CN105604553A - 盾构掘进复杂地层孤石的探测及处理施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种盾构掘进复杂地层孤石的探测及处理施工方法，其具体步骤是：（1）采用地震波跨孔扫描探测孤石，并以地质钻探进行辅助施工；（2）对探测到的孤石采用全回旋钻机、爆破及盾构换刀措施进行处理。本发明采用简单易行的施工方法，解决了在复杂地层中探测及孤石处理的问题，达到安全、降低周边环境影响目的，并大大缩减了施工周期。
Description
技术领域
本发明涉及一种盾构在地下及地面施工环境复杂的施工方法，尤其是一种盾构掘进复杂地层孤石的探测及处理方法。
背景技术
随着城市地铁建设的发展，在硬土地区进行盾构施工遇到孤石的情况越来越多，其难以预判、遇到后难以处理的特点对盾构法施工造成了极大影响，处理工期和成本往往大大超出预期。因此，研究分析出一套处理孤石最合理、最经济的方法，成为一个亟待解决的难题。
本发明针对盾构掘进复杂地层孤石的探测及处理的施工特点，对在复杂地层中孤石探测工技术、孤石处理技术进行研究，发展出一套盾构掘进复杂地层孤石的探测及处理的新型盾构法施工技术，减少了盾构施工对周边环境的影响，且为隧道线路规划提供了更多的选择，从宏观上缩短了地下盾构隧道工程的施工周期。通过一整套施工控制技术的推广与运用，可为全社会节约资源，提高经济效率。
发明内容
本发明是要提供一种盾构掘进复杂地层孤石的探测及处理施工方法，来达到完善的孤石处理的目的。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种盾构掘进复杂地层孤石的探测及处理施工方法，具体步骤是：
（1）采用地震波跨孔扫描探测孤石，并以地质钻探进行辅助施工；
（2）对探测到的孤石采用全回旋钻机、爆破及盾构换刀措施进行处理；
所述采用全回旋钻机处理孤石的方法：将全回旋钻机套管深入隧道以下，使用落锤破碎孤石，并用夹具取出孤石碎块，最好在障碍物清除后，采用挖机搅拌水泥土并填充回套管内。
所述采用爆破处理孤石的方法：地面打孔，孔内埋设炸药，利用炸药爆炸将孤石破碎成小块，通过螺旋机排出小块。
所述盾构换刀的方法：利用土体自身的自立性或在周边环境条件允许的情况下进行土体加固，保证盾构机前方开挖面稳定，进行开仓换刀施工。
本发明的有益效果是：
本发明能够实现盾构掘进复杂地层孤石的探测及处理的施工，应用盾构在复杂地层中孤石探测技术、孤石处理技术进行研究，发展出一套盾构掘进复杂地层孤石的探测及处理的新型盾构法施工技术，减少了盾构施工对周边环境的影响，且为隧道线路规划提供了更多的选择，从宏观上缩短了地下盾构隧道工程的施工周期。通过一整套施工控制技术的推广与运用，可为全社会节约资源，提高经济效率。
附图说明
图1为跨孔CT射线网络示意图；
图2为地层介质网格化示意图；
图3为全回旋钻机孤石处理示意图；
图4为爆破装药结构示意图；
图5为常压开仓流程示意图；
图6为带压开仓流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
一种盾构掘进复杂地层孤石的探测及处理施工方法，其具体施工步骤如下：
1）采用地震波跨孔扫描探测孤石
地震波跨孔层析成像(CT)是一种地下物探方法，在井下进行地震波的激发和接收，如图1所示，通过对观测到的弹性波各种震相的运动学（走时、射线路径）和动力学（波形、振幅、相位、频率）资料的分析，进而反演地下介质的结构、速度分布及其弹性参数等重要信息，该方法通常可用于探测规模小，要求精度高的地下介质细结构。
地震波在地质体中传播时，岩土体纵波传播速度如下式：
式中，VP为纵波速度；E为介质的杨氏弹性模量；ρ为介质密度；μ为介质的泊松比。
如图2所示，不同的岩体弹性参量不相同，传播速度也就不同。当某条射线通过目标地质体时，将产生旅行时差。但仅仅根据一条波射线所产生的速度差异难以判别异常体的位置，因为它可能位于射线路径的任何一处；假如再利用另一条与该射线在异常体部位相交的射线走时，就可以对前一条射线在异常位置上进行必要的约束。当采用相互交叉的致密射线网络时，就会对异常地质体在空间上产生强有力的约束。地震波跨孔层析成像采用一发多收的扇形穿透，经过逐点激发，在被测区域内形成密集的射线交叉网络。
资料处理时，根据射线的稀疏程度及成像精度，将被测区域划分成若干规则的成像单元，这时可认为每个成像单元的地质介质是均匀的，波速是单一的，再运用适当的反演算法即可精确地获得异常体的展布形态。
2）对探测到的孤石采用全回旋钻机、爆破及盾构换刀等措施进行处理
（1）将全回旋钻机套管深入隧道以下，使用落锤破碎孤石，并用夹具取出孤石碎块，最好在障碍物清除后，采用挖机搅拌水泥土并填充回套管内。全回旋钻机1（见图3）采用高强度、大刚度的套管钻进，可以直接切除破碎单轴抗压强度为127～206MPa的岩石和巨砾石，在砂砾、软岩层内最高挖掘深度可达62m，垂直挖掘精度可以达到1/500。对于套管内的岩石可以用机具夹出，也可以用落锤破碎，待孤石2处理完毕后，回填孔洞即可。
（2）爆破法孤石处理方式为地面打孔，如图4所示，孔内埋设炸药4、导雷管5和毫秒导雷管6，上、下炸药4区之间用堵塞材料7封堵，利用炸药4爆炸将孤石破碎成小块，通过螺旋机排出，岩石碎块最大直径控制在150mm~200mm。
因施工地点在市区环境下、采取控制爆破方式来破除岩石，为避免对周围环境造成影响，采用浅孔、密布爆破的施工方法进行爆破施工作业，并采用微差松动控制爆破技术。爆破前，对居民进行爆破施工宣传工作，确保工程的顺利施工。
（3）常压开仓作业是通过利用土体自身的自立性或在周边环境条件允许的情况下进行土体加固，保证盾构机前方开挖面稳定，进行开仓换刀施工。其施工流程如图5所示。
开挖面土体加固可参考盾构端头井加固要求进行施工，加固区土体具有良好的均质性、自立性、水密性。加固后土体无侧限抗压强度0.5~0.8MPa，渗透系数小于10-7cm/sec，加固浆液选用不小于PO42.5普通硅酸盐水泥。
同时为确保盾构常压换刀安全，需结合地质水文资料进行分析，若换刀区域含水量较大，需在周边布设降水井进行降水施工。
（4）带压开仓作业是利用膨润土浆液对开挖面土体进行气密性改良，在保证刀盘前方周围地层和土仓满足气密性要求的条件下，利用空气压缩机将压缩空气注入土仓，边出土边注入空气，逐步置换土仓内渣土，以气压代替土压，通过在土仓内建立合理的气压来平衡刀盘前方水、土压力，达到稳定开挖面和防止地下水渗入的目的。作业人员在气压条件下，安全地进入土仓内进行检查和刀具更换等作业。其施工流程如图6所示。
压缩空气对开挖面的稳定作用，主要包括以下3方面:①可阻止来自开挖面的涌水，防止开挖面坍塌;②由于气压作用于开挖面，能够直接加强开挖面的稳定性;③由于气压对围岩缝隙起到排挤水的作用，增加了土层颗粒间的有效应力，提高了强度。
Claims (5)
1.一种盾构掘进复杂地层孤石的探测及处理施工方法，其特征在于，步具体步骤是：
（1）采用地震波跨孔扫描探测孤石，并以地质钻探进行辅助施工
（2）对探测到的孤石采用全回旋钻机、爆破及盾构换刀措施进行处理。
2.根据权利要求1所述的盾构掘进复杂地层孤石的探测及处理施工方法，其特征在于：所述采用地震波跨孔扫描探测孤石的具体方法：用地震波跨孔扫描进行探测，根据纵波在不同介质中传播速度不同，来划分被探测孤石的分布位置及范围。
3.根据权利要求1所述的盾构掘进复杂地层孤石的探测及处理施工方法，其特征在于：所述采用全回旋钻机处理孤石的方法：将全回旋钻机套管深入隧道以下，使用落锤破碎孤石，并用夹具取出孤石碎块，最好在障碍物清除后，采用挖机搅拌水泥土并填充回套管内。
4.根据权利要求1所述的盾构掘进复杂地层孤石的探测及处理施工方法，其特征在于：所述采用爆破处理孤石的方法：地面打孔，孔内埋设炸药，利用炸药爆炸将孤石破碎成小块，通过螺旋机排出小块。
5.根据权利要求1所述的盾构掘进复杂地层孤石的探测及处理施工方法，其特征在于：所述盾构换刀的方法：利用土体自身的自立性或在周边环境条件允许的情况下进行土体加固，保证盾构机前方开挖面稳定，进行开仓换刀施工。
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