CN107725069B - 适用于顶管法施工的土压平衡建立方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于顶管法施工的土压平衡建立方法，其包括：拌制混合泥浆；顶管机进行混凝土管片的切削，并于切削同时向土仓内注入混合浆液，直至混合浆液充满土仓；顶管机切削混凝土管片的外部土体，使经切削的外部土体进入土仓，并与土仓内的混合泥浆及经切削的混凝土管片相混合，于土仓内形成土压力，直至土压力达到土压平衡值；开启顶管机的螺旋机出土口，采用土压平衡模式进行顶管掘进。本发明以顶管法施工联络通道施工工艺为背景，针对顶管直接切削钢筋混凝土管片后出现的问题及风险，提出一种适用于顶管法施工的土压平衡建立方法，通过掺入膨润土泥浆材料及顶管掘进方法控制，来实现顶管法施工联络通道的土压平衡快速建立。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通设计领域，尤其涉及一种适用于顶管法施工的土压平衡建立方法。
背景技术
城市轨道交通地铁隧道中，上行与下行隧道间通常要设置联络通道，当一条隧道内发生火灾、涌水、倒塌等突发性事件时，乘客可就地下车，经联络通道转移到另一条隧道中，并迅速向地面疏散。常规的联络通道施工方法主要有土体加固暗挖法和顶管法。
顶管法联络通道施工方法，需要采用顶管机对既有圆隧道钢筋混凝土进行直接切削，切削后的混凝土渣屑及钢筋条必须通过顶管机刀盘进入土仓，再由土仓经螺旋机排出；该工序存在以下风险及不足之处：
1.切削下来的混凝土渣屑及钢筋条并不足以填充满顶管土仓，尚未建立土压平衡的状态下直接切削管片外部土体，因外部土体尚未加固，粘土层土体尚呈流塑状态，外部土体极易涌入顶管土仓内，造成开挖面失稳，导致地面沉降及既有隧道管片结构的破坏。
2.切削下来的混凝土渣屑及钢筋条在接触外部水土后，极易固结，在土压力的作用下，易形成泥饼，堵塞刀盘、土仓及螺旋机，造成掘进效率低下，增加了施工风险。
发明内容
鉴于上述现有技术中存在或潜在的不足之处，本发明提供了一种适用于顶管法施工的土压平衡建立方法，能够实现顶管法施工联络通道的土压平衡快速建立。
为实现上述目的，本发明提供了一种适用于顶管法施工的土压平衡建立方法，其包括步骤：
拌制混合泥浆，所述混合泥浆的组分包括絮凝剂、膨润土和水；
顶管机进行混凝土管片的切削，使经切削的混凝土管片进入顶管机的土仓，并于切削同时向所述土仓内注入所述混合浆液，直至所述混合浆液充满所述土仓；
顶管机切削混凝土管片的外部土体，使经切削的外部土体进入所述土仓，并与所述土仓内的混合泥浆及经切削的混凝土管片相混合，于所述土仓内形成土压力，直至所述土压力达到土压平衡值；以及
开启顶管机的螺旋机出土口，采用土压平衡模式进行顶管掘进。
本发明以顶管法施工联络通道施工工艺为背景，针对顶管直接切削钢筋混凝土管片后出现的问题及风险，提出一种适用于顶管法施工的土压平衡建立方法，通过掺入膨润土泥浆材料及顶管掘进方法控制，来实现顶管法施工联络通道的土压平衡快速建立。
较佳地，所述絮凝剂包括第一絮凝剂和第二絮凝剂，所述第一絮凝剂的组分包括聚丙烯酸盐类、纤维素盐类、抗盐抗钙剂、改性土和增效添加剂，所述第二絮凝剂的组分包括原植物纤维和惰性矿物质。
较佳地，所述原植物纤维选自不同颗粒级配的云母、蛭石、果壳、石棉粒、橡胶粉、锯末、石棉颗粒中的一种或多种。
较佳地，所述第一絮凝剂、所述第二絮凝剂、所述膨润土和所述水的浓度比为30±5：30±5：200±20：802±50。
较佳地，所述膨润土为钠基膨润土，膨胀率介于18mL/g～26mL/g。
较佳地，所述混合泥浆的比重介于1.05g/cm3～1.07g/cm3。
较佳地，所述混合泥浆的粘度为滴流，漏斗粘度＞5min。
较佳地，在所述顶管机进行混凝土管片的切削的步骤中，切削的所述混凝土管片的体积与注入所述土仓中的所述混合泥浆的体积的比值为1.5±0.2：5±1。
较佳地，所述土压平衡值为0.1MPa。
较佳地，所述开启顶管机的螺旋机出土口的步骤为：逐步开启顶管机的螺旋机出土口。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中适用于顶管法施工的土压平衡建立方法的流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本发明以顶管法施工联络通道施工工艺为背景，针对顶管直接切削钢筋混凝土管片后主要出现的以下问题及风险：
1.切削下来的混凝土渣屑及钢筋条并不足以填充满顶管土仓，尚未建立土压平衡的状态下直接切削管片外部土体，因外部土体尚未加固，粘土层土体尚呈流塑状态，外部土体极易涌入顶管土仓内，造成开挖面失稳，导致地面沉降及既有隧道管片结构的破坏；
2.切削下来的混凝土渣屑及钢筋条在接触外部水土后，极易固结，在土压力的作用下，易形成泥饼，堵塞刀盘、土仓及螺旋机，造成掘进效率低下，增加了施工风险。
本发明提出一种适用于顶管法施工的土压平衡建立方法，通过掺入膨润土泥浆材料及顶管掘进方法控制，来实现顶管法施工联络通道的土压平衡快速建立。
参阅图1所示，本发明的实施例中提供了一种适用于顶管法施工的土压平衡建立方法，其主要包括步骤：
步骤101：拌制混合泥浆，混合泥浆的组分包括絮凝剂、膨润土和水；
步骤102：顶管机进行混凝土管片的切削，使经切削的混凝土管片进入顶管机的土仓，并于切削同时向土仓内注入所述混合浆液，直至混合浆液充满土仓；
步骤103：顶管机切削混凝土管片的外部土体，使经切削的外部土体进入土仓，并与土仓内的混合泥浆及经切削的混凝土管片相混合，于土仓内形成土压力，直至土压力达到土压平衡值；以及
步骤104：开启顶管机的螺旋机出土口，采用土压平衡模式进行顶管掘进。
较佳地，在步骤102中，在顶管机进行混凝土管片的切削的步骤中，切削的混凝土管片的体积与注入土仓中的所述混合泥浆的体积的比值介于1.5±0.2：5±1，实验表明，在此比例范围下是最经济的注入比例，既能满足混凝土渣屑不凝固，又能满足混合后渣土的和易性，满足施工排土需求。
在步骤103中，土压平衡值为0.1MPa，在既有混凝土支撑又有外部水土进来的情况下，该压力既能保证建立土压平衡，又能保证螺旋机排土不至于喷涌，可达到土压平衡。
在步骤104中，开启顶管机的螺旋机出土口的步骤为：逐步开启顶管机的螺旋机出土口。
本发明采用由絮凝剂、膨润土和水配制的混合泥浆，在顶管机进行混凝土管片的切削的同时，便按一定比例将该混合泥浆注入顶管机的土仓，直至填满土仓，使土仓内充满混合泥浆；之后顶管机切削混凝土管片的外部土体，将经切削的外部土体在土仓中与其中的混合泥浆和经切削的混凝土管片相混合，可避免经切削的混凝土管片直接接触外部土体中的水分后，由于水化反应而形成混凝土固结，堵塞顶管机的刀盘、土仓、螺旋机等的现象发生，从而能够防止切削后的混凝土管片在在土仓内的固结，避免泥饼现象的产生。
以上主要对本发明实施例中的适用于顶管法施工的土压平衡建立方法在顶管机掘进方法控制方面的改进及其对土压平衡建立方法的重大意义，下面，对实施本发明适用于顶管法施工的土压平衡建立方法起到至关重要的作用的“混合浆液”，做进一步详细的说明，以体现本发明通过掺入膨润土泥浆材料，对实现顶管法施工联络通道的土压平衡快速建立的重大意义。
本发明实施例中的混合泥浆的组分包括絮凝剂、膨润土和水。
絮凝剂进一步包括第一絮凝剂HS-1和第二絮凝剂HS-2，而第一絮凝剂HS-1的组分又包括了聚丙烯酸盐类、纤维素盐类、抗盐抗钙剂、改性土和增效添加剂。其中的抗盐抗钙剂是以淀粉为主要原料合成的抗盐抗钙降滤失剂，具有良好的降滤失效果；其中的改性土选用有机季铵盐改性粘土，各向异性优良；其中的增效添加剂选用腐植酸钠，有较强的离子交换、吸附、络合、螯合、絮凝、分散、粘结能力，可以增强泥浆粘聚力和絮凝效果。第二絮凝剂HS-2的组分则包括原植物纤维和惰性矿物质。
本发明实施例中的混合泥浆中的膨润土选用钠基膨润土，200目筛余量＜95％，膨胀率优选为18mL/g～26mL/g。
本发明实施例中的混合泥浆中的水优选为工业用水。
其中，上述混合泥浆中的第一絮凝剂HS-1、第二絮凝剂HS-2、膨润土和水的浓度比(Kg/m3)范围为30±5：30±5：200±20：802±50，优选为30:30:200:802，混合泥浆相对于净水的比重介于1.05g/cm3-1.07g/cm3，优选为1.062g/cm3，粘度为滴流，漏斗粘度>5min。采用上述浓度比范围的混合泥浆有利于达到上述1.05g/cm3-1.07g/cm3的混合泥浆的比重，以及达到滴流粘度(>5min)。
进一步地，上述混合泥浆中的第二絮凝剂HS-2的组分之一：原植物纤维，可选自不同颗粒级配的云母、蛭石、果壳、石棉粒、橡胶粉、锯末、石棉颗粒中的一种或多种。
下面以拌制6m3上述混合泥浆为例，结合混合泥浆的掺入控制与顶管觉得参数控制，对本发明实施例中的适用于顶管法施工的土压平衡建立方法做进一步描述，具体如下施工步骤：
步骤1.施工现场拌制6m3混合泥浆，其配合比及原材料特性如下：
表1混合泥浆的材料配合比(Kg/m3)
| 材料 | HS-1 | HS-2 | 膨润土 | 水 |
| 掺量 | 30 | 30 | 200 | 802 |
表2混合泥浆的材料指标控制
| 比重 | 粘度 | |
| 掺量 | 1.062g/cm<sup>3</sup> | 滴流 |
表3原材料特性及种类
步骤2.顶管机进行混凝土管片的切削，每切削1体积的钢筋混凝土管片，往土仓内注入5.5体积的上述混合泥浆，直至充满土仓，进而切削管片外部土体；
步骤3.外部土体切削进入土仓后，与混合泥浆、钢筋混凝土管片经切削得到的混凝土渣屑及钢筋条混合后，于土仓内逐渐形成土压力，直至土仓内土压力达到0.1MPa后，逐步开启顶管机的螺旋机出土口，采用土压平衡模式进行顶管掘进。
本发明的适用于顶管法施工的土压平衡建立方法相比于现有技术，解决了顶管直接切削钢筋混凝土管片后开挖面稳定的建立的问题，解决了混凝土渣屑在土仓内的固结的问题。
需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种适用于顶管法施工的土压平衡建立方法，其特征在于，包括步骤：
拌制混合泥浆，所述混合泥浆的组分包括絮凝剂、膨润土和水，所述絮凝剂包括第一絮凝剂和第二絮凝剂，所述第一絮凝剂的组分包括聚丙烯酸盐类、纤维素盐类、抗盐抗钙剂、改性土和增效添加剂，所述第二絮凝剂的组分包括原植物纤维和惰性矿物质；
顶管机进行混凝土管片的切削，使经切削的混凝土管片进入顶管机的土仓，并于切削同时向所述土仓内注入所述混合浆液，直至所述混合浆液充满所述土仓；
顶管机切削混凝土管片的外部土体，使经切削的外部土体进入所述土仓，并与所述土仓内的混合泥浆及经切削的混凝土管片相混合，于所述土仓内形成土压力，直至所述土压力达到土压平衡值；以及
开启顶管机的螺旋机出土口，采用土压平衡模式进行顶管掘进。
2.如权利要求1所述的适用于顶管法施工的土压平衡建立方法，其特征在于：所述原植物纤维选自不同颗粒级配的云母、蛭石、果壳、石棉粒、橡胶粉、锯末、石棉颗粒中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的适用于顶管法施工的土压平衡建立方法，其特征在于：所述第一絮凝剂、所述第二絮凝剂、所述膨润土和所述水的浓度比为30±5：30±5：200±20：802±50。
4.如权利要求1～3中任一项所述的适用于顶管法施工的土压平衡建立方法，其特征在于：所述膨润土为钠基膨润土，膨胀率介于18mL/g～26mL/g。
5.如权利要求1～3中任一项所述的适用于顶管法施工的土压平衡建立方法，其特征在于：所述混合泥浆的比重介于1.05g/cm3～1.07g/cm3。
6.如权利要求1～3中任一项所述的适用于顶管法施工的土压平衡建立方法，其特征在于：所述混合泥浆的粘度为滴流，漏斗粘度＞5min。
7.如权利要求1所述的适用于顶管法施工的土压平衡建立方法，其特征在于：在所述顶管机进行混凝土管片的切削的步骤中，切削的所述混凝土管片的体积与注入所述土仓中的所述混合泥浆的体积的比值为1.5±0.2：5±1。
8.如权利要求1所述的适用于顶管法施工的土压平衡建立方法，其特征在于：所述土压平衡值为0.1MPa。
9.如权利要求1所述的适用于顶管法施工的土压平衡建立方法，其特征在于，所述开启顶管机的螺旋机出土口的步骤为：逐步开启顶管机的螺旋机出土口。
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