CN107013225A - 旋喷封水防坍塌隧道盾构方法 - Google Patents

旋喷封水防坍塌隧道盾构方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种旋喷封水防坍塌隧道盾构方法。该方法是：盾构开挖前，在盾构机前方一个开挖段长度范围内钻超前旋喷引孔，旋喷引孔在开挖全断面范围内布置，相互之间的距离由旋喷后的柱体边界相互重叠，能防止漏水为准；在引孔内进行高压水泥浆旋喷，开挖断面周边引孔全长旋喷，中部引孔只在端部一个能止水的范围旋喷；土和水泥浆综合体凝固后形成一个超前封闭筒体；然后盾构开挖这个封闭筒体内的土体。重复使用这种方法，可确保土层隧道盾构施工时地下水不流失，隧道不坍塌。

Description

旋喷封水防坍塌隧道盾构方法
技术领域
本发明属于土木工程中土层隧道盾构领域，尤其涉及旋喷封水防坍塌隧道盾构方法。
背景技术
在土层中隧道盾构机时，存在洞顶坍塌或地下水流失引起地面沉降事故，经济损失和社会影响极大。如广州地铁盾构时，2006年因为失水引起地面沉降，2008年涌水导致塌方等。目前，为了避免这种情况发生，多采用土层冷冻法防止坍塌和地下水流失。这种方法不仅成本极高，在城市建筑密集情况下实施地层冷冻也是一件十分困难的事，一旦任一环节出问题，后果严重。如2003年7月上海轨道交通4号线采用冻结加固暗挖发施工，由于施工方案欠佳、制冷机出故障等原因，导致流沙事故，使270隧道发生坍塌损坏。地面发生大范围沉降，最大沉降量达7m，地面多栋建筑在不同程度上发生倾斜和破坏，最后拆除。在现有土木工程中，土层盾构发生的事故比例首屈一指，是一个亟待解决的问题。纵观这些事故，地下水涌入盾构隧道是最大的一个原因。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：隧道盾构时，防止地下水从涌入导致隧道坍塌。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种旋喷封水防坍塌隧道盾构方法，其步骤特征在于：
a、在隧道盾构以前，在隧道开挖面上按设计间距钻高压旋喷引孔，引孔长度为一次盾构开挖长度；
b、在引孔中采用高压旋喷的方法，形成水泥浆与土体混合物旋喷体，周边的引孔全长度旋喷，中部引孔只在端头部分旋喷；
c、旋喷体凝固以后，在开挖面前方形成封闭的旋喷体筒体，旋喷体筒体截面不小于开挖截面；
d、盾构机开挖旋喷体筒体以及内部土体；
e、在盾构机开挖旋喷体筒体及内部土体的同时，设置在盾构机前部盾构机旋转体上的高压水泥浆喷头进行旋转喷射水泥浆，压水泥浆射流搅拌洞壁土体，形成设计厚度的旋喷体组成的隧道旋喷护壁；
f、当盾构机开挖至旋喷体筒体内端面时，停止盾构开挖，在旋喷体筒体内端面钻高压旋喷引孔，重复步骤a至步骤e，进行下一次开挖长度的盾构开挖。
采用上述技术方案：引孔间距由形成的旋喷体互相有搭接确定，搭接长度可根据地下水压力计算确定；形成旋喷体所用的水泥浆添加速凝剂，加快水泥浆的凝结速度；旋喷体半径依赖于高压水泥浆的压力，调整高压水泥浆压力可达到设计要求的旋喷体厚度；钻高压旋喷引孔时，采用钻具与旋喷一体化钻杆，成孔后立即喷射水泥浆；在旋喷体筒体端面再次钻孔时采用止水环止水，防止在钻孔时出现涌水。
由于高压旋喷水泥桨止水效果很好，可以防止盾构过程中洞顶坍塌和地下水从洞壁流失，避免地面沉降。
附图说明
图1为本发明实施例1的隧道纵剖面示意图；
图2为本发明实施例1的隧道横剖面示意图；
图3为本发明实施例2的隧道纵剖面示意图；
图中：1、盾构机机身；2、盾构机旋转体；3、高压水泥浆喷头；4、旋喷护壁；5、高压水泥浆射流；6、高压旋喷引孔；7、高压旋喷体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
采用旋喷封水防坍塌隧道盾构方法时，使用带旋喷护壁装置和能够实施多引孔钻进、旋喷的盾构机，如图1和图2所示。其步骤特征在于：
(1)在隧道盾构以前，在隧道开挖面上按设计间距钻高压旋喷引孔6，引孔长度为一次盾构开挖长度；
(2)在引孔中采用高压水泥浆旋喷的方法，形成水泥浆与土体混合物旋喷体7，周边的引孔全长度旋喷，中部引孔只在端头部分旋喷；
(3)旋喷体凝固以后，在开挖面前方形成封闭的与开挖面积相同的旋喷体7筒体；
(4)盾构机开挖旋喷体7筒体以及内部土体；
(5)在盾构机开挖旋喷体7筒体及内部土体的同时，设置在盾构机前部盾构机旋转体2上的高压水泥浆喷头3进行旋转喷射水泥浆，高压水泥浆射流5搅拌洞壁土体，形成设计厚度的旋喷体7组成的隧道旋喷护壁4；
(6)当盾构机开挖至旋喷体7筒体内端面时，停止盾构开挖，在旋喷体7筒体内端面钻高压旋喷引孔6，重复步骤(1)至步骤(5)，进行下一次开挖长度的盾构开挖。
采用上述技术方案：引孔间距由形成的旋喷体互相有搭接确定，搭接长度可根据地下水压力计算确定；形成旋喷体所用的水泥浆添加速凝剂，加快水泥浆的凝结速度；旋喷体半径依赖于高压水泥浆的压力，调整高压水泥浆压力可达到设计要求的旋喷体厚度；钻高压旋喷引孔时，采用钻具与旋喷一体化钻杆，成孔后立即喷射水泥浆；在旋喷体筒体端面再次成孔时，采用止水环止水，防止在钻孔时出现涌水。
隧道盾构完成后，隧道旋喷护壁4起临时稳定作用，需要进行永久性洞壁支护。
实施例2
采用旋喷封水防坍塌隧道盾构方法时，使用带能够实施多引孔钻进、旋喷的盾构机，如图3所示。其步骤特征在于：
(1)在隧道盾构以前，在隧道开挖面上按设计间距钻高压旋喷引孔6，在开挖面边界线上需布置引孔。引孔长度为一次盾构开挖长度；
(2)在引孔中采用高压水泥浆旋喷的方法，形成水泥浆与土体混合物旋喷体7，周边的引孔采用比中部更高压力的水泥浆全长度旋喷，中部引孔只在端头部分旋喷；
(3)旋喷体凝固以后，在开挖面前方形成封闭的，大于开挖面积的旋喷体7筒体；
(4)盾构机开挖旋喷体7筒体以及内部土体，开挖后周边旋喷体7的一部分留在隧道壁上作为临时护壁；
(5)当盾构机开挖至旋喷体7筒体内端面时，停止盾构开挖，在旋喷体7筒体内端面钻高压旋喷引孔6，重复步骤(1)至步骤(5)，进行下一次开挖长度的盾构开挖。
采用上述技术方案：引孔间距由形成的旋喷体互相有搭接确定，搭接长度可根据地下水压力计算确定；形成旋喷体所用的水泥浆添加速凝剂，加快水泥浆的凝结速度；旋喷体半径依赖于高压水泥浆的压力，调整高压水泥浆压力可达到设计要求的旋喷体厚度；钻高压旋喷引孔时，采用钻具与旋喷一体化钻杆，成孔后立即喷射水泥浆；在旋喷体筒体端面再次成孔时，采用止水环止水，防止在钻孔时出现涌水。
隧道盾构完成后，隧道周边旋喷体7保留部分护壁只起临时稳定作用，需要进行永久性洞壁支护。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.旋喷封水防坍塌隧道盾构方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、在隧道盾构以前，在隧道开挖面上按设计间距钻高压旋喷引孔(6)，引孔长度为一次盾构开挖长度；
b、在引孔中采用高压旋喷的方法，形成水泥浆与土体混合物旋喷体(7)，周边的引孔全长度旋喷，中部引孔只在端头部分旋喷；
c、旋喷体凝固以后，在开挖面前方形成封闭的与开挖面积相同的旋喷体(7)筒体；
d、盾构机开挖旋喷体(7)筒体以及内部土体；
e、在盾构机开挖旋喷体(7)筒体及内部土体的同时，设置在盾构机前部盾构机旋转体(2)上的高压水泥浆喷头(3)进行旋转喷射水泥浆，高压水泥浆射流(5)搅拌洞壁土体，形成设计厚度的旋喷体(7)组成的隧道旋喷护壁(4)；
f、当盾构机开挖至旋喷体(7)筒体内端面时，停止盾构开挖，在旋喷体(7)筒体内端面钻高压旋喷引孔(6)，重复步骤a至步骤e，进行下一次开挖长度的盾构开挖。
2.根据权利要求1中所诉的高压旋喷引孔(6)，其特征在于，引孔(6)间距由形成的旋喷体(7)互相有搭接确定，搭接长度可根据地下水压力计算确定。
3.根据权利要求2中所诉的高压旋喷体(7)，其特征在于，形成旋喷体(7)所用的水泥浆添加速凝剂。
4.根据权利要求1中所诉的在旋喷体(7)筒体内端面钻高压旋喷引孔(6)，其特征在于，在钻高压旋喷引孔(6)时采用钻具与旋喷一体化钻杆，在旋喷体(7)筒体端面采用止水环止水。
5.根据权利要求1中所诉的旋喷体(7)，其特征在于，旋喷体(7)半径依赖于高压水泥浆的压力，调整高压水泥浆压力可达到设计要求的旋喷体(7)厚度。
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