CN101781993B - 富含承压水软土层盾构进洞施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种富含承压水软土层盾构进洞施工方法，在进洞时实际考虑地层富含微承压水，地质埋深较深，若采用深层搅拌桩加固，其加固效果较差，不能保证盾构顺利进洞，故盾构进洞采用水平或垂直冻结，三次进洞方式。洞门防护装置采用专门设计的三道防水装置，在盾构进洞刀盘出洞门时将可能涌出的泥水挡在洞门内，且进洞过程中通过对施工步骤的优化，更加有效保证了进洞安全，大大减小了施工风险。

Description

富含承压水软土层盾构进洞施工方法

技术领域：

本发明涉及地下工程领域，具体的说是一种富含承压水软土层盾构进洞风险控制施工方法。

背景技术：

随着我国经济发展，许多城市都进行地铁建设，各城市地质条件不同，南方城市土层富含微承压水，地质埋深较深，增加盾构进洞的风险。盾构进洞时一旦组织及措施不力，极易发生大量涌砂、漏水，乃至发生类似上海地铁4号线塌陷、管涌事故的风险，后果不堪设想。

现有技术在进洞洞圈处采用橡胶止水帘与圆翻板配合的止水装置，此种装置在渗水量大并掺杂有泥沙的情况下，其封闭力不足，橡胶止水帘经常被压力挤破，轻者造成工程施工时间延长，重者造成地面塌陷，管线损毁等重大事故。

发明内容：

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种富含承压水软土层盾构进洞施工方法，在进洞时实际考虑地层富含微承压水，地质埋深较深，若采用深层搅拌桩加固，其加固效果较差，不能保证盾构顺利进洞，故盾构进洞采用水平或垂直冻结，三次进洞方式。洞门防护装置采用专门设计的三道防水装置，在盾构进洞刀盘出洞门时将可能涌出的泥水挡在洞门内，且进洞过程中通过对施工步骤的优化，更加有效保证了进洞安全，大大减小了施工风险。

本发明采用的技术方案为：

富含承压水软土层盾构进洞施工方法，其特征在于采取三次进洞方式、三道特制洞圈防水装置，包括以下步骤：

前期准备阶段：进行各项施工准备，首先对盾构进洞前2～6m长度影响范围内土体进行冻结加固，冻结加固视场地条件可采用垂直冻结法，也可采用水平冻结，冻结时须在地面垂直或车站盾构接收端盾构进洞洞口水平打设冻结孔，安装冻结管，冻结管内通入低温盐水循环，直至积极冻结完成，拟加固的土体冻结交圈；其次，在盾构接收端车站端头井内安装好盾构机进洞接收架、加固稳固，该接收架为钢制，两侧安装有导轨，接收架须靠近车站内衬墙安装，车站内衬墙为车站连续墙后续结构，厚约50cm～80cm，内衬墙内预留有圆形洞圈(即盾构进洞洞圈，稍大于盾构直径)，洞圈内壁为预埋钢环，洞圈深度即为内衬墙厚度，洞圈处内层可见的车站连续墙混凝土即下文所述的盾构进洞洞门混凝土。

第一次：先将盾构机刀尖缓慢顶至冻结加固区后停止，掘进停止后，在盾构机内前端注浆孔对前端土体进行双液浆封堵、加固，所述双液浆配比为：水泥∶水玻璃∶水＝1∶1∶0.5，待注入双液浆1-2天后，在进洞洞门连续墙混凝土上呈“米”字形打设5～9个探孔，查看是否存在渗水、渗泥砂现象；若有，则继续积极冻结，同时继续注入双液浆，直至无渗水、渗泥砂现象出现；在确认无渗水、渗泥砂现象后，凿除第一层洞门混凝土，其厚度占总洞门混凝土厚度的50-60％；

第二次：第一层洞门混凝土凿除后，开始安装洞门防护装置，所述洞门防护装置包括两道封堵板及外层圆环型插板，所述封堵板为环形钢板，封堵板上间隔一定距离有径向槽，供盾构进洞时翻转，安装时两道封堵板间隔一定距离、相互平行，垂直焊接在洞门钢环内弧面靠近车站连续墙一侧；所述插板为梯形钢板，多个插板相互靠近，沿洞圈钢环端面排列组成圆环形，每块插板中部开有沿洞圈径向的两道开槽，洞圈钢环靠近车站侧端面上有螺栓座，螺栓穿过插板固定在螺栓座上；在洞圈钢环内对应盾构机接收架入口处安装好防磕头；各种防护装置安装好后，盾构机开始缓慢顶进，掘进速度小于5mm/min，掘进推力尽可能小，土仓压力缓慢过渡至0mpa。

盾构机刀尖顶至连续墙后暂停；再次查看原打设的探孔是否存在渗水、渗泥砂现象；若有，则继续积极冻结，同时继续注入双液浆或聚氨酯，直至无渗水、渗泥砂现象出现；在确认无渗水、渗泥砂现象出现后，凿除剩余一层洞门混凝土，然后盾构机进洞掘进，缓慢驶上盾构机接收架，在盾构机的盾尾未脱出洞圈且盾尾后环管片刚好在冻土内时，盾构机停止推进，然后立即用若干道槽钢深入环管片中，贴紧环管片内侧壁，通过管片拼装预留孔将最后多个环管片拉紧、固定；在管片四周注入双液浆封堵，四周土体冻结仍继续进行；

再根据盾构机盾壳与插板的间距上下调节插板的位置，直到刚好把间隙封住，然后将插板与洞圈钢环螺栓预固定，洞圈钢环上方两侧预留两块插板暂不插紧。

第三次：在冻结3-4天后，盾尾后管片与土体间隙基本被双液浆填充及被冻结加固，盾构机继续推进，直至全部脱出洞圈，完成进洞。盾构进洞后，根据管片外壁与插板的间距，在此上下调节插板的位置，直到刚好把间隙封住，然后利用插板作为外模，进行砼或砂浆浇注，混凝土或砂浆浇注时须捣固密实、牢固，将管片与土体之间的空隙全部填满。

本发明的优点：

随着城市轨道交通的迅速发展，盾构法隧道施工得到广泛应用，且逐渐向地下深层、复杂条件下转变，盾构进洞施工风险随之迅速增大。而目前，盾构进(出)洞风险控制尚无专项、完善的施工工艺，特别是对于存在高风险富含水软土地层进洞，尚无良好的应对解决方案。

本施工方法操作简单、施工进度快，安全系数高，有效降低了盾构进洞涌水涌砂施工风险，确保了施工全过程的安全性，相比传统施工方法，有一定优势。

具体实施方式：

富含承压水软土层盾构进洞施工方法，其特征在于采取三次进洞方式，三道特制洞圈防水装置，包括以下步骤：

前期准备阶段：进行各项施工准备，首先对盾构进洞前2～6m长度影响范围内土体进行冻结加固，冻结加固视场地条件可采用垂直冻结法，也可采用水平冻结，冻结时须在地面垂直或车站盾构接收端盾构进洞洞口水平打设冻结孔，安装冻结管，冻结管内通入低温盐水循环，直至积极冻结完成，拟加固的土体冻结交圈；其次，在盾构接收端车站端头井内安装好盾构机进洞接收架、加固稳固，该接收架为钢制，两侧安装有导轨，接收架须靠近车站内衬墙安装，车站内衬墙为车站连续墙后续结构，厚约50cm～80cm，内衬墙内预留有圆形洞圈(即盾构进洞洞圈，稍大于盾构直径)，洞圈内壁为预埋钢环，洞圈深度即为内衬墙厚度，洞圈处内层可见的车站连续墙混凝土即下文所述的盾构进洞洞门混凝土。

第一次：先将盾构机刀尖缓慢顶至冻结加固区后停止，掘进停止后，在盾构机内前端注浆孔对前端土体进行双液浆封堵、加固，所述双液浆配比为：水泥∶水玻璃∶水＝1∶1∶0.5，待注入双液浆1-2天后，在进洞洞口内连续墙混凝土上呈“米”字形打设5～9个探孔，查看是否存在渗水、渗泥砂现象；若有，则继续积极冻结，同时继续注入双液浆，直至无渗水、渗泥砂现象出现；在确认无渗水、渗泥砂现象后，凿除第一层洞门连续墙混凝土，其厚度占总洞门混凝土厚度的50-60％；

第二次：第一层洞门混凝土凿除后，开始安装洞门防护装置，所述洞门防护装置包括两道封堵板及外层圆环型插板，所述封堵板为环形钢板，采用5mm圆环型钢板制作，该钢板止水圆环外径3350mm，内径3110mm，径向长度280mm，沿内弧侧每隔100mm顺直径方向割200mm长缝，以使盾构通过时能自由翻转。安装时两道封堵板间隔一定距离、相互平行，垂直焊接在洞门钢环内弧面靠近车站连续墙一侧；

外层圆环型插板沿洞圈钢环端面排列组成圆环形，洞圈钢环靠近车站侧端面上有螺栓座，螺栓穿过插板固定在螺栓座上；插板呈圆环形，全环设置，内径3080mm，外径3460mm，环向宽380mm。插板采用15mm厚钢板，分20块制作，每块长1070mm，预留间隙。每块插板上须割两道150mm×22mm槽，使插板通过固定螺栓上下活动，止水时，利用150mm长、50角钢挡填该槽缝，插板及角钢采用高强螺栓固定在洞圈钢环上。

插板制作安装分以下几步进行：

先将直径Φ20高强螺栓(5.8级以上)焊接或安装到洞圈外侧钢圈上——依次安装插板、角钢——螺栓预固定(洞圈下部左右60°范围内插板须提前焊接固定，固定后插板高度须与接收架齐平——盾构出洞圈后，根据间隙调整插板——最后一环管片出来后——再次调整插板，紧靠管片、最终插板及螺栓焊接牢固。

在洞圈钢环内对应盾构机接收架入口处安装好防磕头；各种防护装置安装好后，盾构机开始缓慢顶进，掘进速度小于5mm/min，掘进推力尽可能小，土仓压力缓慢过渡至0mpa。

盾构机刀尖顶至连续墙后暂停；再次查看原打设的探孔是否存在渗水、渗泥砂现象；若有，则继续积极冻结，同时继续注入双液浆或聚氨酯，直至无渗水、渗泥砂现象出现；在确认无渗水、渗泥砂现象出现后，凿除剩余一层连续墙混凝土，然后盾构机开始进洞掘进，缓慢驶上接收架，在盾构机的盾尾未脱出洞圈且盾尾后环管片刚好在冻土内时，盾构机停止推进，然后立即用若干道槽钢深入环管片中，贴紧环管片内侧壁，通过管片拼装预留孔将最后多个环管片拉紧、固定；在管片四周注入双液浆封堵，四周土体冻结仍继续进行；

再根据盾构机盾壳与插板的间距，上下调节插板的位置，直到刚好把间隙封住，然后将插板与洞圈钢环螺栓预固定，洞圈钢环上方两侧预留两块插板暂不插紧。

第三次：在冻结3-4天后，盾尾后管片与土体间隙基本被双液浆填充及被冻结加固，盾构机继续推进，直至全部脱出洞圈，完成进洞。盾构进洞后，根据管片外壁与插板的间距，在此上下调节插板的位置，直到刚好把间隙封住，然后利用插板作为外模，进行砼或砂浆浇注，混凝土或砂浆浇注时须捣固密实、牢固，将管片与土体之间的空隙全部填满。

由于盾构进洞口位于含微承压水的⑤₂层砂质粉土层中，盾构进洞施工风险较大，为确保盾构安全进洞，防止涌水涌泥险情发生，在盾构机进洞前安装特制防水装置。

(1)洞圈止水装置安装设计如下：

洞门防护装置采用专门设计的三道防水装置，其中内侧两道为5mm钢翻板，外层采用插板。三道防水装置将在第一层洞圈混凝土凿除后、内层砼凿除前安装完毕。

整个盾构机进洞过程中采取的应急措施：

(1)盾构进洞过程漏水特殊处理

若进洞后洞圈渗漏水情况较严重，则采取效果更加明显的方式--注入聚氨酯来进行堵漏，可通过盾构机内前部(盾构机自带，共12个)、中部(须在盾构中部钻孔打设，对称布置，不少于6个)、盾尾后环管片注浆孔进行聚氨酯的注入，聚氨酯与外加剂配比须严格控制，不得小于1∶8，同时漏水出口采用棉被、棉纱等临时封堵，防止聚氨酯外流。

(2)盾构进洞后洞圈特殊处理

在盾构进洞过程中，须高度关注土体的强度、自立性及渗漏水等情况。为降低盾构进洞后洞门渗漏风险，当盾构机进洞推出洞圈后，采取砼浇注，立即对洞圈及管片间隙进行封填。

Claims (1)

1.富含承压水软土层盾构进洞施工方法，其特征在于采取三次进洞方式、三道特制洞圈防水装置，包括以下步骤：

前期准备阶段：进行各项施工准备，首先对盾构进洞前2～6m长度影响范围内土体进行冻结加固，冻结加固视场地条件采用垂直冻结法或水平冻结法，冻结时须在地面垂直或车站盾构接收端盾构进洞洞口水平打设冻结孔，安装冻结管，冻结管内通入低温盐水循环，直至积极冻结完成，拟加固的土体冻结交圈；其次，在盾构接收端车站端头井内安装好盾构机进洞接收架、加固稳固，该接收架为钢制，两侧安装有导轨，接收架须靠近车站内衬墙安装，车站内衬墙为车站连续墙后续结构，厚约50cm～80cm，内衬墙内预留有圆形洞圈，即盾构进洞洞圈，稍大于盾构直径，洞圈内壁为预埋钢环，洞圈深度即为内衬墙厚度，洞圈处内层可见的车站连续墙混凝土也称为盾构进洞洞门混凝土；

第一次：先将盾构机刀尖缓慢顶至冻结加固区后停止，掘进停止后，在盾构机内前端注浆孔对前端土体进行双液浆封堵、加固，所述双液浆配比为：水泥∶水玻璃∶水＝1∶1∶0.5，待注入双液浆1-2天后，在进洞洞门连续墙混凝土上呈“米”字形打设5～9个探孔，查看是否存在渗水、渗泥砂现象；若有，则继续积极冻结，同时继续注入双液浆，直至无渗水、渗泥砂现象出现；在确认无渗水、渗泥砂现象后，凿除第一层洞门混凝土，其厚度占总洞门混凝土厚度的50-60％；

第二次：第一层洞门混凝土凿除后，开始安装洞门防护装置，所述洞门防护装置包括两道封堵板及外层圆环型插板，所述封堵板为环形钢板，封堵板上间隔一定距离有径向槽，供盾构进洞时翻转，安装时两道封堵板间隔一定距离、相互平行，垂直焊接在洞门钢环内弧面靠近车站连续墙一侧；所述插板为梯形钢板，多个插板相互靠近，沿洞圈钢环端面排列组成圆环形，每块插板中部开有沿洞圈径向的两道开槽，洞圈钢环靠近车站侧端面上有螺栓座，螺栓穿过插板固定在螺栓座上；在洞圈钢环内对应盾构机接收架入口处安装好防磕头；各种防护装置安装好后，盾构机开始缓慢顶进，掘进速度小于5mm/min，掘进推力尽可能小，土仓压力缓慢过渡至0mpa；

盾构机刀尖顶至连续墙后暂停；再次查看原打设的探孔是否存在渗水、渗泥砂现象；若有，则继续积极冻结，同时继续注入双液浆或聚氨酯，直至无渗水、渗泥砂现象出现；在确认无渗水、渗泥砂现象出现后，凿除剩余一层洞门混凝土，然后盾构机进洞掘进，缓慢驶上盾构机接收架，在盾构机的盾尾未脱出洞圈且盾尾后环管片刚好在冻土内时，盾构机停止推进，然后立即用若干道槽钢深入环管片中，贴紧环管片内侧壁，通过管片拼装预留孔将最后多个环管片拉紧、固定；在管片四周注入双液浆封堵，四周土体冻结仍继续进行；

再根据盾构机盾壳与插板的间距上下调节插板的位置，直到刚好把间隙封住，然后将插板与洞圈钢环螺栓预固定，洞圈钢环上方两侧预留两块插板暂不插紧；

第三次：在冻结3-4天后，盾尾后管片与土体间隙基本被双液浆填充及被冻结加固，盾构机继续推进，直至全部脱出洞圈，完成进洞，盾构进洞后，根据管片外壁与插板的间距，在此上下调节插板的位置，直到刚好把间隙封住，然后利用插板作为外模，进行砼或砂浆浇注，混凝土或砂浆浇注时须捣固密实、牢固，将管片与土体之间的空隙全部填满。