阅读说明：本技术 Tbm石渣就地洞内利用的方法及装置 (Method and device for in-situ utilization of TBM stone slag in underground cave ) 是由 秦鹏翔 聂建国 金峰 周俊波 李超毅 潘长城 樊健生 周虎 于 2021-07-22 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种TBM石渣就地洞内利用的方法及装置,其中,方法包括：采集TBM开挖时的石渣,筛分出大于预设粒径的石渣,存储于洞内料仓中的同时,将剩余的石渣运出洞外；在开挖掘进过程中,同步在TBM的主机后方安装衬砌模板,并采用石料输送机将料仓中的石渣回填至围岩与衬砌模板之间的空隙,形成对围岩进行支承的块石骨架；将剩余的石渣按照粒径筛分为粗骨料、细骨料与石粉掺合料,以作为混凝土原材料配置洞渣自密实混凝土,并将洞渣自密实混凝土泵送至已有的块石骨架的衬砌空间内,形成堆石混凝土结构的隧洞衬砌。本申请实施例的方法可以有效就地洞内利用石渣,达到隧道工程的安全、环保、经济、优质的隧洞衬砌施工的目的。(The application discloses a method and a device for utilizing TBM stone slag in situ, wherein the method comprises the following steps: collecting rock ballast when the TBM is excavated, screening the rock ballast with the particle size larger than a preset particle size, storing the rock ballast in a storage bin in the tunnel, and transporting the residual rock ballast out of the tunnel; in the excavation and tunneling process, a lining template is synchronously installed behind a main machine of the TBM, and a stone conveyor is adopted to backfill the stone ballast in the storage bin to a gap between the surrounding rock and the lining template, so that a rock block framework for supporting the surrounding rock is formed; and screening the residual stone slag into coarse aggregate, fine aggregate and stone powder admixture according to the particle size, taking the admixture as a concrete raw material to prepare the hole slag self-compacting concrete, and pumping the hole slag self-compacting concrete into the lining space of the existing rock block framework to form the tunnel lining of the rockfill concrete structure. The method provided by the embodiment of the application can effectively utilize the rock ballast in the tunnel, and the aim of safe, environment-friendly, economic and high-quality tunnel lining construction of tunnel engineering is fulfilled.)

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参考附图描述本申请实施例的TBM石渣就地洞内利用的方法及装置。针对上述背景技术中心提到的相关技术无法达到隧道工程的安全、环保、经济、优质的隧洞衬砌施工的目的的问题，本申请提供了一种TBM石渣就地洞内利用的方法，在该方法中，首先进行TBM开挖石渣筛分与收集，其次进行衬砌模板安装与大块石渣回填，最后进行洞渣自密实混凝土配置与回填，其中，在开挖石渣筛分收集步骤，包括在掘进过程中将一定粒径以上的大块石渣筛余后存储在洞内小火车上的块石料仓中，以及将过筛的小块石渣及石粉运至后方；在管片支护与大块石渣回填步骤，包括首先在TBM内安装衬砌模板，然后采用石料输送机将大块石渣回填至围岩与衬砌模板之间的空隙，形成块石骨架；在洞渣自密实混凝土配置与回填步骤，包括在后方首先将小块石渣按照粒径筛分为粗骨料、细骨料、石粉掺合料，然后利用所得的原材料配置洞渣自密实混凝土，最后将所配自密实混凝土回填至已有块石骨架的衬砌空间，利用自密实混凝土的超强流动性自流密实填充块石骨架之间的空隙，形成堆石混凝土结构的衬砌，充分发挥堆石混凝土结构的优势，开挖后，TBM石渣通过简单的筛分直接入仓，快速形成堆石混凝土，大大提升TBM施工安全性，降低卡机风险；就地取材，充分利用隧洞开挖料，减少运输、拌和、振捣等多个施工环节，同时减少水泥用量，降低施工成本、减弱环境污染；同时由于大块石骨架之间孔隙较大，容易被具备超强流动性的自密实混凝土填充，大大提升了回填密实度；最后，回填全过程完全依靠重力堆积或自流，简化施工的同时，也避免了高压吹填、高压固结灌浆的安全隐患。由此，解决了相关技术无法达到隧道工程的安全、环保、经济、优质的隧洞衬砌施工的目的的技术问题。

具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种TBM石渣就地洞内利用的方法的流程示意图。

如图1所示，该TBM石渣就地洞内利用的方法包括以下步骤：

在步骤S101中，采集全断面硬岩隧道掘进机TBM开挖时的石渣，筛分出大于预设粒径的石渣，将大于预设粒径的石渣存储于洞内料仓中的同时，将剩余的石渣运出洞外。

可以理解的是，第一步骤为开挖石渣筛分与收集步骤，即TBM开挖，实时对石渣进行筛分收集，包括将一定粒径以上的大块石渣筛余后存储在洞内料仓中，以及将过筛的小块石渣及石粉运出洞外。需要说明的是，预设粒径可以由本领域技术人员根据实际情况进行设置，以下会进行举例说明。

可选地，在本申请的一个实施例中，预设粒径小于或等于围岩与衬砌模板之间的间隙宽度，且大于或等于25mm。也就是说，筛余的大块石，其粒径应不大于围岩与衬砌模板之间间隙宽度，且不小于25mm，其既可适用于双护盾TBM，也可适用于开敞式TBM。

在步骤S102中，在开挖掘进过程中，同步在TBM的主机后方安装衬砌模板，并采用石料输送机将料仓中的石渣回填至围岩与衬砌模板之间的空隙，形成对围岩进行支承的块石骨架。

可以理解的是，第二步骤为衬砌模板与大块石渣回填，即在TBM开挖掘进过程中，同步在TBM主机后方安装衬砌模板，然后采用石料输送机将料仓中的大块石渣回填至围岩与支衬砌模板之间的空隙，形成块石骨架首先对围岩进行支承。

可选地，在本申请的一个实施例中，采用石料输送机将料仓中的石渣回填至围岩与衬砌模板之间的空隙，包括：通过衬砌模板上预留的回填孔将料仓中的石渣回填至围岩与衬砌模板之间的空隙；或者，通过TBM的尾盾上预留的回填管将料仓中的石渣回填至围岩与衬砌模板之间的空隙。

其中，在本申请的一个实施例中，回填孔或回填管位于隧洞顶拱稍偏离竖直线预设距离处的位置。

具体地，块石与自密实混凝土向衬砌模板之间空腔内部回填，既可通过衬砌模板上预留的回填孔，亦可通过TBM尾盾上预留的回填管。另外，回填孔或回填管应当位于隧洞顶拱稍偏离竖直线的位置，既可确保回填物随重力作用自然密实至整个空腔，也可确保回填物不会在顶拱正上方堆积。

可选地，在本申请的一个实施例中，衬砌模板为钢管片、混凝土管片、混凝土支护模板中的任意一种。也就是说，衬砌模板可以但不仅限于是钢管片、混凝土管片、混凝土支护模板中的任意一种。

可选地，在本申请的一个实施例中，石料输送机包括螺旋式输送机和皮带式输送机。也就是说，石料输送机可以为但不仅限于螺旋式输送机、皮带式输送机，输送的方式可以多种样式，并不进行具体限制。

在步骤S103中，将剩余的石渣按照粒径筛分为粗骨料、细骨料与石粉掺合料，以作为混凝土原材料配置洞渣自密实混凝土，并将洞渣自密实混凝土泵送至已有的块石骨架的衬砌空间内，形成堆石混凝土结构的隧洞衬砌。

可以理解的是，第三步骤为洞渣自密实混凝土配置与回填，即首先在后方将小块石渣按照粒径筛分为粗骨料、细骨料、石粉掺合料，然后利用所得的原材料配置洞渣自密实混凝土，最后将所配自密实混凝土泵送至已有块石骨架的衬砌空间内，借助自密实混凝土的超强流动性密实填充块石骨架之间的空隙，形成堆石混凝土结构的隧洞衬砌，即可充分发挥TBM石渣就地利用和堆石混凝土结构的优势，大大提升TBM施工安全性，降低卡机风险；又可就地取材，充分利用隧洞开挖料，减少水泥用量，降低施工成本、减弱环境污染；同时由于大块石骨架之间孔隙较大，容易被具备超强流动性的自密实混凝土填充，大大提升了回填密实度；最后，回填全过程完全依靠重力堆积或自流，简化施工的同时，也避免了高压吹填、高压固结灌浆带来的安全隐患。

需要说明的是，小块石渣筛分的粗骨料、细骨料、石粉掺合料应满足混凝土原材料的级配要求，并且自密实混凝土，坍落扩展度应在600mm以上，且不发生离析。

可选地，在本申请的一个实施例中，将洞渣自密实混凝土泵送至已有的块石骨架的衬砌空间内，包括：在隧洞中TBM后配套设备中完成洞渣自密实混凝土，并将洞渣自密实混凝土泵送至衬砌空间内；或者，在洞外拌合楼完成洞渣自密实混凝土，通过料仓将洞渣自密实混凝土运入隧洞泵送至衬砌空间内。

具体而言，自密实混凝土的泵送可但不仅限于使用的机器包括挤压式混凝土泵、液压活塞式混凝土泵。其中，小块石渣的筛分与自密实混凝土的配置，既可在隧洞中TBM后配套设备中完成，直接进行泵送，或者可在洞外拌合楼完成，通过料仓运入隧洞进行泵送。

综上，本申请实施例首先利用隧洞开挖洞渣料中的大块石回填形成块石骨架抵抗围岩的早期变形，然后将隧洞开挖的其他小料作为自密实混凝土的骨料与掺和料，通过让自密实混凝土自流密实填满堆石骨架之间的孔隙，最终形成拥有堆石混凝土结构的隧洞衬砌层。本申请实施例的方法通过发挥TBM石渣就地利用和堆石混凝土材料的优势，有效降低施工成本、减少施工污染，并提升施工安全，有效保证施工质量。

结合图2和图3所示，下面以一个具体实施例对本申请实施例的方法的原理进行详细说明。其中，1表示围岩，2表示TBM，3表示衬砌模板，4表示块石料仓，5表示石料输送机，6表示块石，7表示自密实混凝土料仓，8表示自密实混凝土泵送系统，9表示洞渣自密实混凝土。

具体地，TBM 2在围岩1中掘进开挖出的洞渣，经筛分后留下块石6，储存于块石料仓4。石料输送机5先将块石料仓4中的块石6输送回填至管片与围岩之间的空隙，随后，存储于自密实混凝土料仓7中的洞渣自密实混凝土9，通过自密实混凝土泵送系统8泵送至回填满块石6的围岩与管片之间的空隙。

举例而言，本申请实施例包括以下步骤：

步骤S1：TBM 2开挖围岩1，于隧洞内实时对石渣进行筛分收集，包括将粒径不大于围岩与支护层之间间隙宽度、且不小于25mm的块石6筛余后存储在块石料仓4中，以及将过筛的小块石渣及石粉运出洞外；

步骤S2：在TBM 2开挖掘进过程中，同步在TBM 2内安装衬砌模板3，然后采用螺旋式石料输送机5将块石料仓4中的块石6回填至围岩与衬砌模板层之间的空隙，形成块石骨架对围岩进行支承；

步骤S3：在后方将小块石渣按照粒径筛分为满足混凝土级配要求的粗骨料、细骨料、石粉掺合料，然后利用所得的原材料配置洞渣自密实混凝土9，洞渣自密实混凝土9坍落扩展度为700mm，并用自密实混凝土料仓7运输进洞。

步骤S4：最后将所配洞渣自密实混凝土9泵送至已有块石6骨架的衬砌空间内，借助洞渣自密实混凝土9的超强流动性密实填充块石6骨架之间的空隙，形成堆石混凝土结构的隧洞衬砌。

步骤S5：迭代上述步骤，以重复进行TBM石渣隧洞衬砌施工。

根据本申请实施例提出的TBM石渣就地洞内利用的方法，首先进行TBM开挖石渣筛分与收集，其次进行衬砌模板安装与大块石渣回填，最后进行洞渣自密实混凝土配置与回填，其中，在开挖石渣筛分收集步骤，包括在掘进过程中将一定粒径以上的大块石渣筛余后存储在洞内小火车上的块石料仓中，以及将过筛的小块石渣及石粉运至后方；在管片支护与大块石渣回填步骤，包括首先在TBM内安装衬砌模板，然后采用石料输送机将大块石渣回填至围岩与衬砌模板之间的空隙，形成块石骨架；在洞渣自密实混凝土配置与回填步骤，包括在后方首先将小块石渣按照粒径筛分为粗骨料、细骨料、石粉掺合料，然后利用所得的原材料配置洞渣自密实混凝土，最后将所配自密实混凝土回填至已有块石骨架的衬砌空间，利用自密实混凝土的超强流动性自流密实填充块石骨架之间的空隙，形成堆石混凝土结构的衬砌，充分发挥堆石混凝土结构的优势，开挖后，TBM石渣通过简单的筛分直接入仓，快速形成堆石混凝土，大大提升TBM施工安全性，降低卡机风险；就地取材，充分利用隧洞开挖料，减少运输、拌和、振捣等多个施工环节，同时减少水泥用量，降低施工成本、减弱环境污染；同时由于大块石骨架之间孔隙较大，容易被具备超强流动性的自密实混凝土填充，大大提升了回填密实度；最后，回填全过程完全依靠重力堆积或自流，简化施工的同时，也避免了高压吹填、高压固结灌浆的安全隐患。

其次参照附图描述根据本申请实施例提出的TBM石渣就地洞内利用的装置。

图4是本申请实施例的TBM石渣就地洞内利用的装置的方框示意图。

如图4所示，该TBM石渣就地洞内利用的装置10包括：采集模块100、回填模块200和泵送模块300。

具体地，采集模块100，用于采集全断面硬岩隧道掘进机TBM开挖时的石渣，筛分出大于预设粒径的石渣，将大于预设粒径的石渣存储于洞内料仓中的同时，将剩余的石渣运出洞外。

回填模块200，用于在开挖掘进过程中，同步在TBM的主机后方安装衬砌模板，并采用石料输送机将料仓中的石渣回填至围岩与衬砌模板之间的空隙，形成对围岩进行支承的块石骨架。

泵送模块300，用于将剩余的石渣按照粒径筛分为粗骨料、细骨料与石粉掺合料，以作为混凝土原材料配置洞渣自密实混凝土，并将洞渣自密实混凝土泵送至已有的块石骨架的衬砌空间内，形成堆石混凝土结构的隧洞衬砌。

需要说明的是，前述对TBM石渣就地洞内利用的方法实施例的解释说明也适用于该实施例的TBM石渣就地洞内利用的装置，此处不再赘述。

根据本申请实施例提出的TBM石渣就地洞内利用的装置，首先进行TBM开挖石渣筛分与收集，其次进行衬砌模板安装与大块石渣回填，最后进行洞渣自密实混凝土配置与回填，其中，在开挖石渣筛分收集步骤，包括在掘进过程中将一定粒径以上的大块石渣筛余后存储在洞内小火车上的块石料仓中，以及将过筛的小块石渣及石粉运至后方；在管片支护与大块石渣回填步骤，包括首先在TBM内安装衬砌模板，然后采用石料输送机将大块石渣回填至围岩与衬砌模板之间的空隙，形成块石骨架；在洞渣自密实混凝土配置与回填步骤，包括在后方首先将小块石渣按照粒径筛分为粗骨料、细骨料、石粉掺合料，然后利用所得的原材料配置洞渣自密实混凝土，最后将所配自密实混凝土回填至已有块石骨架的衬砌空间，利用自密实混凝土的超强流动性自流密实填充块石骨架之间的空隙，形成堆石混凝土结构的衬砌，充分发挥堆石混凝土结构的优势，开挖后，TBM石渣通过简单的筛分直接入仓，快速形成堆石混凝土，大大提升TBM施工安全性，降低卡机风险；就地取材，充分利用隧洞开挖料，减少运输、拌和、振捣等多个施工环节，同时减少水泥用量，降低施工成本、减弱环境污染；同时由于大块石骨架之间孔隙较大，容易被具备超强流动性的自密实混凝土填充，大大提升了回填密实度；最后，回填全过程完全依靠重力堆积或自流，简化施工的同时，也避免了高压吹填、高压固结灌浆的安全隐患。

图5为本申请实施例提供的全断面硬岩隧道掘进机的结构示意图。该全断面硬岩隧道掘进机可以包括：

存储器501、处理器502及存储在存储器501上并可在处理器502上运行的计算机程序。

处理器502执行程序时实现上述实施例中提供的TBM石渣就地洞内利用的方法。

进一步地，全断面硬岩隧道掘进机还包括：

通信接口503，用于存储器501和处理器502之间的通信。

存储器501，用于存放可在处理器502上运行的计算机程序。

存储器501可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

如果存储器501、处理器502和通信接口503独立实现，则通信接口503、存储器501和处理器502可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，简称为ISA)总线、外部设备互连(PeripheralComponent，简称为PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称为EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

可选的，在具体实现上，如果存储器501、处理器502及通信接口503，集成在一块芯片上实现，则存储器501、处理器502及通信接口503可以通过内部接口完成相互间的通信。

处理器502可能是一个中央处理器(Central Processing Unit，简称为CPU)，或者是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。

本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如上的TBM石渣就地洞内利用的方法。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。