CN106812531A - 盾构机的盾构始发施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构机的盾构始发施工方法，包括以下步骤：a、始发洞门置换采用自下而上的分层置换方式，将原有地连墙以素土混凝土进行置换；延长始发洞门钢环，以使盾构始发端头加固达到预定效果，保证盾构机的顺利始发；b、对盾构机进行检查、维护和调试；c、依靠反力架和负环管片进行盾构始发。无需对始发井外地层以及端头地层进行额外的加固，可以减少始发井占地面积，使其对周边交通影响降到最小，可以实现在不需要周边管线改移的情况下施工，减少投资、减少扰民，符合实情，经济合理。适用于盾构机始发端头井无法加固的情况下的施工。

Description

盾构机的盾构始发施工方法

技术领域

本发明涉及一种隧道施工方法，特别地，涉及一种用于非常规条件下的盾构机的盾构始发施工方法。

背景技术

盾构机始发是盾构施工风险最大的环节之一，防止出现坍塌、喷涌等事故是施工的重点。

盾构机常规始发方案为：始发井外地层采用外排旋喷桩加固、化学浆加固法、冻结法等。而端头地层加固法、化学浆加固法往往加固效果不能达到预期效果，冻结法施工费用昂贵。如遇隧道埋深深、地下水压力大的情况，常规的加固方式将不能够满足安全施工的要求。

某区域隧道轨道交通线路施工，施工位置端头结构为盾构机始发的工作井，由于端头地质条件复杂，上部为砂卵石地层，地面管线较多且迁改困难，无法进行地面加固，先期在工作井内采用水平加固也因为地下水充沛且压力过大，导致无法达到加固要求，水平加固的方式也宣告失败。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能解决现有盾构始发施工位置在面对地址条件复杂的地段，无法进行竖直方向和水平方向的加固，从而产生施工风险的技术问题的盾构机的盾构始发施工方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的盾构机的盾构始发施工方法，包括以下步骤：a、始发洞门置换采用自下而上的分层置换方式，将原有地连墙以素土混凝土进行置换；延长始发洞门钢环，以使盾构始发端头加固达到预定效果， 保证盾构机的顺利始发；b、对盾构机进行检查、维护和调试；c、依靠反力架和负环管片进行盾构始发。

具体地，步骤a中的分层置换，每层高度0.5m～1.5m；置换施工时预备应急物资，以防止地下富水区域出现坍塌。

具体地，步骤a中的延长始发洞门钢环具体为：在始发洞门安装用于延长洞门的钢环，钢环内侧设置至少两道密封钢刷，同时在钢环侧边预留注浆孔，以方便始发过程中注入油脂止水。

具体地，还包括始发洞门置换过程中的始发洞门的破除，具体为：采用人工配合机械破除每层0.5m～1.5m的内层地连墙混凝土，再割除内层的钢筋；割除内层的钢筋后再破除外层地连墙混凝土，然后再割除外层的钢筋；保证钢筋割除后与始发洞门的钢环齐平；破除外层地连墙混凝土时，保证原有地连墙迎土面混凝土保护层的结构完整，以减少漏水和泥沙坍塌的产生几率。

具体地，始发洞门破除及钢筋割除每完成一层，采用C25喷射素土混凝土置换一层；素土混凝土的置换厚度为1m～1.5m，以保证洞门的稳定性。

具体地，素土混凝土喷射过程中，在掌子面预留φ50PVC的泄水管，泄水管留设间距为0.8m～1.2m，以梅花形布置；在相邻两层置换层的搭接位置布设用于上下层素土混凝土之间连接的竹片，竹片的分布间距为0.3m～0.8m，竹片采用内外双层布设。

具体地，在始发洞门置换前，采用袖阀管对始发洞门土体进行水玻璃浆液注浆，以进行止水，使地层含水量减小，从而保证始发门洞置换的施工正常进行；在始发门洞处采用型钢支撑进行加固处理，以降低盾构机始发时产生的压力对始发门洞及周边土体的影响。

具体地，步骤b的具体实施步骤包括：对刀具及盾构机后配套进行维修；对正面滚刀、边缘滚刀、中心双刃滚刀、磨损严重的刮刀以及磨损严重的切刀进行检查或更换；对刀座进行检查，磨损严重的进行更换；对后配套台车、电瓶车和龙门吊进行检查维修，确保设备的完好。

具体地，步骤c的具体实施步骤为：开始安装负环管片，边安装负环管片，盾构机边向洞圈推进；为减少盾构始发时的推进阻力和避免刀盘上的刀头损坏洞口密封装置，在刀盘和洞口密封装置上涂抹润滑油以减小摩擦力。

具体地，盾构向始发洞门土体逐渐靠拢，使盾构机头部切入土体，再经刀盘旋转切削土体，充满盾构机土仓，开始建立正面土压力以平衡盾构正面土压，确保土体的位移量降至最小值；盾构始发阶段的施工参数根据多次模拟试验预先确定，当盾构机整体进入洞圈后，通过负环管片的注浆孔均匀地向负环管片外部压注水硬性浆液充填空隙，以防止漏浆；盾构始发推进时，观察反力架以及反力架后方斜撑是否产生变形，以防止位移量过大而造成破坏；推进前，在盾构基座面上涂抹润滑油，以减少盾构的推进阻力。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的盾构机的盾构始发施工方法，针对始发井端头无法加固土体接收的高风险，直接对始发洞口进行结构置换，利用素土混凝土自下而上逐层置换原有地连墙，以达到加固的目的，从而降低、规避风险、确保始发施工安全。通过延长始发洞门钢环，建立“盾外加盾”的密闭空间，在加固盾构始发端头的同时延缓始发距离，始发前对盾构机进行检查、维护和调试，盾构机调试完成后依靠反力架和负环管片进行盾构始发，使盾构始发尽量接近正常掘进状态，对坍塌、喷涌等多因素叠加事故风险错峰，从而保证盾构始发施工安全。 无需对始发井外地层以及端头地层进行额外的加固，可以减少始发井占地面积，使其对周边交通影响降到最小，可以实现在不需要周边管线改移的情况下施工，减少投资、减少扰民，符合实情，经济合理。适用于盾构机始发端头井无法加固的情况下的施工。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作具体详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的具体理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的盾构机的盾构始发施工方法的步骤流程框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的盾构机的盾构始发施工方法的步骤流程框图。如图1所示，本实施例的盾构机的盾构始发施工方法，包括以下步骤：a、始发洞门置换采用自下而上的分层置换方式，将原有地连墙以素土混凝土进行置换；延长始发洞门钢环，以使盾构始发端头加固达到预定效果，保证盾构机的顺利始发；b、对盾构机进行检查、维护和调试；c、依靠反力架和负环管片进行盾构始发。本发明盾构机的盾构始发施工方法，针对始发井端头无法加固土体接收的高风险，直接对始发洞口进行结构置换，利用素土混凝土自下而上逐层置换原有地连墙，以达到加固的目的，从而降低、规避风险、确保始发施工安全。通过延长始发洞门钢环，建立“盾外加盾”的密闭空间，在加固盾构始发端头的同时延缓始发距离，始发前对盾构机进行检查、维护和调试，盾构机调试完 成后依靠反力架和负环管片进行盾构始发，使盾构始发尽量接近正常掘进状态，对坍塌、喷涌等多因素叠加事故风险错峰，从而保证盾构始发施工安全。无需对始发井外地层以及端头地层进行额外的加固，可以减少始发井占地面积，使其对周边交通影响降到最小，可以实现在不需要周边管线改移的情况下施工，减少投资、减少扰民，符合实情，经济合理。适用于盾构机始发端头井无法加固的情况下的施工。

本实施例中，步骤a中的分层置换，每层高度0.5m～1.5m。置换施工时预备应急物资，以防止地下富水区域出现坍塌。

本实施例中，步骤a中的延长始发洞门钢环具体为：在始发洞门安装用于延长洞门的钢环，钢环内侧设置至少两道密封钢刷，同时在钢环侧边预留注浆孔，以方便始发过程中注入油脂止水。

本实施例中，始发洞门置换过程中的始发洞门破除，具体为：采用人工配合机械破除每层0.5m～1.5m的内层地连墙混凝土，再割除内层的钢筋。割除内层的钢筋后再破除外层地连墙混凝土，然后再割除外层的钢筋。保证钢筋割除后与始发洞门的钢环齐平。破除外层地连墙混凝土时，保证原有地连墙迎土面混凝土保护层的结构完整，以减少漏水和泥沙坍塌的产生几率。

本实施例中，始发洞门破除及钢筋割除每完成一层，采用C25喷射素土混凝土置换一层。素土混凝土的置换厚度为1m～1.5m，以保证洞门的稳定性。

本实施例中，素土混凝土喷射过程中，在掌子面预留φ50PVC的泄水管，泄水管留设间距为0.8m～1.2m，以梅花形布置。在相邻两层置换层的搭接位置布设用于上下层素土混凝土之间连接的竹片，竹片的分布间距为0.3m～0.8m，竹片采用内外双层布设。

本实施例中，在始发洞门置换前，采用袖阀管对始发洞门土体进行水玻璃浆液注浆，以进行止水，使地层含水量减小，从而保证始发门洞置换的施工正常进行。在始发门洞处采用型钢支撑进行加固处理，以降低盾构机始发时产生的压力对始发门洞及周边土体的影响。

本实施例中，步骤b的具体实施步骤包括：对刀具及盾构机后配套进行维修。对正面滚刀、边缘滚刀、中心双刃滚刀、磨损严重的刮刀以及磨损严重的切刀进行检查或更换。对刀座进行检查，磨损严重的进行更换。对后配套台车、电瓶车和龙门吊进行检查维修，确保设备的完好。

本实施例中，步骤c的具体实施步骤为：开始安装负环管片，边安装负环管片，盾构机边向洞圈推进。为减少盾构始发时的推进阻力和避免刀盘上的刀头损坏洞口密封装置，在刀盘和洞口密封装置上涂抹润滑油以减小摩擦力。

本实施例中，盾构向始发洞门土体逐渐靠拢，使盾构机头部切入土体，再经刀盘旋转切削土体，充满盾构机土仓，开始建立正面土压力以平衡盾构正面土压，确保土体的位移量降至最小值。盾构始发阶段的施工参数根据多次模拟试验预先确定，当盾构机整体进入洞圈后，通过负环管片的注浆孔均匀地向负环管片外部压注水硬性浆液充填空隙，以防止漏浆。盾构始发推进时，观察反力架以及反力架后方斜撑是否产生变形，以防止位移量过大而造成破坏。推进前，在盾构基座面上涂抹润滑油，以减少盾构的推进阻力。

实施时，提供一种盾构机的盾构始发施工方法，具体实施步骤如下：

a、始发洞门置换

由于始发端头加固未能达到预定效果，为保证盾构机的顺利始发，采用延长始发洞门钢环的方式进行盾构机的始发掘进，要对地连墙进行素混凝土置换。 同时为保证始发洞门的稳定性，将素混凝土厚度增大到1.2m。

始发洞门置换时应当分层置换，每层高度1m，自下而上进行置换。端头地下水丰富，始发洞门所处位置为砂卵石层，易出现坍塌事故，置换施工时应准备好足够的沙袋、模板、方木等应急物资。

始发洞门破除时首先采用人工配合机械破除每层1m的内层地连墙混凝土，再割除内层钢筋，割除钢筋后再破除外层地连墙混凝土，再割除外层钢筋，钢筋割除必须与始发洞门钢环齐平，破除外层地连墙混凝土时应尽量不损坏地连墙迎土面混凝土保护层，减少漏水和泥沙坍塌。

破除及钢筋割除每完成一层，采用C25喷射混凝土置换一层。置换厚度为1.2m。在混凝土喷射过程中，在掌子面预留φ50PVC泄水管，泄水管留设间距1m，梅花型布置；同时在上下层搭接位置布设竹片用于上下层混凝土的连接，竹片间距0.5m，内外双层布置。

左线施工始发洞门置换过程中，由于地层含水量较大，无法实现正常置换，故在始发洞门置换施工前，采用袖阀管对始发洞门土体进行水玻璃浆液注浆用于止水。注浆止水完成后再进行始发洞门置换施工，保证施工的安全性。

同时考虑右线始发时，可能始发压力过大，对左线土体及始发洞门稳定及产生一定的影响。在始发洞门处采用型钢支撑进行加固处理。

b、盾构始发

首先对刀具及盾构机后配套进行维修。刀具包括正面滚刀、边缘滚刀、中心双刃滚刀及磨损严重的刮刀、切刀进行更换。对刀座进行检查，磨损严重的进行更换。并对后配套台车及电瓶车、龙门吊等设备进行检查维修，确保设备的完好。

在始发洞门安装延长始发洞门钢环，钢环内侧设置两道密封钢刷，同时在钢环侧边预留注浆孔，方便始发过程中注入油脂止水。

盾构机调试完后，依靠反力架和负环管片进行盾构始发。开始安装负环管片，边安装负环管片，盾构机边向洞圈推进。为减少盾构始发时的推进阻力和避免刀盘上的刀头损坏洞口密封装置，在刀盘和洞口密封装置上涂抹润滑油以减小摩擦力。

盾构向始发洞门土体逐渐靠拢，使盾构机头部切入土体，再经刀盘旋转切削土体，充满盾构机土仓，开始建立正面土压力以平衡盾构正面土压，确保土体的位移量降至最小值。盾构始发阶段的施工参数根据多次试验确定，当盾构机整体进入洞圈后，通过管片注浆孔均匀地向管片外部压注水硬性浆液充填空隙，防止漏浆。推进时，注意观察反力架和后面斜撑是否产生变形，防止位移量过大而造成破坏。为减少盾构的推进阻力，推进前，在盾构基座面上涂抹润滑油。

c、反力架、支撑及预埋件

反力架及其支撑

盾构反力架由钢环、后盾框及钢支撑组成，钢环宽50cm，钢环精度要求：环面平整度5mm，使砼管片受力均匀；钢环后部用56#二榀工字钢制作后盾框，钢环与后盾框之间焊接固定并用Φ529mm钢管支撑，盾构掘进时的后座反向力，通过钢支撑传递至主体结构的底板和侧墙上，钢支撑焊接在预埋的钢板或植筋钢板上。

反力架的顶部及底部的斜撑：顶部各使用4根HW200×200钢支撑均匀布置加固，斜撑将反力架的受力传至中板；底部各使用4根HW250×250钢支撑亦均 匀布置加固，斜撑将反力架的受力传至底板。

在钢支撑与混凝土板或梁接触的接触面适当处理，进行焊接钢板。首先在对应的位置上凿除混凝土保护层，使钢板焊接在结构钢筋上，钢板厚度为15mm，尺寸必须大于支撑体面。需要在底板上处理的部位包括：反力架底部、斜撑等部位。具体位置在实施时现场确定。

d、地表沉降监测

(1)地表沉降监测

①监测实施方法

基点埋设：基点应埋设在沉降影响范围以外的稳定区域，并且应埋设在视野开阔、通视条件较好的地方；基点数量根据需要设置，基点要牢固可靠。

沉降测点埋设：用冲击钻在地表钻孔，然后放入长200mm～300mm，直径20mm～30mm的圆头钢筋，四周用水泥砂浆填实。

测量方法：观测方法采用精密水准测量方法。基点和附近水准点联测取得初始高程。观测时各项限差宜严格控制，每测点读数高差不宜超过0.3mm，对不在水准路线上的观测点，一个测站不宜超过3个，超过时应重读后视点读数，以作核对。首次观测应对测点进行连续两次观测，两次高程之差应小于±1.0mm，取平均值作为初始值。

沉降值计算：在条件许可的情况下，尽可能的布设导线网，以便进行平差处理，提高观测精度，然后按照测站进行平差，求得各点高程。施工前，由基点通过水准测量测出隆陷观测点的初始高程H0，在施工过程中测出的高程为Hn。则高差△H＝Hn-H0即为沉降值。

②数据分析与处理

地表沉降量测随施工进度进行，根据开挖部位、步骤及时监测，并将各沉降测点沉降值绘制成沉降变化曲线图、沉降变化速度图、加速度曲线图。

e、地表裂缝观测

地表裂缝状况的监测通常作为地铁明挖、盾构施工影响程度的重要依据之一。采用直接观测的方法，将裂缝进行编号并划出测读位置，必要时可用钢尺测读。监测数量和位置根据现场情况确定。

f、地表建筑沉降、倾斜及裂缝监测

(1)建筑物沉降监测

①监测实施方法

测点埋设：在地表下沉的纵向和横向影响范围内的建筑物应进行建筑物下沉及倾斜监测，基点的埋设同地表沉降观测。沉降测点埋设，用冲击钻在建筑物的基础或墙上钻孔，然后放入长直径20mm～30mm的半圆头弯曲钢筋，四周用水泥砂浆填实。测点的埋设高度应方便观测，对测点应采取保护措施，避免在施工过程中受到破坏。每幢建筑物上一般布置4个观测点，特别重要的建筑物布置6个测点。

测量方法：与地表沉降观测相同。

沉降计算：与地表沉降观测相同。

②数据分析与处理

采用比较法、作图法和数学、物理模型，分析各监测物理量值大小、变化规律、发展趋势，以便对工程的安全状态和应采取的措施进行评估、决策。

绘制时间位移曲线散点图和距离位移曲线散点图。如果位移的变化随时间 而渐趋稳定，说明围岩处于稳定状态，支护系统是有效、可靠的。反常曲线中，如果出现了反弯点，这说明位移出现反常的急剧增长现象，表明围岩和支护已呈不稳定状态，应立即相应的工程措施。

在取得足够的数据后，还应根据散点图的数据分布状况，选择合适的函数，对监测结果进行回归分析，以预测该测点可能出现的最大位移值，预测结构和建筑物的安全状况。

(2)建筑物裂缝观测

建筑物的沉降和倾斜必然导致结构构件的应力调整而产生裂缝，裂缝开展状况的监测通常作为施工影响程度的重要依据之一。通常采用直接观测的方法，将裂缝进行编号并划出测读位置，观测裂缝的发生发展过程。必要时通过裂缝观测仪进行裂缝宽度测读。监测数量和位置根据现场情况确定。

g、监测频率及标准

施工监控量测值控制标准表

根据上述的监测管理基准，可选择监测频率：一般在Ⅲ级管理阶段监测频率适当放大一些；在Ⅱ级管理阶段则注意加密监测次数；在Ⅰ级管理阶段则密切关注，加强监测，监测频率可达到1-2次/天或更多。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之 内。

Claims (10)

1.一种盾构机的盾构始发施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、始发洞门置换采用自下而上的分层置换方式，将原有地连墙以素土混凝土进行置换；延长始发洞门钢环，以使盾构始发端头加固达到预定效果，保证盾构机的顺利始发；

b、对盾构机进行检查、维护和调试；

c、依靠反力架和负环管片进行盾构始发。

2.根据权利要求1所述的盾构机的盾构始发施工方法，其特征在于：所述的步骤a中的分层置换，每层高度0.5m～1.5m；置换施工时预备应急物资，以防止地下富水区域出现坍塌。

3.根据权利要求1所述的盾构机的盾构始发施工方法，其特征在于：所述的步骤a中的延长始发洞门钢环具体为：在始发洞门安装用于延长洞门的钢环，钢环内侧设置至少两道密封钢刷，同时在钢环侧边预留注浆孔，以方便始发过程中注入油脂止水。

4.根据权利要求3所述的盾构机的盾构始发施工方法，其特征在于：还包括始发洞门置换过程中的始发洞门的破除，具体为：

采用人工配合机械破除每层0.5m～1.5m的内层地连墙混凝土，再割除内层的钢筋；

割除内层的钢筋后再破除外层地连墙混凝土，然后再割除外层的钢筋；

保证钢筋割除后与始发洞门的钢环齐平；

破除外层地连墙混凝土时，保证原有地连墙迎土面混凝土保护层的结构完整，以减少漏水和泥沙坍塌的产生几率。

5.根据权利要求4所述的盾构机的盾构始发施工方法，其特征在于：始发洞门破除及钢筋割除每完成一层，采用C25喷射素土混凝土置换一层；素土混凝土的置换厚度为1m～1.5m，以保证洞门的稳定性。

6.根据权利要求5所述的盾构机的盾构始发施工方法，其特征在于：素土混凝土喷射过程中，在掌子面预留φ50PVC的泄水管，泄水管留设间距为0.8m～1.2m，以梅花形布置；在相邻两层置换层的搭接位置布设用于上下层素土混凝土之间连接的竹片，竹片的分布间距为0.3m～0.8m，竹片采用内外双层布设。

7.根据权利要求6所述的盾构机的盾构始发施工方法，其特征在于：在始发洞门置换前，采用袖阀管对始发洞门土体进行水玻璃浆液注浆，以进行止水，使地层含水量减小，从而保证始发门洞置换的施工正常进行；在始发门洞处采用型钢支撑进行加固处理，以降低盾构机始发时产生的压力对始发门洞及周边土体的影响。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的盾构机的盾构始发施工方法，其特征在于：所述的步骤b的具体实施步骤包括：

对刀具及盾构机后配套进行维修；

对正面滚刀、边缘滚刀、中心双刃滚刀、磨损严重的刮刀以及磨损严重的切刀进行检查或更换；

对刀座进行检查，磨损严重的进行更换；

对后配套台车、电瓶车和龙门吊进行检查维修，确保设备的完好。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的盾构机的盾构始发施工方法，其特征在于：所述的步骤c的具体实施步骤为：

开始安装负环管片，边安装负环管片，盾构机边向洞圈推进；

为减少盾构始发时的推进阻力和避免刀盘上的刀头损坏洞口密封装置，在刀盘和洞口密封装置上涂抹润滑油以减小摩擦力。

10.根据权利要求9所述的盾构机的盾构始发施工方法，其特征在于：盾构向始发洞门土体逐渐靠拢，使盾构机头部切入土体，再经刀盘旋转切削土体，充满盾构机土仓，开始建立正面土压力以平衡盾构正面土压，确保土体的位移量降至最小值；

盾构始发阶段的施工参数根据多次模拟试验预先确定，当盾构机整体进入洞圈后，通过负环管片的注浆孔均匀地向负环管片外部压注水硬性浆液充填空隙，以防止漏浆；

盾构始发推进时，观察反力架以及反力架后方斜撑是否产生变形，以防止位移量过大而造成破坏；

推进前，在盾构基座面上涂抹润滑油，以减少盾构的推进阻力。