CN102913250B - 富水粉土粉砂地层盾构进洞施工方法 - Google Patents

富水粉土粉砂地层盾构进洞施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及盾构施工技术领域，具体公开了富水粉土粉砂地层盾构进洞施工方法，包括垂直冷冻加固、洞门探孔、洞门凿除、水土回填、盾构进洞等步骤。本发明的盾构进洞施工方法，有效将洞门圈内的水土压力平衡，在风险可控的前提下再隧道内注浆加固土体，充分加固且强度达到要求后再进行土方开挖，避免了传统盾构进洞方法可能会造成涌水涌砂的风险，施工风险小，安全可控，两次进洞即完成作业，易于组织施工。

Description

富水粉土粉砂地层盾构进洞施工方法
技术领域
本发明属于盾构施工技术领域，特别涉及一种在富水粉土粉砂地层的盾构进洞施工方法。
背景技术
目前，地铁建设的土压平衡软土盾构隧道进洞中有较多种方案可供选择，主要是采取土体改良方式满足洞门凿除的条件，再辅以井点降水、止水帷幕等其他措施防止盾构机在进洞过程中出现漏水漏砂，同时在洞门圈周边以弧形钢板、喷射混凝土、充气气囊等方式进行封堵洞门圈与盾壳和管片之间的间隙，实现盾构进洞。
常规盾构进洞方案，主要思路为采用适合的洞门区域加固方式，保证洞门凿除的安全需要和盾构进洞过程中周边间隙封堵的有效性。一般加固区域须超过盾构本体长度约2m左右，在盾构推进至靠上地下连续墙后进行脱出盾尾的近5环管片环箍注浆和第二层钢筋混凝土的凿除，然后盾构推进至接收井的基座上。由于洞门圈与管片之间的间隙比洞门圈与盾构壳体之间的间隙较大约为7～12cm，所以在较易发生涌水涌砂的地层中采取2次甚至3次、多次进洞，在盾构进洞不同的阶段采用弧形钢板进行封堵、同时进行盾壳注浆封堵周边间隙，直至洞门圈与进洞环管片的弧形钢板焊接完成。
但是，如在复杂环境，如在周边环境较为复杂（受管线、构建筑物或道路等影响）、富水粉土粉砂地层条件下，则传统盾构进洞方法无法满足加固范围需要，须进行较为复杂的保护措施，三次或多次进洞，才能完成作业；传统盾构进洞方法极易出现涌水涌砂，当搅拌和旋喷加固深度超过20m时，加固的均匀性效果不能有效保证；另外在较厚的粉砂层和硬度较大的淤泥层中加固时，易造成扭矩过大甚至可能发生机器卡住不能成桩的情况。因此，在前述环境条件下，进洞需要一种风险更低、更有把握的进洞方法来保证盾构进洞的绝对安全。
发明内容
本发明的主要目的是针对上述现有技术中存在的常规盾构施工方法不适用于富水粉土粉砂地层，易造成涌水涌砂等安全事故的问题，提供一种安全可靠且易于组织施工的富水粉土粉砂地层盾构进洞施工方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
富水粉土粉砂地层盾构进洞施工方法，包括如下步骤：
（1）垂直冷冻加固
垂直冷冻加固，使冷冻施工达到如下条件：冻土墙厚度≥2.6m，冻土平均温度≤-10℃，盐水温度-28℃～-30℃，盐水去回路温度差≤2℃，探孔温度≤-5℃；
（2）洞门探孔与洞门凿除
在洞门连续墙上钻若干探孔检查冷冻效果，所述探孔应打穿连续墙，深入土体4～5m；探孔温度≤-5℃且冻土平均温度≤-10℃，则进行洞门凿除；探孔温度或冻土平均温度任一项不满足前述条件，则重复步骤（1）直至探孔温度≤-5℃且冻土平均温度≤-10℃后，进行洞门凿除；
（3）水土回填
（4）盾构进洞
包括如下步骤：
①盾构在水土中直接向端头井推进；
②盾尾推进至冷冻固体边缘时，同步注浆，所述注浆采用纯膨润土，膨润土浆液注入量为每环2.15m3，所述同步注浆压力≤0.3Mpa；
③盾尾即将脱离冷冻加固体时停止同步注浆；盾构再次推进至盾构机尾刷位于洞门处预埋钢板环环尾，停止盾构推进，在连续墙范围管片注浆孔反复压注二次浆液，所述压注步骤为：
A.安装球阀，电钻开孔；
B.按照从上至下，左右对称方式首先压注单浆液；
C.每孔压注1.5m3单浆液后，进行双浆液压注；
D.双浆液压注完毕，停止3小时，再依次反复进行单浆液和双浆液压注，直至注浆压力达到0.8Mpa；
（5）挖除填土至盾构机顶部，盾构机完全退出后用弧形钢板封堵洞门，进行洞内注浆，盾构解体，吊出。
本发明的盾构进洞施工方法，采取先垂直冷冻加固，有效将洞门圈内的水土压力平衡，在风险可控的前提下再隧道内注浆加固土体，充分加固且强度达到要求后再进行土方开挖，避免了传统盾构进洞方法存在的造成涌水涌砂风险，施工风险小，安全可控。通过控制垂直冷冻的考察指标，能够达到有效冷冻效果，基本可实现一次冻结成功。同时本发明的施工方法只需两次进洞即可完成作业，避免了传统施工方法的三次或多次进洞，易于组织施工。本发明的垂直冷冻加固，可采用现有的冷冻加固设备，例如可采用武汉冷冻机厂生产的W-ＪYSLGF600Ⅱ冷冻机组设备。
作为优选，前述富水粉土粉砂地层盾构进洞施工方法，步骤（2）所述探孔为6～10个，所述探孔以洞门中心为圆心，距离洞门钢环内侧0.2m～0.8m，沿洞门圆周均匀分布。作为进一步优选，前述富水粉土粉砂地层盾构进洞施工方法，步骤（2）所述探孔为8个，所述探孔距离洞门钢环内侧0.5m。
通过前述对探孔的数量及分布位置的选择，既能有效判断冻土墙与槽壁是否完全胶结，确认不出现涌水涌砂情况，又不影响施工安全，易于组织施工。
作为优选，前述富水粉土粉砂地层盾构进洞施工方法，所述步骤（3）水土回填，包括如下步骤：
①在洞门圈下部堆码两层袋装水泥，左右位置堆放至洞门圈5点钟和7点钟位置；
②水泥堆码完成，立即向端头井内回填深度至少2m的清水；
③直接将泥土放入端头井，土回填至洞门圈以上3m；
④回填土时，继续进行清水回填工作至地表以下2m。
作为优选，前述富水粉土粉砂地层盾构进洞施工方法，在所述步骤（3）水土回填完成后、所述步骤（4）盾构进洞前，进行盾构姿态调整，具体步骤如下：
①盾构推进至距离到达洞门剩余50环，进行盾构姿态调整；
②区间剩余8环时，提升洞门范围内冻结管至洞门圈以上；
③盾构姿态优化。
作为优选，前述富水粉土粉砂地层盾构进洞施工方法，步骤（4）之②所述膨润土浆液由纯膨润土与水按重量配比300:2500组成。
作为优选，前述富水粉土粉砂地层盾构进洞施工方法，步骤（4）之③所述单浆液由水和水泥按水灰比0.8组成。
作为优选，前述富水粉土粉砂地层盾构进洞施工方法，步骤（4）之③所述双浆液由水泥、水玻璃和水按重量比0.8:0.04:1组成。
作为优选，前述富水粉土粉砂地层盾构进洞施工方法，所述盾构机为土压平衡软土盾构机。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）采取先垂直冷冻加固并考察若干冻结指标，有效将洞门圈内的水土压力平衡，在风险可控的前提下再隧道内注浆加固土体，充分加固且强度达到要求后再进行土方开挖，避免了传统盾构进洞方法存在的涌水涌砂风险，施工风险小，安全可控。
（2）本发明的施工方法只需两次进洞，即能实现安全进洞，避免了传统施工方法的三次或多次进洞。同时，因采用垂直冻结加固所占用的场地较小，进洞过程中的各个环节对环境要求较小，工艺简单易于组织施工。准备工作可与盾构推进平行作业，在风险可控的前提下总体工期大幅度缩短。
附图说明
图1本发明实施例1的盾构进洞施工方法的流程示意图。
图2是本发明实施例1的探孔平面布置示意图。其中，1为探孔，2为洞门中心，3为洞门钢环内侧。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的上述发明内容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。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内。
实施例本实施例为地铁富春站盾构进洞施工方法的实施例
1、施工环境：
区间沿线建筑物调查范围为隧道顶部埋深2.5倍范围以内，经过调查盾构进洞端轴线方向50m范围内房屋主要情况如表1所示：
表1.沿线建筑物
序号 地址 层高 基础形式 结构形式 最小水平净距（米）
1 杭州消防支队 4 条形基础 砖混 距右线隧道约17.6
2 中集公司物流仓储区 1 条形基础 砖混 距左线隧道约22
富春路站右线进洞口地面管线较为密集，其中新增一条雨水管均与两条隧道斜交。管线详细情况统计如下表2所示：
表2.沿线管线
管线类别 管径（mm） 管道材质 与隧道关系 埋深（m）
供水 Φ600 铸铁管 平行 1.3～1.5
电力 110kv 电缆沟 平行 0.4～0.5
污水管 Φ400 PVC 平行 3.5～4.0
煤气 Φ150 钢管 正交 0.7
雨水 Φ1500 钢筋砼 斜交 5.5～6.0
富春路站端头井洞门中心埋深分别为左线20.242m、右线19.715m。均为直线进洞，进洞坡度2‰。盾构进洞范围穿越土层为：③7砂质粉土、③8砂质粉土夹粉砂、⑥1淤泥质粉质粘土。
2、施工
盾构机采用日本小松公司生产的土压平衡式盾构机。冷冻加固设备，采用武汉冷冻机厂生产的W-ＪYSLGF600Ⅱ冷冻机组设备。
（1）垂直冷冻加固
垂直冷冻加固共进行53天，冻结情况见表3：
表3.冻结情况
冻结各项数据合格，满足盾构进洞条件。
（2）洞门探孔与洞门凿除
如图2所示，以洞门中心2为圆心，在距离洞门钢环内侧30.5m处，沿洞门钢环内侧3为圆周，平均分布8个探孔1。探孔1深度为1.04m（打穿连续墙，深入土体4～5m）。用电耦测温仪测试，探孔温度低于-5℃，冻土平均温度≤-10℃。冻土墙与槽壁完全胶结，无涌水涌砂现象。满足洞门凿除要求，进行洞门凿除。凿除下的土渣，堆放在U型槽两侧，待盾构机吊出后再行清理。
（3）水土回填
在洞门圈下堆码两层袋装水泥，左右位置至洞门圈时钟5点钟和7点钟位置。回填2m深的清水，然后进行土方回填，回填至洞门圈上方3m的位置，同时进行清水回填，最终回填至地表2m以下深度。
（4）盾构进洞
盾构推进至距离到达洞门剩余50环时，进行了盾构进洞前的姿态调整，根据对洞门圈轴线和高程的实际测量，确定了洞门实际偏差，从而确定了盾构进洞时的最佳姿态，确保盾构机盾体与洞门圈的间隙平均，不会出现局部间隙过大的危险。
当盾构机推进至剩余8环时，将洞门范围内的冻结管提升到了洞门圈以上，进行姿态优化。
盾构在水土中直接向端头井推进，当盾构机盾尾推进至冷冻加固体边缘时，同步注浆采用纯膨润土压注，以确保二次注浆对土体加固的效果。膨润土浆液由纯膨润土与水按重量配比300:2500组成。同步注浆压力为0.28Mpa。当盾尾即将脱出冷冻加固体时，停止压注膨润土，并再推进了1.5m（即推进至盾构机尾刷位于洞门处预埋钢板环环尾），此时盾构机盾尾刷在最后一环环尾，盾构机大部分已经进洞，停止推进，进行二次注浆。
在倒数第2、3环（连续墙范围）采用增加注浆孔的管片型号，每环16个注浆孔，对这两环进行了反复注浆，注浆按照从上至下、左右对称方式首先压注单液浆，每孔压注5桶（1.5m3）单液浆后，改为双液浆压注。停止3个小时，再次单液浆、双液浆反复压注。当注浆压力达到0.8Mpa时停止注浆。
（5）挖除填土至盾构机顶部时，密切关注洞门情况，无漏水漏沙现象。盾构机完全推出后，未发现漏水漏沙现象，及时用弧形钢板封住了洞门，随后进行洞内注浆。盾构机解体，吊出。
本发明的盾构进洞方法，不会造成漏水漏浆的情况，给盾构进洞提供了安全保障，并且能够为二次注浆的浆液提供一部分封堵作用，最大限度减少漏到洞门以外的浆液，为注浆质量提供了一定的保障。在挖除填土之后未发现漏水漏沙的情况，说明注浆加固效果良好。本发明的施工方法能够有效地平衡来自于洞门内部的水土压力，所以相比于传统进洞的方法，水土进洞的安全处于绝对可控状态，且两次进洞即能完成作业，并且准备工作均可与盾构推进平行作业，在风险可控的前提下总体工期有大幅度缩短。

Claims (9)

1.富水粉土粉砂地层盾构进洞施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）垂直冷冻加固
垂直冷冻加固，使冷冻施工达到如下条件：冻土墙厚度≥2.6m，冻土平均温度≤-10℃，盐水温度-28℃～-30℃，盐水去回路温度差≤2℃，探孔温度≤-5℃；
（2）洞门探孔与洞门凿除
在洞门连续墙上钻若干探孔检查冷冻效果，所述探孔应打穿连续墙，深入土体4～5m；探孔温度≤-5℃且冻土平均温度≤-10℃，则进行洞门凿除；探孔温度或冻土平均温度任一项不满足前述条件，则重复步骤（1）直至探孔温度≤-5℃且冻土平均温度≤-10℃后，进行洞门凿除；
（3）水土回填
（4）盾构进洞
包括如下步骤：
①盾构在水土中直接向端头井推进；
②盾尾推进至冷冻固体边缘时，同步注浆，所述注浆采用纯膨润土，膨润土浆液注入量为每环2.15m3，所述同步注浆压力≤0.3Mpa；
③盾尾即将脱离冷冻加固体时停止同步注浆；盾构再次推进至盾构机尾刷位于洞门处预埋钢板环环尾，停止盾构推进，在连续墙范围管片注浆孔反复压注二次浆液，所述压注步骤为：
A.安装球阀，电钻开孔；
B.按照从上至下，左右对称方式首先压注单浆液；
C.每孔压注1.5m3单浆液后，进行双浆液压注；
D.双浆液压注完毕，停止3小时，再依次反复进行单浆液和双浆液压注，直至注浆压力达到0.8Mpa；
（5）挖除填土至盾构机顶部，盾构机完全退出后用弧形钢板封堵洞门，进行洞内注浆，盾构解体，吊出。
2.根据权利要求1所述的富水粉土粉砂地层盾构进洞施工方法，其特征在于，步骤（2）所述探孔为6～10个，所述探孔以洞门中心为圆心，以距离洞门钢环内侧0.2m～0.8m，沿洞门圆周均匀分布。
3.根据权利要求2所述的富水粉土粉砂地层盾构进洞施工方法，其特征在于，步骤（2）所述探孔为8个，所述探孔距离洞门钢环内侧0.5m。
4.根据权利要求1所述的富水粉土粉砂地层盾构进洞施工方法，其特征在于，所述步骤（3）水土回填，包括如下步骤：
①在洞门圈下部堆码两层袋装水泥，左右位置堆放至洞门圈5点钟和7点钟位置；
②水泥堆码完成，立即向端头井内回填深度至少2m的清水；
③直接将泥土放入端头井，土回填至洞门圈以上3m；
④回填土时，继续进行清水回填工作至地表以下2m。
5.根据权利要求1所述的富水粉土粉砂地层盾构进洞施工方法，其特征在于，在所述步骤（3）水土回填完成后、所述步骤（4）盾构进洞前，进行盾构姿态调整，具体步骤如下：
①盾构推进至距离到达洞门剩余50环，进行盾构姿态调整；
②区间剩余8环时，提升洞门范围内冻结管至洞门圈以上；
③盾构姿态优化。
6.根据权利要求1所述的富水粉土粉砂地层盾构进洞施工方法，其特征在于，步骤（4）之②所述膨润土浆液由纯膨润土与水按重量配比300:2500组成。
7.根据权利要求1所述的富水粉土粉砂地层盾构进洞施工方法，其特征在于，步骤（4）之③所述单浆液由水和水泥按水灰比0.8组成。
8.根据权利要求1所述的富水粉土粉砂地层盾构进洞施工方法，其特征在于，步骤（4）之③所述双浆液由水泥、水玻璃和水按重量比0.8:0.04:1组成。
9.根据权利要求1所述的富水粉土粉砂地层盾构进洞施工方法，其特征在于，所述盾构机为土压平衡软土盾构机。
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