CN107642364A - 敏感建筑物下富水岩层全断面压浆盾构施工方法 - Google Patents

Abstract

敏感建筑物下富水岩层全断面压浆盾构施工方法，包括加强盾构密封、盾构外周填充膨润土、管片壁后补充注浆、以气换渣、以浆换气、全断面压浆、检验压浆效果、盾构掘进的施工步骤，通过该方法能够有效全面封堵基岩裂隙通道，减少地下水流失，改善掘进环境，利于螺旋机出土，使盾构快速掘进，并能有效控制地表建筑(构)物沉降。

Description

敏感建筑物下富水岩层全断面压浆盾构施工方法

技术领域

本发明涉及到盾构隧道施工领域，尤其涉及到敏感建筑物下富水岩层全断面压浆盾构施工方法。

背景技术

盾构法具有自动化程度高、安全系数高和施工速度快等优点，被广泛应用于城市地铁隧道施工。盾构法中常用的盾构机主要包括泥水加压平衡盾构机和土压平衡盾构机。泥水加压平衡盾构机通过泥水加压，平衡开挖面外部压力，依靠泥浆泵将泥浆泵送到地面并分离净化，因而适用于含水砂层、粘土层和地下水位较高的软弱地层，而不适用于不易破碎的围岩地层。土压平衡盾构机通过刀盘切削岩土体，依靠土仓内的渣土来平衡开挖面水土压力，通过螺旋输送机向外排土，对地层适应性强，同时也适用于岩石地层的隧道开挖工程。

土压平衡盾构在富水岩层中施工的过程中，以控制盾构掘进参数为主，加强渣土改良，适时排水掘进，同时结合同步注浆和辅助的注浆加固止水措施，一般能保证地层稳定，控制地表沉降。但如果在富水岩层中，基岩裂隙水与覆盖层孔隙潜水具有一定的连通性时，裂隙通道多，来水量大，采用深孔注浆止水或排水掘进，都容易造成土仓内含水量过高，土压难以控制，导致螺旋机喷涌，盾构无法正常掘进，地下水流失，从而影响地表建(构)筑物安全，难以达到预期质量要求和进度目标。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了敏感建筑物下富水岩层全断面压浆盾构施工方法，能够有效全面封堵基岩裂隙通道，减少地下水流失，改善掘进环境，利于螺旋机出土，使盾构快速掘进，并能有效控制地表建筑(构)物沉降。

为了实现本发明的目的，所采用的技术方案为：提供一种敏感建筑物下富水岩层全断面压浆盾构施工方法，其步骤如下：

(1)加强盾构密封：往盾尾密封、铰接密封和刀盘内外周密封中注入油脂，保证其密封性；

(2)盾构外周填充膨润土：通过盾体上的盾体隔板注入孔往盾体外周与围岩体之间的空隙中注入膨润土浆液和水玻璃，使盾体外周压力略大于土仓压力；

(3)管片壁后补充注浆：通过管片注浆孔对壁后间隙进行二次补充注双液浆，在注浆的过程中同时通过另外的管片注浆孔进行排水，排水量小于注浆量，直至盾尾后十环以内管片与围岩体之间的空隙填充密实，隔断管片后方来水通道；

(4)以气换渣：以气换渣以恒压原则进行，将土仓内的渣土通过螺旋机排至土仓总容积三分之一处，在排出渣土的同时，向土仓内注入压缩空气，在土仓内形成气室，使土仓压力P1在排渣土过程中保持不变，土仓压力P1大于地下水头压力；

(5)以浆换气：从土仓隔板底部注入孔向土仓内注入压浆浆液，在注入压浆浆液的同时，利用土仓隔板顶部注入孔缓慢排气，使土仓压力P1保持不变，直至土仓隔板顶部注入孔排出压浆浆液后，停止注入双液浆，利用土仓隔板顶部注入孔连接注浆管；

(6)全断面压浆：利用土仓隔板顶部和底部注入孔同时注入压浆浆液，土仓填满浆液后，继续注入压浆浆液，使土仓压力维持在P1以上，将浆液压入岩层裂隙通道，利用浆液阻挡和减小涌水通道，减小掌子面来水量；

(7)检验压浆效果：当注浆压力达到3～5倍P1后，停止注浆，观察土仓压力变化，若土仓压力能长时间稳定在P1以上，则等待裂隙通道内的浆液凝固；若土仓压力下降较快，无法长时间维持在P1以上，则调低注浆流量继续注浆，直至停止注浆后土仓压力能长时间稳定在P1以上；

(8)盾构掘进：静置至裂隙通道内的浆液凝固后，盾构开始向前掘进，盾构掘进参数按照常规硬岩掘进参数设定。

作为本发明的进一步改进，在盾构掘进过程中，若渣土变稀，掌子面来水增大时，则全断面压浆止水效果减弱，需继续循环步骤(1)至(8)。

作为本发明的进一步改进，步骤(6)中，保证压浆浆液的衔接供应，保证注浆的连贯性。

作为本发明的进一步改进，步骤(2)中膨润土浆液和水玻璃的质量百分比分别为92％和8％，膨润土浆液中膨润土和水的质量比为1：1.2。

作为本发明的进一步改进，所述压浆浆液包括压浆材料和水玻璃，压浆材料和水玻璃的质量百分比分别为80～85％和15～20％。

作为本发明的进一步改进，所述压浆材料由钠基膨润土、粉煤灰、水泥和水混合而成。

作为本发明的进一步改进，所述压浆材料中，钠基膨润土、粉煤灰、水泥和水的质量比为30：13：8：65～70。

本发明的有益效果为：

一、效果显著。本发明全断面压浆盾构施工方法适用于裂隙发育度高，地下水丰富的富水岩层，可有效全面封堵基岩裂隙通道，减少地下水流失，改善掘进环境，利于螺旋机出土，使盾构快速掘进，并能有效控制地表建筑(构)物沉降，保证地表敏感建筑(构)物的安全。

二、高效。使用本发明所述方法施工，有效减少掌子面来水，防止了螺旋机喷涌情况的发生，减少了隧道内掉渣清理的劳动成本，实现了平稳掘进，为隧道施工节约了大量工期。

三、保障施工质量。本发明中所述的方法，充分发挥了压浆浆液填充裂隙通道的止水作用，减少了地下水流失，有效的控制地表沉降，并减小了施工过程中对地表构筑物和地下管线的影响。此外，改善的掘进环境有利于保证开挖断面和盾构线形的控制，从多方面提高了富水岩层中盾构掘进的施工质量。

四、经济。无需对现有盾构机进行改造，步骤中“以气换渣”和“以浆换气”的工艺既达到了理想工艺效果，可为工程节约了大量的材料成本，同时也节约了大量劳动成本和工期成本。

附图说明

图1为本发明中各注入孔位置示意图；

标记说明：1-盾体隔板注入孔、2‐管片注浆孔、3‐土仓隔板底部注入孔、4‐土仓隔板顶部注入孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步说明。

广东省佛山市南海区某城际轨道项目，项目中某段盾构隧道埋深47.5米，承受的水头高度为35～39m，隧道洞身地层为第三系含砾砂岩，岩体节理裂隙发育，掌子面裂隙水较大，隧道洞身段的基岩裂隙水与第四系覆盖层孔隙潜水具有一定的连通性。该段隧道地表为某纺织城，部分建筑物对地下水流失较敏感，盾构通过前已产生了一定的沉降与开裂。针对上述情况，采用本发明所述敏感建筑物下富水岩层全断面压浆盾构施工方法进行施工。

各注入孔位置如图1所示。

施工方法步骤如下：

(1)加强盾构密封：在压浆前，往盾尾密封、铰接密封和刀盘内外周密封中注入油脂，保证其密封性，防止浆液侵入密封内，损坏盾构设备，尤其是刀盘内外周密封。在压浆与掘进过程中，也应加强油脂的注入，保证盾构密封效果。

(2)盾构外周填充膨润土：由于刀盘开挖直径略大于盾体外径，围岩体和盾体形成一定的空隙，为防止注入浆液包裹盾体，以及管片壁后注浆浆液回流包裹盾体，在压浆前，通过盾体上的盾体隔板注入孔1往盾体外周与围岩体之间的空隙中注入膨润土浆液和水玻璃，使盾体外周压力略大于土仓压力。

(3)管片壁后补充注浆：通过管片注浆孔2对壁后间隙进行二次补充注双液浆，在注浆的过程中同时通过另外的管片注浆孔2进行排水，排水量小于注浆量，直至盾尾后十环管片与围岩体之间的空隙填充密实，隔断管片后方来水通道。

(4)以气换渣：以气换渣以恒压原则进行，将土仓内的渣土通过螺旋机排至土仓总容积三分之一处，在排出渣土的同时，向土仓内注入压缩空气，在土仓内形成气室，使土仓压力P1在排渣土过程中保持不变，土仓压力P1大于地下水头压力，将涌水通道内的水压回，暂时阻挡来水，防止在排出渣土的同时裂隙水进入土仓中。本实施例中，土仓压力P1为4.5bar。

(5)以浆换气：从土仓隔板底部注入孔3向土仓内注入压浆浆液，在注入压浆浆液的同时，利用土仓隔板顶部注入孔4缓慢排气，使土仓压力保持不变，维持在4.5bar，直至土仓隔板顶部注入孔4排出压浆浆液后停止注入浆液和水玻璃，停止注入压浆浆液，利用土仓隔板顶部注入孔连接注浆管。

(6)全断面压浆：利用土仓隔板底部注入孔3和土仓隔板顶部注入孔4同时注入压浆浆液，土仓填满浆液后，继续注入压浆浆液，使土仓压力维持在4.5bar以上，将浆液压入岩层裂隙通道，利用浆液阻挡和减小涌水通道，减小掌子面来水量；步骤5中先注入的压浆浆液是从土仓隔板底部注入孔3注入，浆液从下往上填充土仓，填充至顶部注入孔时，土仓只剩余上部的空间未注满，为了更好的填充和加压注入，故需土仓隔板顶部注入孔4注入。

(7)检验压浆效果：当注浆压力达到3～5倍P1后，停止注浆，观察土仓压力变化。本实施例中，当注浆压力达到4倍P1后，即注浆压力达到1.8MPa后，停止注浆。若土仓压力能长时间稳定在4.5bar以上，则等待裂隙通道内的浆液凝固；若土仓压力下降较快，无法长时间维持在4.5bar以上，则调低注浆流量继续注浆，直至停止注浆后土仓压力能长时间稳定在4.5bar以上；

(8)盾构掘进：静置至裂隙通道内的浆液凝固后，本实施例中，静置12小时后，盾构开始向前掘进，盾构掘进参数按照常规硬岩掘进参数设定。

在盾构掘进过程中，若渣土变稀，掌子面来水增大时，则全断面压浆止水效果减弱，需继续循环步骤(1)至(8)，使“压浆”和“掘进”交替作业。

步骤(6)中，需保证压浆浆液的衔接供应，保证注浆的连贯性。若注浆停止时间过长，先进入裂隙通道的部分浆液会被裂隙水冲刷，影响填仓注浆效果。

步骤(2)中，膨润土浆液和水玻璃的质量百分比分别为92％和8％，膨润土浆液中膨润土和水的质量比为1：1.2。

上述压浆浆液包括压浆材料和水玻璃，压浆材料和水玻璃的质量百分比分别为80～85％和15～20％。

上述压浆材料由钠基膨润土、粉煤灰、水泥和水混合而成，钠基膨润土、粉煤灰、水泥和水的质量比为30：13：8：65～70。该压浆材料既能填充掌子面裂隙，又能改良渣土，利于螺旋机出土，还不会固结刀盘，包裹盾体，具有优良的效果。

通过该施工方法，左、右线盾构均已经安全顺利通过富水段，地表房屋沉降在安全可控范围内。

综上所述，本发明已如说明书及图示内容，经多次使用测试，从使用测试的效果看，可证明本发明能达到其所预期之目的，实用性价值乃毋庸置疑。以上所举实施例仅用来方便举例说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (7)

1.敏感建筑物下富水岩层全断面压浆盾构施工方法，其特征在于步骤如下：

(1)加强盾构密封：往盾尾密封、铰接密封和刀盘内外周密封中注入油脂，保证其密封性；

(2)盾构外周填充膨润土：通过盾体上的盾体隔板注入孔往盾体外周与围岩体之间的空隙中注入膨润土浆液和水玻璃，使盾体外周压力略大于土仓压力；

(3)管片壁后补充注浆：通过管片注浆孔对壁后间隙进行二次补充注双液浆，在注浆的过程中同时通过另外的管片注浆孔进行排水，排水量小于注浆量，直至盾尾后十环以内管片与围岩体之间的空隙填充密实，隔断管片后方来水通道；

(4)以气换渣：以气换渣以恒压原则进行，将土仓内的渣土通过螺旋机排至土仓总容积三分之一处，在排出渣土的同时，向土仓内注入压缩空气，在土仓内形成气室，使土仓压力P1在排渣土过程中保持不变，土仓压力P1大于地下水头压力；

(5)以浆换气：从土仓隔板底部注入孔向土仓内注入压浆浆液，在注入压浆浆液的同时，利用土仓隔板顶部注入孔缓慢排气，使土仓压力P1保持不变，直至土仓隔板顶部注入孔排出压浆浆液后，停止注入双液浆，利用土仓隔板顶部注入孔连接注浆管；

(6)全断面压浆：利用土仓隔板顶部和底部注入孔同时注入压浆浆液，土仓填满浆液后，继续注入压浆浆液，使土仓压力维持在P1以上，将浆液压入岩层裂隙通道，利用浆液阻挡和减小涌水通道，减小掌子面来水量；

(7)检验压浆效果：当注浆压力达到3～5倍P1后，停止注浆，观察土仓压力变化，若土仓压力能长时间稳定在P1以上，则等待裂隙通道内的浆液凝固；若土仓压力下降较快，无法长时间维持在P1以上，则调低注浆流量继续注浆，直至停止注浆后土仓压力能长时间稳定在P1以上；

(8)盾构掘进：静置至裂隙通道内的浆液凝固后，盾构开始向前掘进，盾构掘进参数按照常规硬岩掘进参数设定。

2.根据权利要求1所述的敏感建筑物下富水岩层全断面压浆盾构施工方法，其特征在于：在盾构掘进过程中，若渣土变稀，掌子面来水增大时，则全断面压浆止水效果减弱，需继续循环步骤(1)至(8)。

3.根据权利要求1所述的敏感建筑物下富水岩层全断面压浆盾构施工方法，其特征在于：步骤(6)中，保证压浆浆液的衔接供应，保证注浆的连贯性。

4.根据权利要求1所述的敏感建筑物下富水岩层全断面压浆盾构施工方法，其特征在于：步骤(2)中膨润土浆液和水玻璃的质量百分比分别为92％和8％，膨润土浆液中膨润土和水的质量比为1：1.2。

5.根据权利要求1所述的敏感建筑物下富水岩层全断面压浆盾构施工方法，其特征在于：所述压浆浆液包括压浆材料和水玻璃，压浆材料和水玻璃的质量百分比分别为80～85％和15～20％。

6.根据权利要求5所述的敏感建筑物下富水岩层全断面压浆盾构施工方法，其特征在于：所述压浆材料由钠基膨润土、粉煤灰、水泥和水混合而成。

7.根据权利要求6所述的敏感建筑物下富水岩层全断面压浆盾构施工方法，其特征在于：所述压浆材料中，钠基膨润土、粉煤灰、水泥和水的质量比为30：13：8：65～70。