CN109653753A - 一种盾构急曲线掘进辅助转弯施工方法 - Google Patents

一种盾构急曲线掘进辅助转弯施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种盾构急曲线掘进辅助转弯施工方法，包括如下步骤：当急转弯曲线外侧围岩为破碎围岩时，对破碎围岩进行注浆预加固，待加固完成后再盾构转弯掘进。盾构曲线掘进过程中，向转弯曲线内侧的盾壳外侧注入膏状惰性填充材料，使盾构头部缓慢修正；微型封隔膜袋与管片预留注浆孔连接，开启注浆设备向该装置注浆使其内部微型封隔膜袋膨胀，膨胀后的微型封隔膜袋通过注浆孔压入管片外侧，根据转弯曲线调整各个微型封隔膜袋的体积，使其围成的筒状结构的轴线与转弯轴线平行；同时，向各个微型封隔膜袋之间的间隙进行同步注浆填充。以保证盾构的安全、快速、精确、高效急转弯施工。

Description

一种盾构急曲线掘进辅助转弯施工方法
技术领域
本发明涉及一种盾构曲线施工方法，具体涉及一种盾构急曲线掘进辅助转弯施工方法。
背景技术
盾构法由于对地面扰动小、机械化程度高、隧道成型质量好，近年来在我国软土地区城市隧道修建过程中的应用越来越为广泛。地下空间开发越来越多，导致盾构线路选择困难，在设计和施工时为了绕过建筑物和管线密集区，必须进行曲线施工，在一些特殊条件下需要进行急曲线小半径转弯施工，和盾构隧道直线掘进相比，急曲线施工风险和难度极大。为保证盾构机安全、精确、快速、连续地急转弯，需要在急曲线施工时提供辅助转弯方法，保证盾构施工过程中从刀盘转弯到管片拼装的施工精度，减小盾构超挖和盾构纠偏，保证整个施工过程安全、流畅地进行。
盾构急曲线施工时最难控制的就是转弯精度，转弯角度过大和过小都会导致管片精确拼装困难，转弯曲线外侧刀盘需要地层提供稳定支撑，若围岩较为破碎，则无法提供转弯需要的地层反力，导致转弯困难，使转弯角度过小。而且盾构在急转弯时容易产生操作偏差，使得盾构转弯角度过大，进而产生一定程度的超挖，一方面影响管片的精确拼装，另一方面，盾壳与地层之间超挖的间隙若不能及时填充，会导致外侧地层向内收敛变形较大容易卡死盾构机。传统方法中一般是采用千斤顶的推力对盾构机进行纠偏，由于千斤顶的推力调整量很小，更加加大了隧道轴线控制和纠偏的难度。
此外，盾构机急转弯过后面临管片拼装的难题，管片拼装要按照转弯半径进行铺设，管片难以按照设定的倾斜角度进行安装，而且管片的位置难以进行固定。盾尾同步注浆浆液注入效果受地下水影响较大，向建筑间隙中注入的浆液向地层渗透、流失，使得管片壁后填充效果不佳，管片无法及时定位，影响转弯过程中的拼装精度。为保证盾构急转弯施工质量，需要辅助转弯方法来解决上述存在的问题。
发明内容
针对克服以上现有技术的不足，本发明的目的是提供一种盾构急曲线掘进辅助转弯施工方法，该辅助施工方法能够保障盾构急转弯施工中从盾构刀盘开始转弯到后续管片拼装整个过程的顺利实施，能够快速填充盾壳与地层之间和管片与地层之间的建筑间隙，控制地层变形和地表沉降，保障急转转弯施工精度，利于盾构姿态调整。
为了解决以上问题，本发明技术方案为：
一种盾构急曲线掘进辅助转弯施工方法，包括如下步骤：
盾构曲线掘进过程中，向转弯曲线内侧的盾壳外侧注入膏状惰性填充材料，使盾构头部缓慢修正；
将多个微型封隔膜袋铺设于管片壁后间隙，并与管片预留注浆孔连接，开启注浆设备向微型封隔膜袋注浆，使其膨胀，根据转弯曲线调整各个微型封隔膜袋的体积，使其围成的筒状结构的轴线与转弯轴线平行；同时，向各个微型封隔膜袋之间的间隙进行同步注浆填充。
膏状惰性填充材料不与周围环境反应，还可以快速填充盾构超挖间隙，防止岩块掉落，控制地层变形，润滑保护盾壳，减小摩擦阻力、保障盾构急转弯连续进行。
微型封隔膜袋体积可以自由膨胀，膨胀前可折叠存放于注浆设备管路中，使用时通过注浆量调整各个隔膜袋的膨胀体积，以与转弯角度相适应，进而可固定管片的位置，保证管片拼装精度。向微型封隔膜袋中注浆后再进行充填，可以避免浆液向地层渗透、流失，保证管片壁后填充效果，弥补同步注浆浆液流失导致的前期支护不足的缺陷。
同步注浆与微型封隔膜袋支撑相互配合使用，微型封隔膜袋可快速填充管片壁后间隙，提供早期支撑强度，可快速固定管片位置，同步注浆浆液则可填充微型封隔膜袋未填充的部位，使微型封隔膜袋之间的间隙得以填充，进一步保证了支护强度。
优选的，当盾构急转弯角度超过预设值时，在超挖部分填充膏状惰性填充材料，使盾构头部缓慢修正。在盾构急转弯施工时填充盾构超挖部分，可以使盾构机头部角度缓慢修正，起到控制盾构姿态的作用，避免纠偏过大对地层产生较大扰动。
优选的，所述微型封隔膜袋中所用浆液与同步注浆填充的浆液相同。
优选的，所述微型封隔膜袋的材质为弹性较好的硅胶制成的不透水袋，能够抵抗1MPa的水压或注浆压力而不破裂。
优选的，所述微型封隔膜袋环绕盾构四周设置，相邻两个微型封隔膜袋之间的距离为30～50cm。
优选的，所述膏状惰性填充材料为自主研发的惰性填充材料。具有一定的抗沉陷性和抗冲刷性，不与周围环境反应，在盾构急转弯施工时起填充空隙、润滑盾壳、减小摩擦阻力、保护盾壳的作用。
优选的，当急转弯曲线外侧围岩为破碎围岩时，对破碎围岩进行注浆预加固，待加固完成后再盾构转弯掘进。盾构转弯时，刀盘处受到的地层反力最大，然后向后线性减小，所以对外侧围岩进行加固，使得地层为转弯提供持续稳定的支撑反力，以保证刀盘可以顺利转弯，进而保证盾构转弯的精确度。
本发明的有益效果为：
在盾构急转弯施工时填充盾构超挖部分，可以使盾构机头部角度缓慢修正，起到控制盾构姿态的作用，避免纠偏过大对地层产生较大扰动。同时还可以快速填充盾构超挖间隙，防止岩块掉落，控制地层变形，减小摩擦阻力、保障盾构急转弯连续进行。
微型封隔膜袋体积可以自由膨胀，膨胀前可折叠存放于注浆设备管路中，使用时通过注浆量调整各个隔膜袋的膨胀体积，以与转弯角度相适应，进而可固定管片的位置，保证管片拼装精度。向微型封隔膜袋中注浆后再进行充填，可以避免浆液向地层渗透、流失，保证管片壁后填充效果，弥补同步注浆浆液流失导致的前期支护不足的缺陷。
同步注浆与微型封隔膜袋支撑相互配合使用，微型封隔膜袋可快速填充管片壁后间隙，提供早期支撑强度，可快速固定管片位置，同步注浆浆液则可填充微型封隔膜袋未填充的部位，使微型封隔膜袋之间的间隙得以填充，进一步保证了支护强度。
对外侧围岩进行加固，使得地层为转弯提供持续稳定的支撑反力，以保证刀盘可以顺利转弯，进而保证盾构转弯的精确度。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为传统的盾构转弯示意图；
图2为本发明辅助转弯方法示意图；
图3为盾构转弯时所受地层反力示意图；
图4为本发明微型封隔膜袋布置示意图；
图5为微型封隔膜袋注浆的结构示意图；
图6为注浆设备的结构示意图。
其中，1：超挖间隙；2：同步注浆浆液(硬化前)；3：同步注浆浆液(硬化后)；4：浆液流失；5：浆液渗透；6：管片；7：盾构刀盘；8：转弯前掘进方向；9：转弯后掘进方向；10：盾构转弯铰接环；11：惰性填充材料；12：微型封隔膜袋；13：地层反力；14：注浆设备；15：地层；16：逆止阀；17：外筒；18：内筒；19：注浆管；20：压缩状态下的膜袋；21：密封垫圈。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
图3为盾构转弯时所受到的地层反力示意图，从其中可以看出，只有转弯曲线外侧才受到地层反力，且盾构刀盘的水平径向所受的地层反力最大。从图1和图2可以看出，盾构刀盘7处所受的地层反力13作用最大，往后地层反力13递减。盾构刀盘7的预定轨迹是朝向转弯后掘进方向9，如果盾构刀盘7处所受的地层反力较小时，如转弯外侧围岩为破碎围岩，无法提供足够的地层反力时，盾构刀盘7难以由转弯前掘进方向8顺利转向转弯后掘进方向9，导致转弯角度过小。地层反力作用保障系统通过预注浆加固盾构机急转弯曲线外侧地层，为盾构转弯提供地层反力13，保障盾构机由转弯前掘进方向8顺利转变为转弯后掘进方向9。
盾构转弯铰接系统10连接盾构机中盾和盾尾部分，其作用是根据盾构机前、中盾急转弯的转弯角度来调整盾尾的转弯角度，通过铰接油缸拖拉盾尾，保证盾构机盾尾部分及其后方设备顺利转弯。
惰性填充材料填充系统通过向盾壳外侧注入永不凝固的惰性填充材料11填充间隙1，防止岩块掉落，控制地层变形，润滑保护盾壳，减小摩擦阻力、保障盾构急转弯连续进行。若盾构转弯角度过大，则可通过向转弯曲线内侧的超挖间隙1注入惰性填充材料11进行纠偏。惰性填充材料为双液注入型材料，A液由以下重量百分数的原料组成：膨润土20-30％，无机粉10-15％，保水剂：0.2-0.5％，防冻剂0.5-1.0％，余量为水；B液为强塑剂；A液与B液体积比为1:0.5-0.8。制备方法为将膨润土与水混合均匀，再加入滑石粉与碳酸钙的混合粉末；混合均匀后，依次加入保水剂、防冻剂，混合均匀，制成A液；使用时，将A液与B液按混合，两者快速反应得到盾构急转弯用惰性填充材料。
如图1所示，传统的硬化前的同步注浆浆液2容易发生流失4和向地层渗透5，导致硬化后的同步注浆浆液3难以起到良好的壁后填充作用，所以通过向微型封隔膜袋12进行注浆，使其体积快速膨胀填充盾尾间隙，保证前期填充和管片6的定位快速进行，后续注入同步注浆浆液2，填充微型封隔膜袋12之间的间隙。
如图4所示，微型封隔膜袋12环绕管片6的四周设置，填充于管片6与地层之间，充分起到壁后填充和管片定位的作用。如图5所示，注浆系统包括注浆设备14和微型封隔膜袋12两部分组成。如图6所示，所述注浆设备14由逆止阀15、外筒17、内筒18、密封垫圈21等组成。所述注浆设备1位于管片6内侧，微型封隔膜袋12位于管片6外侧，两者通过注浆管19相连。所述注浆设备1另一头与注浆泵相连，浆液通过注浆泵进入注浆设备1，然后压入膜袋2且浆液单向流动不可逆流，微型封隔膜袋12可根据注浆量自由膨胀直至完全填充壁后建筑间隙。微型封隔膜袋12非工作状态下折叠于注浆设备1中，工作时可通过注浆膨胀而自动伸出注浆设备1，注浆完成后，人工将微型封隔膜袋12封口。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种盾构急曲线掘进辅助转弯施工方法，其特征在于：包括如下步骤：
盾构曲线掘进过程中，向转弯曲线内侧的盾壳外侧注入膏状惰性填充材料，使盾构头部缓慢修正；
将多个微型封隔膜袋铺设于管片壁后间隙，并与管片预留注浆孔连接，开启注浆设备向微型封隔膜袋注浆，使其膨胀，根据转弯曲线调整各个微型封隔膜袋的体积，使其围成的筒状结构的轴线与转弯轴线平行；同时，向各个微型封隔膜袋之间的间隙进行同步注浆填充。
2.根据权利要求1所述的盾构急曲线掘进辅助转弯施工方法，其特征在于：当盾构急转弯角度超过预设值时，在超挖部分填充膏状惰性填充材料，使盾构头部缓慢修正。
3.根据权利要求1所述的盾构急曲线掘进辅助转弯施工方法，其特征在于：所述微型封隔膜袋中所用浆液与同步注浆填充的浆液相同。
4.根据权利要求1所述的盾构急曲线掘进辅助转弯施工方法，其特征在于：所述微型封隔膜袋为硅胶制成的不透水袋。
5.根据权利要求1所述的盾构急曲线掘进辅助转弯施工方法，其特征在于：所述微型封隔膜袋环绕盾构四周设置，相邻两个微型封隔膜袋之间的距离为30～50cm。
6.根据权利要求1所述的盾构急曲线掘进辅助转弯施工方法，其特征在于：所述膏状惰性填充材料为双液注入型材料，A液由以下重量百分数的原料组成：膨润土20-30％，无机粉10-15％，保水剂：0.2-0.5％，防冻剂0.5-1.0％，余量为水；B液为强塑剂；A液与B液体积比为1:0.5-0.8。
7.根据权利要求1所述的盾构急曲线掘进辅助转弯施工方法，其特征在于：当急转弯曲线外侧围岩为破碎围岩时，对破碎围岩进行注浆预加固，待加固完成后再盾构转弯掘进。
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