CN109812272B - 盾构管廊的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构管廊的施工方法，涉及管廊的施工领域，其技术方案要点是，在盾构机开挖至硬岩段时，在硬岩段的岩石表面进行布孔，并进行钻孔施工，硬岩段布置的孔需要形成横向与竖向贯穿连通的交叉网管；对硬岩段横向的孔洞进行密封堵塞，并竖向的孔洞上方注入液态水；利用制冷设备对硬岩段的交叉网管进行冷却，使液态水冷却结冰，硬岩段的岩石因液态水结冰膨胀而分裂。技术效果是，通过采用结冰爆破技术进行处理，能有效的将岩石分裂，并利用液压分裂机进一步处理，大大缩短了施工工期，同时解决了在该类地层中盾构掘进效率低下、刀具磨损严重及换刀困难等难题。

Description

盾构管廊的施工方法

技术领域

本发明涉及管廊的施工领域，特别涉及一种盾构管廊的施工方法。

背景技术

目前综合管廊的施工方法有以下几种。

一、明挖现浇法：利用支护结构支挡条件下，在地表进行地下基坑开挖，在基坑内施工做内部结构的施工方法。其具有工艺简单、施工方便、工程造价低的特点，但雨天、北方地区冬季无法施工；施工作业时间长：土方大。适用于城市新建区的管网建设。

二、明挖预制拼装法：是一种较为先进的施工方法，要求有较大规模的预制厂和大吨位的运输及起吊设备，施工技术要求、工程造价较高。特点是施工速度快，施工质量易于控制。

现浇法与预制拼装法施工造价大致相当

三、浅埋暗挖法：是在距离地表较近的地下进行各类地下洞室暗挖的一种施工方法。埋层浅，地层岩性差，存在地下水，环境复杂等地区适合此法。在明挖法和盾构法不适应的条件下，浅埋暗挖法显示了巨大的优越性。它具有灵活多变，对道路、地下管线和路面环境影响性小，拆迁占地少，不扰民的特点，适用于己建区的改造；

四、顶管法：当管廊穿越铁路、道路、河流或建筑物等各种障碍物时，采用的一种暗挖式施工方法。在施工时，通过传力顶铁和导向轨道，用支撑于基坑后座上的液压千斤顶将管线压入土层中，同时挖除并运走管正面的泥土。适用于软土或富水软土层。无需明挖土方，对地面影响小；设备少、工序简单、工期短、造价低、速度快；适用于中型管道施工，但管线变向能力差，纠偏困难：

五、盾构法：使用盾构在地中推进，通过盾构外壳和管片支撑四周围岩，防止发生隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用刀盘进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠推进油缸在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。

该法具有全过程实现自动化作业，施工劳动强度低，不影响地面交通与设施；施工中不受气候条件影响，不产生噪音和扰动；在软土中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性。

盾构机对于软土及岩石单轴抗压强度小于80MPa的硬岩地层施工是完全适应的，但是对于长度超过100m、岩石单轴抗压强度超过100MPa的地层，用盾构法施工，盾构机在硬岩层段掘进时的刀具磨损及意外破坏，设备费昂贵，对该类型的施工区的工程不太经济。

发明内容

本发明的目的是提供一种盾构管廊的施工方法，其具有步骤简单、设计合理、使用效果好，能有效解决盾构掘进中所遇硬岩段时处理难题的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种盾构管廊的施工方法，包括以下操作步骤：

S1，首先在盾构开挖前对掘进范围内的不良地质段进行勘测，确定软土段和硬岩段的具体区域；

S2，根据确定的硬岩段区域，选取软土段开挖并进行必要的围护结构，形成始发井和接受井；在不具有软土段时，通过竖井利用钻爆法开挖硬岩地层并进行必要的围护结构，形成始发井和接受井；

S3，将盾构机吊装至始发井内，利用盾构机对软土部分进行开挖掘进，完成管节安装及路面回填；

S4，盾构机开挖至硬岩段时，在硬岩段的岩石表面进行布孔，并进行钻孔施工，硬岩段布置的孔需要形成横向与竖向贯穿连通的交叉网管；

S5，对硬岩段横向的孔洞进行密封堵塞，并竖向的孔洞上方注入液态水；

S6，利用制冷设备对硬岩段的交叉网管进行冷却，使液态水冷却结冰，硬岩段的岩石因液态水结冰膨胀而分裂；

S7，将密封堵塞的行业横向孔洞打开，利用液压分裂机进一步将岩石分裂；

S8，凿除并进行清理，把底部石磕清除干净，在凿除清理过程中建立支护结构；

S9，清理完成后，利用盾构机掘进，完成管节安装及路面回填；

S10，盾构机掘进至接受井，再始发，循环施工，完成S3～S9步骤。

通过采用上述技术方案，步骤S5和S6中，采用结冰爆破技术进行处理，能有效的将岩石分裂，并利用液压分裂机进一步处理，大大缩短了施工工期，同时解决了在该类地层中盾构掘进效率低下、刀具磨损严重及换刀困难等难题。同时，通过对该地段采取结冰预裂爆破方式，极大地节约了盾构施工成本，也解决了被迫增加设计变更的问题。与此同时，掘进效率的大幅提高使单位时间内生产产值提高，经济效益良好。

进一步设置：在步骤S6中的制冷设备采用干冰制冷或液氮制冷，制冷的温度达到零下100℃～零下200℃。

通过采用上述技术方案，液态水的结冰温度低于零下100摄氏度即可，利用干冰制冷或液氮制冷均可，干冰制冷的经济效益更好。

进一步设置：所述液态水中在制冷前添加制冷剂，制冷剂可以是R410a、R134a、R407C、R2、R22、R12的其中一种或任意多种的组合。

通过采用上述技术方案，添加制冷剂后，可使得液态水内具有制冷介质，更好的使得液态水快速的冷却结冰。

进一步设置：所述始发井和接受井的围护结构采用φ1000@1200mm钻孔灌注桩，其桩长19m，和φ800@500mm高压旋喷止水桩，其桩长14m；

围护桩顶设1100mm×900mm混凝土圈梁、3道800mm×800mm钢筋混凝土支撑梁。

通过采用上述技术方案，该种围护结构的施工不扰动邻近土体，不会产生邻近地面沉降、房屋倾斜、道路裂损及地下设施移位等危害。

进一步设置：所述始发井的盾构机在掘进前包括推进准备步骤：在始发井基坑尾部设宽11.2m、高6m、厚1m钢筋混凝土反力墙；盾构推进方向采用中φ800@500mm高压旋喷桩临时封堵基坑，基坑前端11.7m长范围采用二级放坡，坡面挂φ8@200mm×200mm网片、8cm厚C20喷射混凝土支护，基坑前端两侧设9根围护桩，每3根一组，桩长依次减短2.5m。

通过采用上述技术方案，方便盾构机始发。

进一步设置：在所述盾构机在硬岩段的推进速度控制在15～40mm/min之间，软土段的推进速度可达到60～85mm/min，盾构机的下部油缸压力略大于上部油缸压力。

通过采用上述技术方案，避免硬岩段的开挖时，岩石侵入盾构刀盘轮廓，也避免速度过快后，影响盾构机前体下部与导台的结合情况。

进一步设置：在步骤S3和S9中的管节安装为管片拼装，管片每安装一片，先人工初步紧固连接螺栓；安装完一环后，用电动扳手对所有管片螺栓进行紧固；管片出盾尾后，重新用扳手人工进行紧固。

通过采用上述技术方案，利用人工初步紧固，再利用电动扳手进行结构加强，对每个管片独立固定，完成整个管节的安装。

进一步设置：在步骤S3和S9中的管节安装中还包括补充注浆及堵水注浆步骤。

通过采用上述技术方案，管片相互独立固定，相互之间具有间隙，利用补充注浆及堵水注浆步骤填充间隙，达到一定的密实度，确保管片的下半部就有足够的支撑力。

进一步设置：在步骤S3和S9和中的路面回填采用S8得到的砂、碎石或粒径适中的碎石土进行回填。

通过采用上述技术方案，占地面积小，开挖方量少且渣土外运少，无废弃工程量。相同条件下，相比传统1：1放坡开挖，每延米可减少开挖量约40%，减少渣土外运和回填工程量80%，减少长距离渣土运输次数80%。

进一步设置：在步骤S5中对孔洞密封堵塞的动作，包括如下步骤：

S51，对钻孔后的孔洞进行清扫，保证孔洞密封处无碎石残留；

S52，将堵塞用石子和水泥在地面进行干拌均匀；

S53，人工将拌好的水泥石子装填入清扫好的孔洞内，并保证填塞长度不小于孔深的2/3，于孔洞内注入少量水，装入的水泥石子会遇水膨胀固结对其密封。

通过采用上述技术方案，利用水泥石子对孔洞的口部进行密封，水泥石子遇水形成具有一定黏性的黏稠状胶黏材料，密封孔洞后，具有一定的抗压和粘结强度，孔洞内注水后仍可以正常封堵。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1）采用采用结冰爆破技术进行处理，能有效的将岩石分裂，并利用液压分裂机进一步处理，分裂过程无振动、无冲击、无噪音、无粉尘，绿色环保污染少。

2）安全、质量更可靠、施工经济高效。将基坑作业长度控制在10～15m，24h内即可回填，缩短了基坑暴露时间，降低了基坑临边作业的安全风险；路面回填和分层压实质量高，采用预制构件可缩短工期，质量可控且节省材料。

4）围挡范围小、时间短。每推进完成一循环，即可回填土方、恢复路面，可减小围挡施工范围和缩短施工时间，对周边环境和交通影响小。

5）机械化、自动化。设备采用液压驱动，实现自动控制，噪音、振动小，现场施工人员少，可减少人员约50%。

具体实施方式

以下对本发明作进一步详细说明。

第一种优选实施方式：

一种盾构管廊的施工方法，包括以下操作步骤：

S1，首先在盾构开挖前对掘进范围内的不良地质段进行勘测，确定软土段和硬岩段的具体区域。

S2，根据确定的硬岩段区域，选取软土段开挖始发井和接受井，并进行必要的围护结构；在不具有软土段时，通过竖井利用钻爆法开挖硬岩地层并进行必要的围护结构，形成始发井和接受井。

始发井和接受井的围护结构采用φ1000@1200mm钻孔灌注桩，其桩长19m，和φ800@500mm高压旋喷止水桩，其桩长14m；围护桩顶设1100mm×900mm混凝土圈梁、3道800mm×800mm钢筋混凝土支撑梁。

在该步骤中，始发井的盾构机在掘进前包括推进准备步骤：在始发井基坑尾部设宽11.2m、高6m、厚1m钢筋混凝土反力墙；盾构推进方向采用中φ800@500mm高压旋喷桩临时封堵基坑，基坑前端11.7m长范围采用二级放坡，坡面挂φ8@200mm×200mm网片、8cm厚C20喷射混凝土支护，基坑前端两侧设9根围护桩，每3根一组，桩长依次减短2.5m。

S3，将盾构机吊装至始发井内，利用盾构机对软土部分进行开挖掘进，完成管节安装及路面回填；在盾构机在软土段的推进速度可达到60～85mm/min，盾构机的下部油缸压力略大于上部油缸压力。

在该步骤中的管节安装为管片拼装，管片每安装一片，先人工初步紧固连接螺栓；安装完一环后，用电动扳手对所有管片螺栓进行紧固；管片出盾尾后，重新用扳手人工进行紧固。固定后，利用补充注浆及堵水注浆管片之间的间隙。

S4，盾构机开挖至硬岩段时，在硬岩段的岩石表面进行布孔，硬岩段朝向始发井一侧的面为自由面，利用打孔设置在该方向上布置多个横向的孔洞，并利用钻孔设备，在竖向的顶面，布置与同一竖直面上的多个横向孔洞贯穿的竖向孔洞，硬岩段布置的横向孔洞与竖向孔洞形成交叉网管。

S5，对硬岩段横向的孔洞进行密封堵塞，包括如下步骤：

S51，对钻孔后的孔洞进行清扫，保证孔洞密封处无碎石残留；

S52，将堵塞用石子和水泥在地面进行干拌均匀；

S53，人工将拌好的水泥石子装填入清扫好的孔洞内，并保证填塞长度不小于孔深的2/3，于孔洞内注入少量水，装入的水泥石子会遇水膨胀固结对其密封。

横向的孔洞密封堵塞后，在竖向的孔洞上方注入液态水。

S6，利用制冷设备对硬岩段的交叉网管进行冷却，使液态水冷却结冰，硬岩段的岩石因液态水结冰膨胀而分裂；制冷设备采用干冰制冷或液氮制冷，制冷的温度达到零下100℃～零下200℃。

另外，液态水中在制冷前添加制冷剂，制冷剂可以是R410a、R134a、R407C、R2、R22、R12的其中一种或任意多种的组合，本实施方式中，仅需要一种R22即可。

S7，将密封堵塞的行业横向孔洞打开，利用液压分裂机进一步将岩石分裂，液压分裂机可进一步将岩石分裂，完成剩余的分裂工作。

S8，凿除并进行清理，把底部石磕清除干净，在凿除清理过程中建立支护结构；得到的砂、碎石或粒径适中的碎石土进行回填。

S9，清理完成后，利用盾构机掘进，盾构机在硬岩段的推进速度控制在15～40mm/min之间，盾构机的下部油缸压力略大于上部油缸压力，完成管节安装及路面回填，管节安装与步骤S3中相同；

S10，盾构机掘进至接受井，再始发，循环施工，完成S3～S9步骤。

上述的实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种盾构管廊的施工方法，其特征在于：包括以下操作步骤：

S1，首先在盾构开挖前对掘进范围内的不良地质段进行勘测，确定软土段和硬岩段的具体区域；

S2，根据确定的硬岩段区域，选取软土段开挖并进行必要的围护结构，形成始发井和接受井；在不具有软土段时，通过竖井利用钻爆法开挖硬岩地层并进行必要的围护结构，形成始发井和接受井；

S3，将盾构机吊装至始发井内，利用盾构机对软土部分进行开挖掘进，完成管节安装及路面回填；

S4，盾构机开挖至硬岩段时，在硬岩段的岩石表面进行布孔，并进行钻孔施工，硬岩段布置的孔需要形成横向与竖向贯穿连通的交叉网管；

S5，对硬岩段横向的孔洞进行密封堵塞，并在竖向的孔洞上方注入液态水；

S6，利用制冷设备对硬岩段的交叉网管进行冷却，使液态水冷却结冰，硬岩段的岩石因液态水结冰膨胀而分裂；

S7，将被密封堵塞的横向孔洞打开，利用液压分裂机进一步将岩石分裂；

S8，凿除并进行清理，把底部石磕清除干净，在凿除清理过程中建立支护结构；

S9，清理完成后，利用盾构机掘进，完成管节安装及路面回填；

S10，盾构机掘进至接受井，再始发，循环施工，完成S3～S9步骤。

2.根据权利要求1所述的盾构管廊的施工方法，其特征在于：在步骤S6中的制冷设备采用干冰制冷或液氮制冷，制冷的温度达到零下100℃～零下200℃。

3.根据权利要求1所述的盾构管廊的施工方法，其特征在于：所述液态水中在制冷前添加制冷剂，制冷剂为R410a、R134a、R407C、R2、R22、R12中的一种或其中任意多种的组合。

4.根据权利要求1所述的盾构管廊的施工方法，其特征在于：所述始发井和接受井的围护结构采用φ1000@1200mm钻孔灌注桩，其桩长19m，和φ800@500mm高压旋喷止水桩，其桩长14m；

围护桩顶设1100mm×900mm混凝土圈梁、3道800mm×800mm钢筋混凝土支撑梁。

5.根据权利要求4所述的盾构管廊的施工方法，其特征在于：所述始发井的盾构机在掘进前包括推进准备步骤：在始发井基坑尾部设宽11.2m、高6m、厚1m钢筋混凝土反力墙；盾构机推进方向采用φ800@500mm高压旋喷桩临时封堵基坑，基坑前端11.7m长范围采用二级放坡，坡面挂φ8@200mm×200mm网片、8cm厚C20喷射混凝土支护，基坑前端两侧设9根围护桩，每3根一组，桩长依次减短2.5m。

6.根据权利要求1所述的盾构管廊的施工方法，其特征在于：所述盾构机在硬岩段的推进速度控制在15～40mm/min之间，软土段的推进速度可达到60～85mm/min，盾构机的下部油缸压力略大于上部油缸压力。

7.根据权利要求1所述的盾构管廊的施工方法，其特征在于：在步骤S3和S9中的管节安装为管片拼装，管片每安装一片，先人工初步紧固连接螺栓；安装完一环后，用电动扳手对所有管片螺栓进行紧固；管片出盾尾后，重新用扳手人工进行紧固。

8.根据权利要求7所述的盾构管廊的施工方法，其特征在于：在步骤S3和S9中的管节安装中还包括补充注浆及堵水注浆步骤。

9.根据权利要求1所述的盾构管廊的施工方法，其特征在于：在步骤S3和S9中的路面回填采用S8得到的砂、碎石或粒径适中的碎石土。

10.根据权利要求1所述的盾构管廊的施工方法，其特征在于：在步骤S5中对孔洞密封堵塞的动作，包括如下步骤：

S51，对钻孔后的孔洞进行清扫，保证孔洞密封处无碎石残留；

S52，将堵塞用石子和水泥在地面进行干拌均匀；

S53，人工将拌好的水泥石子装填入清扫好的孔洞内，并保证填塞长度不小于孔深的2/3，于孔洞内注入少量水，装入的水泥石子会遇水膨胀固结对其密封。