CN110043272A - 控制盾构机掘进过程中喷涌的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种控制盾构机掘进过程中喷涌的方法，包括：在盾构机掘进至距离河流第一预设距离的情况下，在盾构机的土仓中添加高分子聚合物；在盾构机的掘进路线的大里程方向且距离河流第二预设距离的位置挖掘迁移河道；在河流的上游施作截水坝以及在河流的下游施作挡水墙，以确定截流河道；将河流中的河水改流至迁移河道；在截流河道进行河道硬化施工；在盾构机与截流河道之间的掘进路线的两侧打设降水井；在盾构机从截流河道下方穿越之后，拆除截水坝和挡水墙以将迁移河道中的河水回迁至截流河道。通过本发明提供的方法可以有效防止盾构机下穿河流时发生喷涌现象，避免了由于喷涌导致地表塌陷，保证施工进度，有效规避安全风险。
Description
技术领域
本发明涉及市政工程施工领域，具体地，涉及一种控制盾构机掘进过程中喷涌的方法。
背景技术
在隧道施工中不可避免会遇到下穿河流的情况，隧道下穿河流属于高风险作业，特别是在深埋富水砂卵石地层中掘进隧道。
现有技术中，通过盾构法在深埋富水砂卵石地层中下穿河流时，由于地层的渗透系数、水压过大，开挖面内的渣土变稀，流动性变大，极易发生泥水喷涌的现象，高压力的泥水穿越土仓和螺旋输送器形成集中荷载，造成土仓内和螺旋机后闸门口的压力增高，打开螺旋输送机后泥水喷出，经由皮带输送机洒落拼装区影响盾构管片拼装，导致盾构无法正常掘进，且人工清理费时费力，严重影响施工进度，且盾构机承压能力较差有发生土仓被击穿的风险，影响施工安全。
发明内容
针对现有技术中通过盾构法在深埋富水砂卵石地层中下穿河流时，容易发生喷涌现象，导致盾构无法正常施工，严重影响施工进度和施工安全的技术问题，本发明提供了一种控制盾构机掘进过程中喷涌的方法，采用该方法可以提高渣土的黏稠度，增强渣土的塑性，防止河水补充地下水，将掘进范围内的地表水位维持在合理高度，减小水压，有效防止盾构机下穿河流时发生喷涌现象，避免了由于喷涌导致地表塌陷，保证施工进度，有效规避安全风险。
为实现上述目的，本发明提供的控制盾构机掘进过程中喷涌的方法包括以下步骤：在所述盾构机掘进至距离河流第一预设距离的情况下，在盾构机的土仓中添加高分子聚合物；在所述盾构机的掘进路线的大里程方向且距离所述河流第二预设距离的位置挖掘迁移河道；在所述河流的上游施作截水坝以及在所述河流的下游施作挡水墙，以确定截流河道；将所述河流中的河水改流至所述迁移河道；在所述截流河道进行河道硬化施工；在所述盾构机与所述截流河道之间的掘进路线的两侧打设降水井；在所述盾构机从所述截流河道下方穿越之后，拆除所述截水坝和所述挡水墙以将所述迁移河道中的河水回迁至所述截流河道。
进一步地，所述高分子聚合物与所述土仓中的土体的质量比为1:20。
进一步地，所述在所述盾构机的掘进路线的大里程方向且距离所述河流第二预设距离的位置挖掘迁移河道，包括：在所述掘进路线的大里程方向且距离所述河流第二预设距离的位置挖掘基底河槽；在所述基底河槽的槽壁和槽底铺设防水卷材；在所述基底河槽中填埋黏土以形成防渗填充层；在所述防渗填充层的中央位置开挖迁移河槽；在所述迁移河槽的槽底和槽壁铺设防水材料以形成所述迁移河道。
进一步地，所述在所述截流河道进行河道硬化施工，包括：将所述截流河道表面的土体换填为黏土；在换填之后的截流河道的表面浇筑混凝土。
进一步地，所述混凝土由强度等级为C20的水泥土和水配置而成；所述混凝土的厚度大于等于10cm。
进一步地，所述在所述盾构机与所述截流河道之间的掘进路线的两侧打设降水井，包括：在所述盾构机与所述截流河道之间的掘进路线的两侧打设降水井井孔；在所述降水井井孔内装设降水井井管，所述降水井井管的直径小于所述降水井井孔的直径；在所述降水井井管的外管壁与所述降水井井孔的内孔壁之间由下至上按照填充材料的直径由大至小环填至少两种填充材料；在所述降水井井管内装设降水泵以完成所述降水井的施工。
进一步地，所述降水井井管的外管壁包裹有至少一层过滤网。
进一步地，所述方法还包括：在所述盾构机穿越所述截流河道之前，在所述盾构机与所述截流河道之间沿所述掘进路线打设多个观测井。
进一步地，所述观测井的外管壁包裹有至少一层过滤装置。
通过本发明提供的技术方案，本发明至少具有如下技术效果：
采用本发明的控制盾构机掘进过程中喷涌的方法，在盾构机掘进至距离河流一定距离的情况下，先在盾构机的土仓中添加高分子聚合物，并对河流进行改迁施工，再对截流河道进行硬化施工，在盾构机与截流河道之间的掘进路线两侧打设降水井，待盾构机穿越截流河道之后，再将河流回迁至截流河道。采用该方法可以提高渣土的黏稠度，增强渣土的塑性，防止河水补充地下水，将掘进范围内的地表水位维持在合理高度，减小水压，有效防止盾构机下穿河流时发生喷涌现象，避免了由于喷涌导致地表塌陷，保证施工进度，有效规避安全风险。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1为本发明提供的控制盾构机掘进过程中喷涌的方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
请参考图1，本发明实施例提供一种浅埋隧道下穿河流施工方法，该方法包括以下步骤：S101：在所述盾构机掘进至距离河流第一预设距离的情况下，在盾构机的土仓中添加高分子聚合物；S102：在所述盾构机的掘进路线的大里程方向且距离所述河流第二预设距离的位置挖掘迁移河道；S103：在所述河流的上游施作截水坝以及在所述河流的下游施作挡水墙，以确定截流河道；S104：将所述河流中的河水改流至所述迁移河道；S105：在所述截流河道进行河道硬化施工；S106：在所述盾构机与所述截流河道之间的掘进路线的两侧打设降水井；S107：在所述盾构机从所述截流河道下方穿越之后，拆除所述截水坝和所述挡水墙以将所述迁移河道中的河水回迁至所述截流河道。
具体地，本发明实施方式中，喷涌现象形成的一个重要原因是土体渗透系数较大，无法泄压，因此控制喷涌现象首先要改善渣土的渗透性。当盾构机掘进至距离河流第一预设距离时，向土仓内注入高分子聚合物，由于高分子聚合物具有较强的吸水膨胀能力，可以提高开挖面渣土的黏稠度，有效防止螺旋输送机排土时发生的喷涌现象，防止渣土黏结刀盘而产生泥饼，还能够起到润滑效果，减小砂卵石土对盾构机刀盘、刀具及排土器的磨损，延长机械设备使用寿命，同时还能增强渣土的塑性和流动性，降低盾构机的总推力和刀盘的扭矩，提高盾构机的掘进速度，提高工效，降低工程成本。第一预设距离为出现喷涌现象的位置与河流之间的距离。
地下水补充除自然降水外，还有下穿河流的下渗水，盾构机穿越河流期间如果发生持续喷涌，将引发地表大范围塌陷，造成河水下渗灌洞、埋机的风险。因此需要将河流迁移至远离盾构机的位置(即在所述盾构机的掘进路线的大里程方向且距离所述河流第二预设距离的位置)，在河流的上游施做截水坝、下游施做挡墙，将截流河道中的河水改流至迁移河道，并在截流河道内进行河道硬化施工。
由于地下水压力过大，在土仓内添加高分子聚合物之后，喷涌现象仍有发生，因此需要在盾构机与截流河道之间的掘进路线的两侧打设降水井，降低掘进路线土层之间的地下水的水位，避免出现喷涌。打设完降水井之后盾构机继续向前掘进，直至盾构机穿越截流河道，再拆除截水坝和挡水墙将迁移河道中的河水回迁至截流河道，完成盾构穿越河流的施工。
根据本发明提供的方法，可以提高渣土的黏稠度，增强渣土的塑性，防止河水补充地下水，将掘进范围内的地表水位维持在合理高度，减小水压，有效防止盾构机下穿河流时发生喷涌现象，避免了由于喷涌导致地表塌陷，保证施工进度，有效规避安全风险。
进一步地，所述高分子聚合物与所述土仓中的土体的质量比为1:20。
具体地，本发明实施方式中，按照1:20的质量比在土体中加入高分子聚合物之后，改良后的土体抗渗性能明显提高，渣土的渗透系数由0.5m/d降低到0.05m/d，盾构机推进速度由6mm/min提高至35mm/min。
进一步地，所述在所述盾构机的掘进路线的大里程方向且距离所述河流第二预设距离的位置挖掘迁移河道，包括：在所述掘进路线的大里程方向且距离所述河流第二预设距离的位置挖掘基底河槽；在所述基底河槽的槽壁和槽底铺设防水卷材；在所述基底河槽中填埋黏土以形成防渗填充层；在所述防渗填充层的中央位置开挖迁移河槽；在所述迁移河槽的槽底和槽壁铺设防水材料以形成所述迁移河道。
具体地，本发明实施方式中，迁移河道采取明渠的开挖方式，首先在掘进路线的大里程方向且距离原河流第二预设距离的位置挖掘基底河槽，基底河槽的横截面为梯形。由于迁移河道为临时工程，为了节约资金，迁移河道未进行混凝土浇筑施工，而是在基底河槽的槽壁和槽底铺设一层防水卷材，避免出现河水下渗灌洞的情况，之后在基底河槽内填入黏土，用压路机碾压密实形成防渗填充层，通过防渗填充层和防水卷材达到防渗的作用，再在防渗填充层中间开挖迁移河槽，最后在迁移河槽的槽底和槽壁铺设一层防水材料，完成迁移河道的施工。第二预设距离介于100m-200m，优选地，本发明中第二预设距离为150m。
根据本发明提供的方法，通过改迁河道的方法，能够减少在盾构穿越河流期间发生持续喷涌，避免地表大范围塌陷，减少河水下渗埋机、灌洞的风险，降低工程成本。
进一步地，所述在所述截流河道进行河道硬化施工，包括：将所述截流河道表面的土体换填为黏土；在换填之后的截流河道的表面浇筑混凝土。
具体地，本发明实施方式中，将原河道改迁之后，将截流河道表面的土体换成黏土，用压路机碾压密实，再在黏土层上浇筑一层混凝土进行河床封闭。
根据本发明提供的方法，能够防止河水回迁后，河水补充地下水，有效规避地下水灌洞风险，确保盾构机掘进安全。
进一步地，所述混凝土由强度等级为C20的水泥土和水配置而成；所述混凝土的厚度大于等于10cm。
进一步地，所述在所述盾构机与所述截流河道之间的掘进路线的两侧打设降水井，包括：在所述盾构机与所述截流河道之间的掘进路线的两侧打设降水井井孔；在所述降水井井孔内装设降水井井管，所述降水井井管的直径小于所述降水井井孔的直径；在所述降水井井管的外管壁与所述降水井井孔的内孔壁之间由下至上按照填充材料的直径由大至小环填至少两种填充材料；在所述降水井井管内装设降水泵以完成所述降水井的施工。
具体地，本发明实施方式中，由于盾构施工在砂卵石地层中进行，土质疏松，地下水压力过大，在土仓内添加高分子聚合物之后，喷涌现象仍有发生，因此需要在盾构机与截流河道之间的掘进路线的两侧打设降水井，降低掘进路线土层之间的地下水的水位，保证地下水的水位在掘进面1m以下，避免出现喷涌现象。首先在盾构机与截流河道之间的掘进路线的两侧打设降水井井孔，井孔的孔径均为600mm，井深为50m，然后在降水井井孔内装设降水井井管，井管采用钢质焊管，管径为280mm，壁厚大于等于3mm，井管上部的管顶高出地面0.2m。再在降水井井管的外管壁与降水井井孔的内孔壁之间环填石英圆砾以形成良好的人工反滤层，再在石英圆砾上方环填黏土球将上层潜水与下部承压水封隔，避免潜水被疏干后排水固结引起地面过大沉降。而后在降水井井管内装设降水泵以完成降水井的施工。
进一步地，所述降水井井管的外管壁包裹有至少一层过滤网。
具体地，本发明实施方式中，降水井井管的外管壁依次包裹一层10目钢丝网以及2-3层60目尼龙滤网，并用铁丝扎紧，能够确保在下管过程中，过滤网不被破坏，滤水效果良好。
进一步地，所述方法还包括：在所述盾构机穿越所述截流河道之前，在所述盾构机与所述截流河道之间沿所述掘进路线打设多个观测井。
具体地，本发明实施方式中，为安全起见，在降水井运行前，在盾构机与截流河道之间的沿掘进路线上打设多个观测井，用于观测降水后地下水位的变化情况，对周围建筑物的沉降进行监测，以确保周围建筑物的安全。本实施例中共设置4个观测井，纵向间距为30m。
进一步地，所述观测井的外管壁包裹有至少一层过滤装置。
具体地，本发明实施方式中，观测井井管由PVC材料制成，管径为100mm，井管下部滤水部位采用细目网包裹，以确保下管过程中，过滤网不被破坏，滤水效果良好。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (9)
1.一种控制盾构机掘进过程中喷涌的方法，应用于下穿河流的盾构施工中，其特征在于，所述方法包括：
在所述盾构机掘进至距离河流第一预设距离的情况下，在盾构机的土仓中添加高分子聚合物；
在所述盾构机的掘进路线的大里程方向且距离所述河流第二预设距离的位置挖掘迁移河道；
在所述河流的上游施作截水坝以及在所述河流的下游施作挡水墙，以确定截流河道；
将所述河流中的河水改流至所述迁移河道；
在所述截流河道进行河道硬化施工；
在所述盾构机与所述截流河道之间的掘进路线的两侧打设降水井；
在所述盾构机从所述截流河道下方穿越之后，拆除所述截水坝和所述挡水墙以将所述迁移河道中的河水回迁至所述截流河道。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高分子聚合物与所述土仓中的土体的质量比为1:20。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述盾构机的掘进路线的大里程方向且距离所述河流第二预设距离的位置挖掘迁移河道，包括：
在所述掘进路线的大里程方向且距离所述河流第二预设距离的位置挖掘基底河槽；
在所述基底河槽的槽壁和槽底铺设防水卷材；
在所述基底河槽中填埋黏土以形成防渗填充层；
在所述防渗填充层的中央位置开挖迁移河槽；
在所述迁移河槽的槽底和槽壁铺设防水材料以形成所述迁移河道。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述截流河道进行河道硬化施工，包括：
将所述截流河道表面的土体换填为黏土；
在换填之后的截流河道的表面浇筑混凝土。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述混凝土由强度等级为C20的水泥土和水配置而成；
所述混凝土的厚度大于等于10cm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述盾构机与所述截流河道之间的掘进路线的两侧打设降水井，包括：
在所述盾构机与所述截流河道之间的掘进路线的两侧打设降水井井孔；
在所述降水井井孔内装设降水井井管，所述降水井井管的直径小于所述降水井井孔的直径；
在所述降水井井管的外管壁与所述降水井井孔的内孔壁之间由下至上按照填充材料的直径由大至小环填至少两种填充材料；
在所述降水井井管内装设降水泵以完成所述降水井的施工。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述降水井井管的外管壁包裹有至少一层过滤网。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述盾构机穿越所述截流河道之前，在所述盾构机与所述截流河道之间沿所述掘进路线打设多个观测井。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述观测井的外管壁包裹有至少一层过滤装置。
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