CN100580221C - 盾构隧道下穿浅覆土河床施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构隧道下穿浅覆土河床施工方法，主要步骤包括：工程调研，下穿河床的类比、计算分析，方案研究及确定、确定辅助措施及初设盾构参数，下穿河床盾构施工等；其中辅助措施主要采用地基加固、设置抗浮板、地表压重等地表、地层辅助措施和在每环管片背面贴海绵等；初设盾构参数主要包括土压力、出土量控制、推进速度、注浆量、管片拼装、盾尾防水等参数的设置；在下穿河床盾构施工过程中，采用计算机实时监控系统全程监测隧道沉降、位移、收敛等情况。该施工方法可适用于下穿浅覆土河床等环境下的盾构施工，并避免施工过程中产生涌水、坍塌等事故，确保施工安全。

Description

盾构隧道下穿浅覆土河床施工方法

技术领域

本发明涉及一种盾构隧道下穿浅覆土河床的施工方法，属于隧道盾构施工技术领域。

背景技术

随着地下空间的开发与利用，盾构法施工在我国得到了越来越广泛的应用。盾构法隧道施工是一种在地面下暗挖建造隧道的施工方法，利用盾构作为开挖地下土体及支护土体和拼装隧道衬砌的机具，开挖1环，拼装1环，循环工作，直至完成整条隧道。北京、上海等城市地铁盾构法施工的成功应用，使此项施工技术在我国日臻完善。

与传统的钻爆法施工相比，盾构法施工具有自动化程度高、不同地质条件适应性强、对城市居民和建筑物的影响小、在软弱地层中有利于控制地表沉陷、安全性高等优点。

但国内外在下穿浅覆土河床等环境下盾构施工的研究还不够深入，对此类盾构施工情况很少涉及和论述，其施工技术还有待完善。

上海市轨道交通9号线一期工程R413标段盾构隧道(九亭站-七宝站)位于上海市闵行区沪松公路沿线，由正线(双线)及出入段线(两段)两部分组成，全长6249.676m，采用盾构法施工。

区间盾构隧道需要穿越河流小涞港，其盾构隧道顶距规划河床覆土厚度最小处仅为2.3m。盾构在穿越河床时，不仅存在浅覆土的问题，而且由于地质情况变化急剧，土质和地下水状况也很复杂，极易产生涌水、坍塌事故，盾构正面合理土压力的设定也是一个难点，这些对盾构推进都十分不利。

因此，在如此环境下寻找合理完善的盾构施工方案是该隧道施工过程中极需解决的一道技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种盾构隧道下穿浅覆土河床施工方法，可适用于在下穿浅覆土河床等环境下进行盾构施工，并避免施工过程中产生涌水、坍塌等事故，确保施工安全。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

盾构隧道下穿浅覆土河床施工方法，包括下述主要步骤：

第一，工程调研；

调研穿越段区间盾构隧道需穿越的河床、覆土等基本情况，如：盾构隧道顶距规划河底的高差、盾构隧道距现状河底的高差、穿越段区间盾构隧道的长度和宽度、穿越段地层的土质等；

第二，下穿河床的类比、计算分析：

在调研所得相关资料基础上，根据盾构施工特点以及隧道两线立交相互影响程度数值模拟分析及模型试验，进行类比及计算分析，为确保穿越段隧道施工质量达到设计要求，拟定施工控制基准，主要包括：

地表沉降变化(累计沉降量、沉降速率)，

隧道(环片)沉降、位移(累计变化量、沉降速率)，

隧道径向收敛变化(累计边长变化量、变化速率)，

深层土体变形(累计最大位移量及位移速率、累计最大分层沉降量及沉降速率)等；

第三，方案研究及确定，确定辅助措施及初设盾构参数：

(1)、辅助措施主要包括地表、地层辅助措施和管片辅助措施等：

①地表、地层辅助措施主要包括：

(a)、地基加固：

为了浅覆土段的施工安全和隧道在运营阶段的安全，在下穿段隧道顶部距规划河床覆土厚度在5m以下的段落，均采用深层水泥土搅拌桩加固地层，搅拌桩顶部达规划河床即可；

地基加固后的指标为：无侧限抗压强度qu≥0.8MPa，渗透系数K≤1×10^-8cm/s；

(b)、设置抗浮板：

为防止下穿浅覆土段河床盾构推进过程中盾构机抬头，在规划河床表面灌注厚50cm的混凝土抗浮板，抗浮板两侧设φ600钻孔抗拔桩，桩长为板下15m；设顶纵梁将钻孔灌注桩与保护板连为一体；

(c)、地表压重：

施工前对现有河床段局部覆土不足盾构直径D的段落采用袋装钢渣或黄沙压重，以增加覆土厚度，换算覆土厚度应≥1D；待满足覆土要求后方可通过盾构；隧道施工完成后，待洞内注浆浆液达到设计强度后，分期卸载上部压重，同时对隧道变形、隆起进行监测，并据监测结果调整卸载时间和卸载值；

地表压重范围包括：

横向：以隧道中线为中心，左右两侧宽度根据隧道宽度调整；纵向：浅覆土段整段；

②管片辅助措施主要为：盾构穿越河床时，盾尾油脂压注到位以保证盾尾密封；如果盾尾密封存在问题，还可在每环管片背面贴海绵；

(2)、盾构掘进参数初设如下：

①土压力：

下穿河床时测量河底水深，复核隧道覆土层的厚度，计算出设定土压力，其波动值控制在0.02MPa以内；

②出土量控制：

控制盾构出土量不能超挖，欠挖控制在3％以内，同时视监测情况合理调整出土量；

③推进速度：

均匀连续推进，推进速度控制在2-3cm/min；

④注浆量：

同步注浆量初设为2.6～2.8m³/环，浆液稠度9～11cm，同步注浆压力一般比正面土压力大0.1-0.2MPa；

每拼装两环即对后面两环管片进行复合早凝浆液二次压注；二次注浆压力控制在0.5Mpa以下；注浆流量控制在10～15L/min，注浆量约0.5m³/环；

⑤管片拼装：

管片采用通缝拼装，并严格采取“居中拼装”；无法居中拼装且曲线管片无法满足纠偏时，采用软木楔子进行调整；

⑥盾尾防水：

盾构穿越河床时，盾尾油脂压注到位以保证盾尾密封，隔断后部渗水通道；

第四，下穿河床盾构施工：

在下穿河床盾构施工过程中，采用计算机实时监控系统全程监测隧道沉降、位移、收敛等情况，如沉降、位移、收敛等值大于基准，则需及时优化盾构施工参数，使之小于基准，以严格控制施工质量，并保证施工安全；直至下穿河床段施工完成；

下穿河床盾构施工过程中还应注意轴线控制：盾构进入前须将盾构姿态、管片姿态调整到位，注意不要向上抬头；严禁在下穿河床时超量纠偏，蛇行摆动；严禁盾构机推进及管片拼装时后退；管片必须严格居中安装，消除管片碎裂等，并及时纠偏；每推进5环复测一次导线点。

盾构隧道推进采用自动测量系统，推进时每3min自动测量一次盾构姿态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明盾构隧道下穿浅覆土河床施工方法综合运用理论分析、地表压重技术、现场量测技术、盾构推进参数选定技术等成套施工技术，可适用于在下穿浅覆土河床等环境下进行盾构施工，对周围环境不造成影响，并避免施工过程中盾构出现上抛，结构发生上浮、漏水、坍塌等现象，确保施工安全。

附图说明

图1是本发明盾构隧道下穿浅覆土河床施工方法工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。

实施例

本实施例为上海市轨道交通9号线一期工程R413标段盾构隧道(九亭站-七宝站)盾构施工穿越河流小涞港的施工方法，其工艺流程如图1所示，具体包括下述主要步骤：

第一，工程调研：

调研该段区间盾构隧道需穿越河流小涞港的河床、覆土等基本情况，其中：

盾构隧道顶距规划河底的高差为：上、下行线约在5.1m左右，东出入段线约在2.3m左右；

盾构隧道距现状河底的高差为：上、下行线约在6.6m左右，东出入段线约在4.0m左右；即该段盾构隧道顶距规划河底的覆土厚度最小处仅为2.3m；

需穿越该河床的区间盾构隧道长约19米，宽约13.7米；

该段区间盾构隧道主要穿越灰色粉质粘土、灰色粘土；出入段线盾构隧道穿越的地层大部分为灰色粉质粘土，盾构顶主要通过灰色粉砂，盾构底主要通过灰色粘土；

该段土层平均比重为1850kg/m³；

第二，下穿河床的类比、计算分析：

在调研所得相关资料基础上，根据盾构小半径、浅覆土的施工特点以及隧道两线立交相互影响程度数值模拟分析及模型试验，进行类比及计算分析，为确保本段隧道施工质量达到设计要求，拟定本段隧道施工控制基准如下：

(1)地表沉降变化：累计沉降量：+10mm～-30mm，沉降速率：±2mm/次；

(2)隧道(环片)沉降、位移：累计变化量：±30mm，沉降速率：±3mm/次；

(3)隧道径向收敛变化：累计边长变化量：±20mm，变化速率：±2mm/次；

(4)深层土体变形：

位移：累计最大量：±30mm，位移速率：±3mm/d；

分层沉降：累计最大量：+10mm～-30mm，沉降速率：±3mm/d；

第三，方案研究及确定，确定辅助措施及初设盾构参数：

(1)、辅助措施主要包括地表、地层辅助措施和管片辅助措施等：

①地表、地层辅助措施主要包括：

(a)、地基加固：

为了浅覆土段的施工安全和隧道在运营阶段的安全，在下穿段隧道顶部距规划河床覆土厚度在5m以下的段落，均采用深层水泥土搅拌桩加固地层，搅拌桩顶部达规划河床即可；

地基加固后的指标为：无侧限抗压强度qu≥0.8MPa，渗透系数K≤1×10^-8cm/s；

(b)、设置抗浮板：

为防止下穿浅覆土段河床盾构推进过程中盾构机抬头，在规划河床表面灌注厚50cm的混凝土抗浮板，抗浮板两侧设φ600钻孔抗拔桩，桩长为板下15m；设顶纵梁将钻孔灌注桩与保护板连为一体；

(c)、地表压重：

施工前对现有河床段局部覆土不足盾构直径D的段落采用袋装钢渣或黄沙压重，以增加覆土厚度，换算覆土厚度应≥1D；待满足覆土要求后方可通过盾构；隧道施工完成后，待洞内注浆浆液达到设计强度后，分期卸载上部压重，同时对隧道变形、隆起进行监测，并据监测结果调整卸载时间和卸载值；

地表压重范围包括：

横向：以隧道中线为中心，左右两侧各6m，共宽12m；纵向：浅覆土段整段；

②管片辅助措施主要为：盾构穿越河床时，盾尾油脂压注到位以保证盾尾密封；盾尾密封存在问题时，在每环管片背面贴海绵；

(2)、盾构掘进参数初设如下：

①土压力：

下穿河床时测量河底水深，复核隧道覆土层的厚度，计算出设定土压力，其波动值控制在0.02MPa以内；

②出土量控制：

控制盾构出土量不能超挖，欠挖控制在3％以内，同时视监测情况合理调整出土量；

③推进速度：

均匀连续推进，推进速度控制在2-3cm/min；

④注浆量：

同步注浆量初设为2.6～2.8m³/环，浆液稠度9～11cm，同步注浆压力一般比正面土压力大0.1-0.2MPa；

每拼装两环即对后面两环管片进行复合早凝浆液二次压注；二次注浆压力控制在0.5Mpa以下；注浆流量控制在10～15L/min，注浆量约0.5m³/环；

⑤管片拼装：

管片采用通缝拼装，并严格采取“居中拼装”；无法居中拼装且曲线管片无法满足纠偏时，采用软木楔子进行调整；

⑥盾尾防水：

盾构穿越河床时，盾尾油脂压注到位以保证盾尾密封，隔断后部渗水通道；

第四，下穿河床盾构施工：

在下穿河床盾构施工过程中，采用计算机实时监控系统全程监测隧道沉降、位移、收敛等情况，如沉降、位移、收敛等值大于基准，则需及时优化盾构施工参数，使之小于基准，以严格控制施工质量，并保证施工安全；直至下穿河床段施工完成；

下穿河床盾构施工过程中注意轴线控制：盾构进入前将盾构姿态、管片姿态调整到位，注意不向上抬头；不在下穿河床时超量纠偏，蛇行摆动；不在盾构机推进及管片拼装时后退；管片严格居中安装，消除管片碎裂等，并及时纠偏；每推进5环复测一次导线点；盾构隧道推进采用自动测量系统，推进时每3min自动测量一次盾构姿态。

Claims (3)

1.盾构隧道下穿浅覆土河床施工方法，包括下述主要步骤：

第一，工程调研；

第二，下穿河床的类比、计算分析；

第三，方案研究及确定，确定辅助措施及初设盾构参数：

(1)、辅助措施主要包括地表、地层辅助措施和管片辅助措施：

①地表、地层辅助措施主要包括：

(a)、地基加固：

为了浅覆土段的施工安全和隧道在运营阶段的安全，在下穿段隧道顶部距规划河床覆土厚度在5m以下的段落，均采用深层水泥土搅拌桩加固地层，搅拌桩顶部达规划河床即可；

地基加固后的指标为：无侧限抗压强度qu≥0.8MPa，渗透系数K≤1×10^-8cm/s；

(b)、设置抗浮板：

为防止下穿浅覆土段河床盾构推进过程中盾构机抬头，在规划河床表面灌注厚50cm的混凝土抗浮板，抗浮板两侧设φ600钻孔抗拔桩，桩长为板下15m；设顶纵梁将钻孔灌注桩与保护板连为一体；

(c)、地表压重：

施工前对现有河床段局部覆土不足盾构直径D的段落采用袋装钢渣或黄沙压重，以增加覆土厚度，换算覆土厚度应≥1D；待满足覆土要求后方可通过盾构；隧道施工完成后，待洞内注浆浆液达到设计强度后，分期卸载上部压重，同时对隧道变形、隆起进行监测，并据监测结果调整卸载时间和卸载值；

地表压重范围包括：

横向：以隧道中线为中心，左右两侧宽度根据隧道宽度调整；纵向：浅覆土段整段；

②管片辅助措施主要为：盾构穿越河床时，盾尾油脂压注到位以保证盾尾密封；如果盾尾密封存在问题，在每环管片背面贴海绵；

(2)、盾构掘进参数初设如下：

①土压力：

下穿河床时测量河底水深，复核隧道覆土层的厚度，计算出设定土压力，其波动值控制在0.02MPa以内；

②出土量控制：

控制盾构出土量不能超挖，欠挖控制在3％以内，同时视监测情况合理调整出土量；

③推进速度：

均匀连续推进，推进速度控制在2-3cm/min；

④注浆量：

同步注浆量初设为2.6～2.8m³/环，浆液稠度9～11cm，同步注浆压力比正面土压力大0.1-0.2MPa；

每拼装两环即对后面两环管片进行复合早凝浆液二次压注；二次注浆压力控制在0.5Mpa以下；注浆流量控制在10～15L/min，注浆量约0.5m³/环；

⑤管片拼装：

管片采用通缝拼装，并严格采取“居中拼装”；无法居中拼装且曲线管片无法满足纠偏时，采用软木楔子进行调整；

⑥盾尾防水：

盾构穿越河床时，盾尾油脂压注到位以保证盾尾密封，隔断后部渗水通道；

第四，下穿河床盾构施工：

在下穿河床盾构施工过程中，采用计算机实时监控系统全程监测隧道沉降、位移、收敛情况；沉降、位移、收敛值大于基准时，及时优化盾构施工参数，使之小于基准；直至下穿河床段施工完成；

盾构进入前须将盾构姿态、管片姿态调整到位；穿越河床时不要向上抬头，不在下穿河床时超量纠偏，蛇行摆动；不在盾构机推进及管片拼装时后退；管片严格居中安装，消除管片碎裂，并及时纠偏；每推进5环复测一次导线点。

2.根据权利要求1所述的盾构隧道下穿浅覆土河床施工方法，其特征在于：所述的“盾构掘进参数”中“二次注浆”的浆液组分及配比为：

水泥∶氯化钙∶水玻璃＝30∶1∶1，水灰比为0.6。

3.根据权利要求1所述的盾构隧道下穿浅覆土河床施工方法，其特征在于：所述的“下穿河床盾构施工”过程中，盾构隧道推进采用自动测量系统，推进时每3min自动测量一次盾构姿态。