CN109812271B - 一种盾构过侵限箱涵的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种盾构过侵限箱涵的施工方法。其具体施工方法如下：在盾构通过前，进行侵限箱涵的清理并凿除底板受力钢筋，随后进行素混凝土回填，并在回填素混凝土上方施做钢筋混凝土抗浮压板；盾构经过时，通过控制掘进参数，快速、稳定、连续推过箱涵，盾构穿过箱涵后通过管片吊装孔在成型隧道与箱涵之间注入特殊配方的惰性砂浆作为缓冲层，极大的保证了成型隧道与箱涵之间的受力传递，同时隔断地下水渗流寝室，对隧道的防水抗渗也起到了加强作用。此方法有效解决了箱涵侵入隧道范围的问题，同时保证后期隧道运行安全稳定。

Description

一种盾构过侵限箱涵的施工方法

技术领域

本发明涉及一种盾构过侵限箱涵的施工方法，属于城市轨道交通工程领域。

背景技术

随着我国的基础设施建设进入了白热化阶段，城市轨道交通建设也跟随着基建的浪潮得以持续快速发展，但地下施工情况复杂，地下管线、综合管廊、地铁隧道、地下建筑等多不胜数，地铁下穿既有建筑物工程较多，而国内施工技术在盾构下穿既有线路中处于探索阶段，此类工程存在施工难度大、技术要求高、风险大的问题，一旦出现问题，将会造成极大经济损失和社会影响。因此，对盾构下穿既有管线、建筑物等的技术研究分析和经验交流，保证现有基础设施正常运转，具有极高的经济效益和社会效益。

然而国内常用的盾构下穿既有建筑物的施工常规处理方法主要采取调线避让的方法。对于特殊施工环境下，无法进行调线的项目，通过研究采用对侵限建(构)筑物进行加固、改迁等处理方式，可以有效的解决地下管线、建筑物等侵限的问题。

箱涵是一种洞身以钢筋混凝土箱形管节修建的涵洞，箱涵由一个或多个方形或矩形断面组成，一般由钢筋混凝土或圬工制成，对于管涵，钢筋混凝土箱涵是一个便宜的替代品，所以箱涵在现有道路施工中应用比较多，但是由于箱涵是采用钢筋混凝土浇筑而成，一些废旧的箱涵并没有经过什么特殊处理，一般都是直接停留在原地，如果出现箱涵侵限盾构隧道的情况，也无法对其进行改签，便会给盾构隧道带来很多麻烦，目前并没有一种针对盾构过箱涵侵限的情况进行处理的施工方法。

发明内容

针对现有技术不足的问题，本发明提供了一种盾构过侵限箱涵的施工方法，该方法通过采用对箱涵清理、回填、制作抗浮压板的施工技术，用于解决箱涵侵入隧道范围导致盾构无法掘进的问题，该方法可以确保盾构快速、平稳、连续通过箱涵。

本发明提供的技术方案：所述一种盾构过侵限箱涵的施工方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)箱涵的清理：在箱涵内的淤泥周围施作围堰，其围堰高度高于淤泥堆高，并在围堰施工完成之后，将箱涵内淤泥抽出，并清理箱涵底板深度；

(2)凿除侵入隧道范围内箱涵底板：先通过测量放点确定侵入盾构隧道区域内的箱涵底板范围，随后凿除侵入范围内的底板钢筋保护层，然后依次对箱涵底板面层钢筋、底部钢筋的进行切割凿除；

(3)施工回填层：在底板钢筋凿除完成后，对凿除区域周围的侧墙进行凿毛，然后在箱涵内回填素混凝土，其回填范围为盾构隧道穿过区域两侧2～3m的范围，且回填高度为盾构隧道区域上方30～50cm；

(4)施做抗压浮板：待回填层的混凝土终凝后，在回填层顶部两侧墙植入钢筋，然后在回填层顶面施做30～50cm厚钢筋混凝土板，形成抗压浮板；

(5)盾构掘进参数控制：待箱涵前处理完成后，盾构机按照常规的盾构的方式盾构掘进，在穿过箱涵侵限区时，对其盾构参数进行控制，盾构机参数控制主要包括土仓压力1.5～1.8bar、总推力600～900t、刀盘扭矩650～950MNm、刀盘转速1.5～1.8r/min、刀盘油压100-150bar、掘进速度10～20mm/min；

(6)施工缓冲砂浆层：在盾构通过后，在盾构隧道管片开孔向管片与箱涵及箱涵填充层之间注入惰性浆液形成缓冲砂浆层，其惰性浆液的粘度为30～38s，比重1.15～1.2g/cm³的惰性浆液。

本发明较优的技术方案：所述施工方法还包括在盾构前针对盾构刀盘改进，其具体是在刀盘边缘增加外周滚刀，在刀盘副辐臂边缘增加对称设置边缘刮刀，在刀盘面板上增加焊接复合耐磨钢板，在每个边缘刮刀外周焊接镶嵌合金耐磨板，并在每个刀盘边缘刮刀周围无耐磨板覆盖的地方加焊耐磨栅格。

本发明较优的技术方案：所述步骤(1)中的围堰采用砖块或沙袋砌筑而成，其高度为1～1.5m高，围堰施工完成后，采用泥浆抽浆车直接将箱涵内淤泥等抽出运走。

本发明较优的技术方案：所述步骤(3)中的素混凝土填充采用分层浇筑，每40～60cm为一层，并在填充过程中进行混凝土检测及振捣。

本发明较优的技术方案：所述步骤(6)中施工缓冲砂浆层的惰性浆液具体配方如下：

本发明较优的技术方案：所述外周滚刀设置八把，包括四把偏心滚刀和四把边缘滚刀，设置在外缘刮刀周围的耐磨栅格尺寸为40mm*40mm，网条高度为5mm，宽度为5mm。

本发明设提高盾构保压值、保持土压掘进等措施，控制盾构快速、平稳、连续通过箱涵，通过正确的推进参数和合理的同步注浆量和注浆压力的控制、地面跟踪补偿注浆保证沉降可控。

本发明中的惰性浆液采用特定配比配制而成，其浆液具有优越的流动可塑性，具有良好的粘结力和和易性，有更好的充填效果，能够填充成型隧道与箱涵之间通道和间隙，作为管片与箱涵直接的缓冲层，极大的保证了成型隧道与箱涵之间的受力传递，凝固后不收缩，后期强度稳定，隔水性、耐久性优异，同时隔断地下水渗流寝室，对隧道的防水抗渗也起到了加强作用。

本发明为了保证刀盘的正常使用，针对盾构刀盘和刀具进行了改造和优化，在刀盘面板焊接复合耐磨钢板，外周镶嵌合金耐磨板，在刀盘外周无耐磨板覆盖的地方加焊耐磨栅格，耐磨栅格可以有效的解决边缘刮刀易磨损的问题，保证了盾构掘进过程中刮刀的正常使用；通过在刀盘面板焊接复合耐磨钢板，外周焊接镶嵌合金耐磨板，可以有效的保护外周刮刀和滚刀，防止因磨损严重而导致刀具损坏和掉落；在盾构机刀盘外周增加滚刀在盾构机掘进过程中，滚刀将箱涵内回填的素混凝土挤破，并通过边缘刮刀将碎石送入土仓；在刀盘副辐臂边缘布置边缘刮刀，盾构掘进时，将底部沉积大粒径土渣刮入土仓，可起到保护刀盘免受磨损的作用，在边缘刮刀上增设耐磨块，避免边缘刮刀磨损失效。

本发明针对箱涵进行前处理，使盾构直接穿过箱涵侵入区，并设定特定的盾构参数，控制盾构快速、平稳、连续通过箱涵，再加上盾体外注入的惰性厚浆，有效的隔断了盾构机盾尾后方水土流动，惰性厚浆相比传统水泥砂浆具有流动可塑性强的特点，优越的流动可塑性能更好堵塞土仓与盾尾之间的通道和间隙，同时不易糊在盾体盾壳外影响后期掘进；惰性厚浆相比膨润土、塑料泡沫剂等又具有粘聚性和稳固性，不易让地下水冲刷流失进而影响盾构土仓密闭安全性，确保整个盾构能够正常进行。

附图说明

图1是实施例中箱涵清理示意图；

图2是实施例中刀盘改进示意图；

图3是实施例中箱涵侵入出段线隧道及入段线隧道的示意图；

图4是实施例中施工回填层及抗压浮板的示意图；

图5是实施例中抗压浮板的施工平面图；

图6是实施例中施工砂浆缓冲层的结构示意图。

图中：1—箱涵底板，2—箱涵顶板，3—围堰，4—淤泥，5—吸污管，6—盾构隧道，7—回填层，8—抗压浮板，9—刀盘面板，10—偏心滚刀，11—边缘滚刀，12—边缘刮刀，13—复合耐磨钢板，14—合金耐磨板，15—耐磨栅格，16—出段线隧道，17—入段线隧道，18—砂浆缓冲层，19—管片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例为某地铁车辆段(出入段线)隧道工程盾构于某大道段下穿箱涵，该大道处人流车流繁忙，常有重车行走，地下管线复杂。出段线下穿箱涵段地面上方为道路和上桥匝道，入段线下穿箱涵段地面上方为通行道路，出段线下穿箱涵段地面上方为道路及上桥匝道。盾构机采用铁建重工泥水盾构。箱涵全长80.5m，宽8.4-12.4m，内部净高3.0m，含2洞跨，箱涵排水为从北至南，南侧排入污水渠，箱涵流水量正常，内存在填充淤泥。箱涵所处地层从上至下主要为回填土、中粗砂及粉质粘土，盾构穿越地层主要为中粗砂层。其中涵上部3-4m处于回填土地层，箱涵下部1-2m及以下为中粗砂。箱涵处地下水埋深为地面以下1.5m。

经过现场摸查发现如图3所示，箱涵侵入出段线隧道深度为0.97～1.53m，箱涵侵入入段线深度为0.65～0.121m。箱涵底板厚度为900mm，采用直径22的钢筋双层双向布筋。箱涵基础为30cm厚中粗砂及1m厚碎石，由于箱涵无法移动，再加上该盾构线路无法改变，所以采用本发明中的方法进行盾构施工。

在盾构施工前需对刀盘及刀具优化改造，其具体优化如图2所示，在盾构机刀盘外周增加滚刀8把，其中偏心滚刀4把，边缘滚刀四把，四把边缘滚刀对称设置在刀盘副辐臂边缘，四把偏心滚刀交替设置每两把边缘滚刀之间，且相互对称。盾构机掘进过程中，滚刀将箱涵内回填的素混凝土挤破，并通过边缘刮刀11将碎石送入土仓，边缘刮刀布置在刀盘副辐臂边缘，成对布置。盾构掘进时，将底部沉积大粒径土渣刮入土仓，可起到保护刀盘免受磨损的作用。但边缘刮刀11存在易磨损失效的缺点，故需在边缘刮刀11上增设合金耐磨板14，盾构刀盘侵入箱涵范围为0.352～0.914m，为了保证刀盘的正常使用，需要在刀盘面板9焊接复合耐磨钢板13，在刀盘边缘刮刀11外周无耐磨板覆盖的地方加焊耐磨栅格15，耐磨栅格尺寸为40mm*40mm，网条高度为5mm，宽度为5mm，耐磨栅格15可以有效的解决边缘刮刀易磨损的问题，保证了盾构掘进过程中刮刀的正常使用。

针对箱涵进行前处理，其具体处理过程如下：

(1)箱涵的清理：如图1所示，在箱涵内的淤泥周围利用混凝土加气块施做1m高围堰，阻断污水水流，围堰施工完成后，围堰内存水用水泵抽除，为避免污水流入箱涵影响清理工作，然后采用抽浆车直接将箱涵内淤泥直接抽至车内外运拉走，清理至箱涵底板深度，箱涵底部的硬泥浆，采用高压水枪冲稀后利用抽浆车抽走，底部较硬沉淀采用人工清除；

(2)凿除侵入隧道范围内箱涵底板：先通过测量放点确定侵入盾构隧道区域内的箱涵底板范围，随后凿除侵入范围内的底板钢筋保护层，然后再依次割除面层钢筋、凿除中间部分钢筋、割除底层钢筋；

(3)施工回填层：如图4所示，在底板钢筋凿除完成后，对凿除区域周围的侧墙进行凿毛，然后在箱涵内回填素混凝土，其回填范围为盾构隧道穿过区域两侧2～3m的范围，素混凝土浇筑施工采用分层浇筑，50cm为一层，过程中做好混凝土检测及振捣，且回填高度为盾构隧道区域上方30～50cm；

(4)施做抗压浮板：为了阻止隧道上浮，给盾构推进提供反力，需在回填混凝土上增设一层压板，待回填层的混凝土终凝后，在回填层顶部两侧墙植入钢筋，然后在回填层顶面浇筑混凝土，形成抗压浮板具体如图4和图5所示。

待箱涵前处理完成后，盾构机按照常规的盾构的方式盾构掘进，盾构掘进过程中应根据路面、地表的沉降、地下水位及周围建(构)筑物倾斜观测，选择合理的掘进参数，及时反馈施工。加强掘进过程质量管理，适当提高开挖面压力，防止开挖面坍塌引起过大的地表沉降。在穿过箱涵侵限区时，盾构下穿侵限箱涵过程中为加固体，箱涵处理中原箱涵的箱体结构被破坏，受力发生改变，为保证箱体的整体稳定性，确保上方路面的稳定，推进速度应控制在10mm/min以下，刀盘转速为1.1rpm，刀盘扭矩应小于800kN·m，推力应小于10000kN。并对其盾构参数进行控制，盾构机参数控制主要包括土仓压力1.5～1.8bar、总推力600～900t、刀盘扭矩650～950MNm、刀盘转速1.5～1.8r/min、刀盘油压100-150bar、掘进速度10～20mm/min；

在盾构过程中采用普通水泥砂浆进行同步注浆，注浆管采用

导管，一般水泥浆液的水灰比为0.8:1～1.5:1，注浆压力0.4～3.5MPa，注浆压力逐步提升，地面或周边建筑物入发生隆起等变化时应停止注浆；注浆扩散半径设计为1.2m。

其同步注浆量按照以下公式计算得：

Q＝V·λ＝π·(D²-d²)·L÷4·λ

式中，Q为同步注浆量；V为刀盘开挖空间与管片外周形成的建筑间隙，为砂浆注入百分率(根据规范及类似地层施工经验取150％-200％)，D为刀盘开挖直径，取6.28，d为管片外径，取6.0m，L为每环管片宽度，取1.2m。经计算理论同步注浆量Q为4.86～6.48/环。

并在盾构过程中进行地表跟踪补偿注浆：在盾构掘进施工过程中，做好对雨水箱涵及周边道路、管线的沉降监测，当发现有明显单次沉降或者累计沉降值超过6mm时，即为沉降预警值时，沿箱涵侧墙向箱涵底部和周围压注水泥浆(注浆压力控制值为0.3Mpa)对箱涵周围及底部地层进行补偿注浆，以减少因地层沉降对箱涵的影响。补偿注浆采用WSS双液注浆机，沿箱涵侧墙布设间距为3m，打入箱涵侧墙下5m，管长则由不同位置的埋深计算确定。

由于盾构机通过后，隧道成型管片与箱涵钢筋混凝土结构直接接触，对后期地铁运营及地面沉降极为不利。经研究创新采用特定配比惰性砂浆作为管片与箱涵直接的缓冲层，如图6所示，极大的保证了成型隧道与箱涵之间的受力传递，同时对隧道的防水抗渗起到了加强作用。具体操作为通过管片吊装孔，使用注浆泵向管片外箱涵位置注入特定配比惰性砂浆，注浆压力控制在该处水土压力加0.1～0.3bar。其惰性浆液的粘度为30～38s，比重1.15～1.2g/cm³的惰性浆液，其具体配方如下：

实施例在整个盾构过程中还需进行以下控制：

(1)设立试验段，利用盾构掘进线路上的袖阀管加固体作为试验段，模拟盾构下穿侵限箱涵盾构施工，通过对试验段的掘进参数及地面沉降情况进行统计分析，预测盾构机通过侵限箱涵时可能出现的沉降值，以最优的盾构掘进参数通过箱涵；

(3)掘进过程控制，提高停机保压值，由于侵限箱涵施工过程中周围存在着较多的回填土，盾构穿越过程中极易因泥水仓压力不足导致超方，进而引起地面大面积沉降，故须提高停机保压值，确保掌子面及上方水土稳定，确保盾构机安全快速下穿侵限箱涵。

采用本发明中的方法，其盾构机快速、稳定、连续通过箱涵侵限区，并配合合理的推进速度不仅能保证同步注浆的填充效果，同时推进速度的提高有利于减少因刀盘扰动而造成侵限箱涵周围回填土的塌陷。

对于本领域的工作人员来说，可以根据上述方案进行作出各种变更，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依照本发明的技术方案进行的变更，等同变化或修饰，均应包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种盾构过侵限箱涵的施工方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)箱涵的清理：在箱涵内的淤泥周围施作围堰，其围堰高度高于淤泥堆高，并在围堰施工完成之后，将箱涵内淤泥抽出，并清理箱涵底板深度；

(2)凿除侵入隧道范围内箱涵底板：先通过测量放点确定侵入盾构隧道区域内的箱涵底板范围，随后凿除侵入范围内的底板钢筋保护层，然后依次对箱涵底板面层钢筋、底部钢筋的进行切割凿除；

(3)施工回填层：在底板钢筋凿除完成后，对凿除区域周围的侧墙进行凿毛，然后在箱涵内回填素混凝土，其回填范围为盾构隧道穿过区域两侧2～3m的范围，且回填高度为盾构隧道区域上方30～50cm；

(4)施做抗压浮板：待回填层的混凝土终凝后，在回填层顶部两侧墙植入钢筋，然后在回填层顶面施做30～50cm厚钢筋混凝土板，形成抗压浮板；

(5)盾构掘进参数控制：待箱涵前处理完成后，盾构机按照常规的盾构的方式盾构掘进，在穿过箱涵侵限区时，对其盾构参数进行控制，盾构机参数控制主要包括土仓压力1.5～1.8bar、总推力600～900t、刀盘扭矩650～950MNm、刀盘转速1.5～1.8r/min、刀盘油压100-150bar、掘进速度10～20mm/min；

(6)施工缓冲砂浆层：在盾构通过后，在盾构隧道管片开孔向管片与箱涵及箱涵填充层之间注入惰性浆液形成缓冲砂浆层，其惰性浆液的粘度为30～38s，比重1.15～1.2g/cm³的惰性浆液。

2.根据权利要求1所述一种盾构过侵限箱涵的施工方法，其特征在于：所述施工方法还包括在盾构前针对盾构刀盘改进，其具体是在刀盘边缘增加外周滚刀，在刀盘副辐臂边缘增加对称设置边缘刮刀，在刀盘面板上增加焊接复合耐磨钢板，在每个边缘刮刀外周焊接镶嵌合金耐磨板，并在每个刀盘边缘刮刀周围无耐磨板覆盖的地方加焊耐磨栅格。

3.根据权利要求1所述一种盾构过侵限箱涵的施工方法，其特征在于：所述步骤(1)中的围堰采用砖块或沙袋砌筑而成，其高度为1～1.5m高，围堰施工完成后，采用泥浆抽浆车直接将箱涵内淤泥等抽出运走。

4.根据权利要求1所述一种盾构过侵限箱涵的施工方法，其特征在于：所述步骤(3)中的素混凝土填充采用分层浇筑，每40～60cm为一层，并在填充过程中进行混凝土检测及振捣。

5.根据权利要求1所述一种盾构过侵限箱涵的施工方法，其特征在于：所述步骤(6)中施工缓冲砂浆层的惰性浆液具体配方如下：

6.根据权利要求2所述一种盾构过侵限箱涵的施工方法，其特征在于：所述外周滚刀设置八把，包括四把偏心滚刀和四把边缘滚刀，设置在外缘刮刀周围的耐磨栅格尺寸为40mm*40mm，网条高度为5mm，宽度为5mm。

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