套回填系统，完全替代同类型进 口产品。

上述两个方案中涉及了以下特殊设备：

（1）压力表：

混凝土输送泵出口设置的压力表具有以下结构：

包括上下对接的上端盖2和安装下座5，二者通过边沿对应的紧固螺栓4相连接固定。上 端盖2和安装下座5之间形成的空腔内设置有水平的介质隔膜3，介质隔膜3夹固在上端盖2 和安装下座5的边沿之间，介质隔膜3将空腔分隔为两部分。上端盖2顶部安装有压力表表盘 1。

其工作原理：系统压力平衡、等压介质隔膜压力传递。当回填介质（水泥浆、砂浆、 细石混凝土、混合砂浆）在泵送压力作用下，进入压力表总成安装座的空腔，介质受压或减 压介质隔膜往复移动，使上端盖事先按装时充满空腔的压力油受压或减压，通过压力表内 部的设计结构传递压力，压力表表盘的读数显示的是回填介质压力。而ST15-8-22型混凝土 输送泵或同类型混凝土泵反映是液压系统的工作压力，非回填介质的压力。

（2）压力混合器：

具有以下结构：

于介质管道11的管壁上设置阀座9，速凝剂管6的端部通过对接8安装到阀座9内，速凝 剂管6的端部设置喷嘴10伸入介质管道11内；对接8上端头与速凝剂管6用螺母7紧固连接， 对接8上部设置有螺母7进行加固。

其工作原理：压力混合器总成是将流体介质（砂浆、细石混凝土、混合砂浆）和液态 介质（速凝剂）流体混合，速凝剂的添加通过“开处”喷嘴高压喷射与输送介质（砂浆、细石混 凝土、混合砂浆）混合，喷射压力高于输送回填介质压力（砂浆、细石混凝土、混合砂浆）80倍 以上，反应充分、速度快。

（3）闭浆阀：

闭浆阀具有以下结构：

包括具有中轴通孔的阀体16，中轴通孔两端设置有连接端头20；阀体16上插设有垂直 于中轴通孔的阀杆18，阀杆18两端均设置有密封圈12、平垫13、紧固螺母14和防松螺母15； 阀杆18一端设置有阀柄17，阀柄17与阀杆18垂直并通过平键19连接，阀柄17位于平垫13与 紧固螺母14之间，阀柄17扳动通过平键19转动阀杆18。

其工作原理：通过阀柄操作，带动阀杆左右旋转，灵活调整控制回填介质（砂浆、细 石混凝土、混合砂浆）的流量大小、及时开启或关闭。该闭浆阀总成可长时间防止水泥浆、砂 浆、细石混凝土、混合砂浆固结，故障极少、清理方便，保障回填连续。彻底解决了各种非水 泥浆阀阀门经常卡死、损坏、故障多、清理困难、回填中断的问题，大大提高回填工效。

以下通过具体实施例来具体说明本发明技术方案的实施过程：

实施例一即方案一：砂浆回填方法与豆砾石回填灌浆回填方法并用：

本实例是双护盾掘进机TBM法开挖洞长30.7Km，Ⅳ-Ⅴ类围岩占到96%，开挖洞径6.79m， 预制混凝土管片拼装衬砌，混凝土性能指标为C40，衬砌外径6.56m，内径6.00m。后配套设计 豆砾石回填灌浆回填系统，由于该隧洞不良地质情况，在双护盾掘进机TBM在步进的前期， 及时对后配套回填系统局部进行技术改造。确定了砂浆、豆砾石回填灌浆回填方法并用，全 洞长底拱部90°范围速凝砂浆回填，两侧拱部约90°范围豆砾石回填灌浆，不良地质的富水 洞段顶拱部约140°范围砂浆回填，其它洞段仍豆砾石回填灌浆。该实施例不涉及豆砾石回 填灌浆工艺流程。

具体实施方法是：

1、双护盾掘进机TBM后配套设计的豆砾石回填灌浆系统不改变，在后配套前部距离回 填工作面约40m的平台增加安装了ST15-8-22型混凝土输送泵1台，立式砂浆搅拌机2台，J- D450L∕3.8计量泵1台；

2、铺设连接D=50mm输送砂浆高压耐磨胶管40m、速凝剂计量泵D=16mm、高压钢编胶管 30m；

3、豆砾石回填灌浆按原后配套回填系统的设计要求实施，设计豆砾回填灌浆检验标准 M15，全洞段回填工量约54000m³；

4、底拱砂浆回填。将按砂浆施工配合比称量在洞外称量袋装砂、袋装水泥装上运输平 板车，通过列车编组运进洞内双护盾掘进机TBM后配套的灌浆平台位置，用横梁电动吊机卸 在灌浆平台。细石混凝土泵司机接到回填工作面灌浆工的对讲机指令，开启立式搅拌机的 放料控制阀门，将搅拌好的砂浆放入ST15-8-22小型混凝土输送泵的搅拌料斗，同时启动 ST15-8-22小型石混凝土输送泵，将砂浆通过D=50mm的高压耐磨胶管输送管压送注入孔到 底拱预制衬砌背后与围岩之间的空腔，灌浆孔口升压至规定的压力0.5MPa时，停止该孔灌 注，按工序换孔灌注到规定压力，依次完成下一个工作循环的底拱砂浆回填。全洞底拱回填 砂浆6140m³，质量检验全部合格；

5、不良地质洞段的顶拱部砂浆回填，按照施工方案，顶拱部砂浆灌注每隔6环一个灌浆 孔。将注浆头总成安装好灌浆孔，按底拱回填步骤进行。本回填方法通过间歇停机、启动 ST15-8-22型混凝土输送泵实现恒压，以使部位回填空隙充满。压力观察通过孔口注浆总成 安装设置的压力表读出，恒压5分钟后，关闭注浆头总成的开闭阀门，反转ST15-8-22型混凝 土输送泵卸压，在卸掉输送管道压力的同时，将输送管内的砂浆抽回到ST15-8-22型混凝土 输送泵料斗，完成一个灌浆孔的部位回填，依此再从相隔6环的另一灌浆孔灌注砂浆。

在砂浆回填操作的过程中，根据富水情况，灌浆工随时指令混凝土泵司机开启安 装的J-D450L∕4.5计量泵，每次将16kg水玻璃速凝剂压送至注浆头总成的50型压力混合器 内，与砂浆高压流体混合注入预制混凝土管片背后与围岩的空腔，初终凝时间为1-5min，有 良好的止堵水效果。整个隧洞不良地质洞段回填砂浆14900m³，回填质量通过取芯、压水、压 浆检验全部合格。因该隧洞Ⅳ-Ⅴ类围岩占到96%，不良地质洞段都进行了锚杆固结灌浆，在 保证设计隧洞安全承载能力的系数内，豆砾回填灌浆检验标准按M10全部通过质量验收。不 仅仅是该隧洞豆砾石回填灌浆的困惑，包括国外隧洞的修建豆砾回填灌浆回填方法的应用 都不尽人意。

实施例二即方案二：砂浆、细石混凝土、混合砂浆回填方法：

本实例是采用中国中铁重工制造的ZTE6420复合式硬岩掘进机施工，为国内首次将复 合式硬岩掘进机用于煤矿副平硐施工，具有三种掘进模式可以转换使用。副平硐主要穿越 岩性为泥质粉砂岩、细砂岩、部分可能穿越砂砾岩。盾构机开挖硐径6.46m,硐长6282m，钢 筋混凝土预制管片外径6200mm，内径5700mm,厚度250mm，宽度1500mm，楔形量20mm，混凝土 标号C40。预制管片衬砌背后与围岩之间的空腔设计回填为同步灌浆。

ZTE6420复合式硬岩掘进机施工后配套的同步灌浆系统存在一定缺陷，冬季节施 工浆液冻结，运输浆液离析，不能正常施工作业，配置的同步灌浆系统的设备已经丧失应具 有的功能，灌浆严重滞后，已经发生了少许管片边角破损现象、衬砌结构变形。为保证工程 质量、加快施工进度。本发明对现有同步灌浆系统进行彻底技术改造，以满足施工实际需 要。技术改造对原装系统改变不大，掘进、衬砌、材料供给、施工调度工序不变。利用拆除的 空间位置，在后配套前部、尾部后配置砂浆灌注系统，全洞短实现砂浆、细石混凝土回填，使 掘进、衬砌、回填同步推进。

具体实施方法是：

1、拆除ZTE6420复合式硬岩掘进机后配套的同步灌浆系统所有设备，利用拆除的空间， 置换安装ST15-8-22型混凝土输送泵1台，增加安装立式砂浆搅拌机2台，安装的J-D450L∕ 4.5计量泵1台；后配套尾部增加一组台车，同样安装ST15-8-22型混凝土输送泵1台，立式砂 浆搅拌机2台。

2、受ZTE6420复合式硬岩掘进机后配套系统结构的限制，自动化上料系统无法改 造的情况下，只可以将回填材料运进硐内，现场人工上料加入到立式搅拌机桶内制拌细石 混凝土或砂浆，其材料运输取掉列车编组的浆液运输罐车、制浆搅拌站也不再使用。分别在 各编组列车尾部增加运输平板一辆装运袋装水泥、袋装砂到尾部灌浆平台，列车编组前部 管片车上堆放袋装水泥、袋装砂及水玻璃运进硐内灌浆平台。

3、技术改造设计该平硐预制管片衬砌背后与围岩面空腔实施360°范围内细石混 凝土或砂浆回填。底、侧拱在180°范围在后配套前部灌注速凝砂浆回填，顶拱部在180°范围 灌注细石混凝土或多元化混合砂浆回填。

4、前部速砂浆、后部细石混凝土回填施工配合比：

5、后配套前部速凝砂浆回填。为使预制衬砌管片早期稳定，“一步法”砂浆回填是在后 配套前部起始环的底、侧拱180°范围内灌注速凝砂浆。当预制衬砌管片衬砌到第6环时（掘 进方向）,先后分别在前第6环两侧拱部灌浆预留孔（灌浆孔D＞85mm）安装好注浆塞总成，连 接管道启ST15-8-22小型混凝土输送泵进行灌注，同时启动J-D系列计量泵通过压力混合器 添加速凝剂，有效控制浆液的初凝速度，初凝时间约5^s—1min。使速凝砂浆串至止浆刷停止 灌注，灌浆工通过现场计量试验，根据实际所需回填量在下一循环做到定量灌注，交替对称 完成两侧拱回填。注入衬砌管片背后空腔的砂浆从底拱部到两侧拱部形成一个与水平夹角 约为23°的坡形，第1环底拱砂浆包围管片在90°范围以上，第6环侧拱包围管片约180°范围， 这样就建立了起始环砂浆灌注的基础，在此称作完成了一个循环的灌注。待掘进衬砌新的 第1环完成，将注浆头取出换到衬砌后新建立的下一个第6环的两侧拱灌浆孔进行灌注。两 侧拱依次交叉对称、每环必灌、达量停机、平行推进（根据现场灌浆效果，在可以保持衬砌管 片早期稳定的前提下，视情况隔环灌注）。推进开挖平硐2Km，速凝砂浆回填2300m³。经钻孔 取芯样密实，抗压强度28.6Mpa。

6、后配套尾部回填。灌浆工把注浆头总成安装好顶拱部灌浆孔，输送泵司机启动 搅拌机，灌浆工将袋装水泥、袋装粉煤灰、袋装砂按配料量加入事先定量加水的立式搅拌机 桶，通常搅拌3—5min，灌浆工视砂浆搅拌均匀，打立式搅拌机的放料阀放料到ST15-8-22型 混凝土输送泵搅拌料斗，同时输送泵司机启动ST15-8-22型混凝土输送泵，将砂浆通过输送 管道压送到在灌浆孔安装好的专用注浆头，使混合砂浆注入顶拱区域预制衬砌管片背后空 腔，当孔口灌浆压力表总成读数达到0.5Mpa时，就关闭灌浆阀门闭浆，完成该部位的混合砂 浆回填，换下一灌浆孔继续灌注，依次向前推进。推进开挖平硐2Km，回填混合砂浆4000m³。 经钻孔取芯样密实，抗压强度32.6Mpa。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书 而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。