CN103775096B - 一种软弱土层的盾构始发方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种软弱土层的盾构始发方法，采用土压平衡盾构机直接掘削井壁进井，在土压平衡盾构机的刀盘推进至开挖面前，预先在土仓内注入一定量的填充物，在土仓内建立主动土压力，使土仓内的压力与开挖面的土层压力相平衡，其满足土压平衡掘进的条件，施工时减小对地层的扰动，防止水土流失，避免地面坍塌，达到安全的始发。其步骤如下：1）测量始发段地质；2）确定始发土仓建压具体参数，加固掘面土层；3）注入填充物进行建压；4）对土仓压力和地表隆陷进行监控；5）盾构机直接掘削始发。本盾构始发方法全自动化操作，施工时间短、效率高，操作方便，资金投入少，又能保证施工时效性，满足政策施工需求。

Description

一种软弱土层的盾构始发方法

技术领域

本发明专利涉及盾构始发技术领域，特别是涉及一种软弱土层的盾构始发方法。

背景技术

随着社会的发展、地下空间的开发，盾构技术因有着机械化程度高、劳动强度低、安全快捷等诸多优点，被广泛应用地铁、隧道、市政管道等工程领域。近年来由于盾构技术的相对成熟，出于成本的考虑，车站都大幅度的抬升，从而给盾构始发带来更多的挑战。

盾构始发推进前，需凿除车站的围护结构，凿除围护结构后的土体在一定的时间段内必须保持自稳等，致使盾构在初始阶段的施工难度很大，尤其在软弱地层进行盾构始发时。在软弱地层进行盾构隧道施工过程中，盾构机始发阶段，刀盘刚进入土层进行破岩，土体应力在瞬间得到释放，而土仓从空仓掘进到建立主动土压力来平衡水土被动压力还需要一个过程，但在始发阶段当盾构机进行掘进时，由于土仓和螺旋机存在较大的空间，给土体应力以释放空间，极易造成土体“不稳”，出现大量的涌砂、涌水现象，影响始发质量，严重者可能造成盾构机被掩埋。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种软弱土层的盾构始发方法，其始发安全快速，且节省施工经费。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种软弱土层的盾构始发方法，采用土压平衡盾构机直接掘削井壁始发，在土压平衡盾构机的刀盘推进至开挖面（又称掌子面）前，预先在土仓内注入一定的填充物，在土仓内建立主动土压力，使土仓内的压力与开挖面的土层压力相平衡。在土压平衡盾构机推进至开挖面时，由于土压平衡盾构机土仓内的压力与开挖面的土层压力相平衡，使其满足土压平衡掘进的条件，减小对地层的扰动，防止水土流失，避免地面坍塌，达到安全的始发。

优先的，在土仓内注入一定的填充物前，需要先测量始发段地质，确定始发土仓建压具体参数。

优先的，在确定始发土仓建压具体参数前还可对掘削面土层进行加固。

优先的，在土仓内注入一定的填充物之后，需要对土仓压力和地表隆陷进行监控，确定监控数据符合施工要求后，土压平衡盾构机才直接掘削始发。

优先的，所述填充物可以为空气、水、渣土或塑性流体材料。其中，所述塑性流体材料为钠基膨润土泥浆（也可以为钙基膨润土泥浆或其他普通泥浆），所述钠基膨润土泥浆采用以下组份组成（成分含量为重量百分比）：水玻璃8～15、膨润土36～42、水43～56。

优先的，所述注入填充物进行建压的方法采用双液注浆施工，所述双液注浆施工具体步骤为：（1）将膨润土和水玻璃分别与适量的水混合制成浆液；（2）分别用泵将膨润土浆与水玻璃浆按一定配比量注入土仓内；（3）驱动刀盘转动进行搅拌， 直到将膨润土浆与水玻璃浆的混合液体搅拌均匀形成粘稠状。接着对土仓压力和地表隆陷进行监控，确定无误后关仓门开始掘进始发。

此外，本发明还提供一种软弱土层盾构始发用的土压平衡盾构机，包括刀盘、土仓（也称开挖室）、刀盘驱动、推进油缸、拼装机、螺旋输送机，所述土仓内壁的不同高度位置安装有数个土压传感器，所述土仓通过管道分别与盛有膨润土浆与水玻璃浆的储料罐联通，所述储料罐上还安装有将膨润土浆与水玻璃浆注入所述土仓内的泵。其中，所述管道上还安装有控制阀。

本发明的有益效果是：一种软弱土层的盾构始发方法，通过预先在土仓内注入一定的材料，建立主动土压力，在土压平衡盾构机推进至开挖面时，由于土压平衡盾构机土仓内的主动土压力与开挖面的土层压力相平衡，使其满足土压平衡掘进的条件，施工时减小对地层的扰动，防止水土流失，避免地面坍塌，达到安全的始发。该方法资金投入少，又能保证施工时效性，满足政策施工需求，配合对掘削面进行部分加固（采用冻结法、降水井法、压气法、注浆加固法等）可大大提高本始发方法的安全性。

附图说明

图1是本发明一种软弱土层盾构始发用的土压平衡盾构机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的说明。

一种软弱土层的盾构始发方法，采用土压平衡盾构机直接掘削井壁进井，在土压平衡盾构机的刀盘推进至开挖面（又称掌子面）前，预先在土仓内注入一定的填充物，在土仓内建立主动土压力，使土仓内的压力与开挖面的土层压力相平衡。在土压平衡盾构机推进至开挖面时，由于土压平衡盾构机土仓内的压力与开挖面的土层压力相平衡，使其满足土压平衡掘进的条件，减小对地层的扰动，防止水土流失，避免地面坍塌，达到安全的始发。其具体步骤如下：

1）测量始发段地质；

2）确定始发土仓建压具体参数（通过模拟实验及计算确定，如图1所示，控制土仓进土量与螺旋机排土量保持动态平衡，使主动土压力B和被动土压力A建立一个平衡，控制喷涌，保证开挖土体的稳定，得出在软弱地层中带压始发是安全的。）；

3）在土仓内注入一定的填充物进行建压；

4）对土仓压力和地表隆陷进行监控（对地表隆陷进行监控的具体措施为：1、布置监测点，收集初始数据；2、根据水压计变化观测水位；3、利用测量仪器，对地表进行监控。）；

5）确定监控数据符合施工要求后，土压平衡盾构机直接掘削始发。其中，为了提高始发的安全性，在确定始发土仓建压具体参数前还可对掘削面土层进行加固。

优先的，所述填充物可以为空气、水、渣土或塑性流体材料。该塑性流体材料采用钠基膨润土泥浆（也可以为钙基膨润土泥浆或其他普通泥浆，但经过对各种膨润土的试验及测试，最终选用水玻璃和可以与其反应形成粘稠状的钠基膨润土作为 试验材料，在实验室经多次实验，得出了最佳效果的配比。），钠基膨润土泥浆可塑性强且呈粘稠状，可以用泵灌输且方便排出，制备简单，价格相对便宜。

所述钠基膨润土泥浆采用以下组份组成（成分含量为重量百分比）：水玻璃8～15、膨润土36～42、水43～56。附实验数据表：

表1膨润土比重为1.3

表2膨润土比重为1.5

优先的，所述注入填充物进行建压的方法采用双液注浆施工，所述双液注浆施工具体步骤为：

（1）将膨润土和水玻璃分别与适量的水混合制成浆液存放至储料罐内。

（2）储料罐与土仓接管联通后，分别用泵将膨润土浆与水 玻璃浆按一定配比量注入土仓内；其中先开膨润土浆，再开水玻璃浆。膨润土与水玻璃的配合比为：膨润土/水玻璃=1/20。

（3）往土仓内注入足够量混合液体后，土仓内的混合液高度接近土仓闸门，这时，先关水玻璃，再关注浆泵，然后慢慢驱动刀盘转动进行搅拌，直到将膨润土浆与水玻璃浆的混合液体搅拌均匀形成粘稠状。

最后对土仓压力和地表隆陷进行监控，确定无误后关仓门开始掘进始发。本盾构始发方法全自动化操作，施工时间短、效率高，操作方便；配制的钠基膨润土粘稠度合适，可以有效改良砂土，降低扭矩，对刀盘起保护作用；由于钠基膨润土的润滑效果，减少刀盘切削土体时对土体造成的扰动，可防止地面沉降；因土仓建立了实土压力，避免始发时由于气体泄漏出现的土仓真空而引起土层水土流失、地面坍塌。

如图1所示，本发明还提供一种软弱土层盾构始发用的土压平衡盾构机，包括刀盘1、土仓2（也称开挖室）、刀盘驱动3、推进油缸4、拼装机（图中未示）、螺旋输送机5和带式输送机6，所述土仓内壁的不同高度位置安装有数个土压传感器21，所述土仓2通过管道22分别与盛有膨润土浆与水玻璃浆的储料罐7联通，所述储料罐上还安装有将膨润土浆与水玻璃浆注入所述土仓2内的泵23。其中，所述管道22上还安装有控制阀24。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定 本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (6)

1.一种软弱土层的盾构始发方法，采用土压平衡盾构机直接掘削井壁始发，其特征在于，在土压平衡盾构机的刀盘推进至开挖面前，预先在土仓内注入一定量的填充物，在土仓内建立主动土压力，使土仓内的压力与开挖面的土层压力相平衡；

所述填充物为空气、水、渣土或塑性流体材料；

所述塑性流体材料为钠基膨润土泥浆，成分含量为重量百分比：水玻璃8～15、膨润土36～42、水43～56；

注入填充物进行建压的方法采用双液注浆施工，所述双液注浆施工具体步骤为：

(1)将膨润土和水玻璃分别与适量的水混合制成浆液存放至储料罐内；

(2)储料罐与土仓接管联通后，分别用泵将膨润土浆与水玻璃浆按一定配比量注入土仓内；其中先开膨润土浆，再开水玻璃浆，膨润土与水玻璃的配合比为：膨润土/水玻璃＝1/20；

(3)通过土仓内壁的不同高度位置安装的数个土压传感器，判断往土仓内注入足够量混合液体后，土仓内的混合液高度接近土仓闸门，这时，先关水玻璃，再关注浆泵，然后慢慢驱动刀盘转动进行搅拌，直到将膨润土浆与水玻璃浆的混合液体搅拌均匀形成粘稠状。

2.根据权利要求1所述的一种软弱土层的盾构始发方法，其特征在于，在土仓内注入一定的填充物前，需要先测量始发段地质，确定始发土仓建压具体参数。

3.根据权利要求2所述的一种软弱土层的盾构始发方法，其特征在于，在确定始发土仓建压具体参数前对掘削面土层进行加固。

4.根据权利要求1所述的一种软弱土层的盾构始发方法，其特征在于，在土仓内注入一定的填充物之后，需要对土仓压力和地表隆陷进行监控，确定监控数据符合施工要求后，土压平衡盾构机才直接掘削始发。

5.根据权利要求1所述的一种软弱土层的盾构始发方法，其中土压平衡盾构机包括刀盘、土仓、刀盘驱动、推进油缸、拼装机、螺旋输送机，其特征在于，所述土仓内壁的不同高度位置安装有数个土压传感器，所述土仓通过管道分别与盛有膨润土浆与水玻璃浆的储料罐联通，所述储料罐上还安装有将膨润土浆与水玻璃浆注入所述土仓内的泵。

6.根据权利要求5所述的一种软弱土层的盾构始发方法，其特征在于，所述管道上还安装有控制阀。