CN110656654B - 在水下隧道明挖法施工中快速形成作业面的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在水下隧道明挖法施工中快速形成作业面的方法，包括：打设围堰，在围堰内抓取水下原状淤泥至水面外，同时围堰内形成挖坑，将原状淤泥与固化剂溶液混合形成固化土，再将固化土送至挖坑内进行浇筑，固化土养护，围堰合拢以及排水；本发明就地取材，施工流程简便，可快速在水下形成硬壳层，缩短施工周期，节约施工成本。

Description

在水下隧道明挖法施工中快速形成作业面的方法

技术领域

本发明隧道施工技术领域。更具体地说，本发明涉及一种在水下隧道明挖法施工中快速形成作业面的方法。

背景技术

在水下隧道施工中，对于水深浅、隧道埋深小的工程通常采用明挖法。明挖法施工先打设隔水围堰，然后抽水挖基坑，挖到设计标高后进行隧道主体结构的基础处理，再浇筑隧道主体结构，最后完成覆土。由于水下往往存在深厚的淤泥层，而淤泥含水率高、压缩性强、强度低，无法满足抽水后基坑开挖和地基处理的作业面承载力要求，所以必须首先对其进行固化处理；

目前，淤泥多采用原位固化处理方法。通过空压机将固化材料注入原状淤泥，再由专用的强力搅拌头进行搅拌混合，使得淤泥、淤泥中的水分以及固化材料三相发生化学反应，从而改变淤泥结构，提高土体强度。但是淤泥原位固化中固化材料很难与淤泥颗粒接触反应和混合均匀，很容易形成大块的团簇，即外层的固化土包裹未处理的原状淤泥，导致强度增长缓慢，成型强度低；更重要的是淤泥原位固化为顺序推进，施工中必须等待前一段地基满足承载力要求后，才能移动机械进行下一段施工，从而导致整个施工周期加长，造成人工和机械成本的增加。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供一种在水下隧道明挖法施工中快速形成作业面的方法，其就地取材，施工流程简便，可快速在水下形成硬壳层，缩短施工周期，节约施工成本。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种水下隧道明挖法施工中快速形成作业面的方法，包括：打设围堰，在围堰内抓取水下原状淤泥至水面外同时形成挖坑，将原状淤泥与固化剂溶液混合形成固化土，再将固化土送至水下原状淤泥的挖坑进行浇筑，固化土养护，围堰合拢以及排水。

优选的是，水下隧道明挖法施工中快速形成作业面的方法具体为：

步骤一、沿隧道纵向方向，在两侧按照设计路线打设隔水围堰，围堰分段施工；

步骤二、预先利用抓斗式挖泥船在导头端沿纵向抓取围堰内水下开挖范围内的原状淤泥，形成置换的挖坑，清除的原状淤泥抛至围堰后段，清除深度根据隧道覆盖土层的设计深度确定；

步骤三、抓斗式挖泥船抓取的原状淤泥装入运泥驳船，运泥驳船靠近固化处理船；

步骤四、设置在固化处理船上的挖机抓取运泥驳船内的原状淤泥，将原状淤泥送至固化处理系统进行配比混合搅拌均匀；

步骤五、固化土通过固化处理船上的高压充填泵沿管道进行水下浇筑，并通过固化处理船的移动实现水下整体浇筑；

步骤六、浇筑后的固化土在水下进行养护，养护时间大于7天，得到整个围堰范围内的水下硬壳层作业面；

步骤七、围堰合拢后排水，进行隧道主体的基础处理和开挖的后续作业。

优选的是，在步骤四中，所述固化处理系统内，加料方式为原状淤泥依据重量计量，固化材料配置成溶液，依据流量计量。

优选的是，所述固化处理船设置在围堰内施工或围堰外施工二者根据具体隧道宽度和实际工况择一决定。

优选的是，所述固化处理船设置在围堰外侧时通过引设驳船控制移动，达到设计标高。

优选的是，所述固化土中加入流量计的水，使所述固化土的水固比按照液相重量/固相重量的比例保持在0.80～1.00之间。

优选的是，所述管道外套设有灌浆监测装置，其包括：与所述管道同轴设置的套管、与所述套管的下端同轴连接的圆环状平衡盘；所述平衡盘上顶面上设置有可拆卸的配重砝码和无线水下深度测量仪，所述平衡盘上还贯穿设置有多个电动搅拌装置，所述电动搅拌装置的搅拌叶位于所述平衡盘的下方，多个电动搅拌装置间隔均匀的设置在所述平衡盘上；其中，所述管道的下部同轴设有限位基座，以防止所述灌浆监测装置从管道上滑落，所述管道的外壁上沿周向间隔均匀的设置有竖直的导向槽，所述套管的内壁上对应所述导向槽的位置设有与所述导向槽相匹配的卡块。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明基于置换的方法，就地取材，将水下隧道明挖施工围堰中的原状淤泥清除，利用固化材料将原状淤泥固化处理后得到固化土，实现固化土对原状淤泥的水下换填，通过将原状淤泥挖出进行固化处理混合，能够有效的防止外层的固化土包裹未处理的原状淤泥，拖延固化时间，甚至内部固化不了，导致作业面成型强度低；

2、本发明最明显的优势是施工流程简便，将原状淤泥和固化剂混合均匀后，可快速在水下形成硬壳层，相较于现有的先排水后固化分段处理的方法而言，能够实现连续不断的施工，不用等前一段的作业面固化到可操作的强度后，再处理后一段的作业面，极大地缩短施工周期；

3、本发明形成的固化土地基强度可控可调，便于隧道主体结构的基础处理和开挖，并可节省后期隧道主体结构开挖的支护费用；

4、通过设置灌浆监测装置，通过无线水下深度测量仪实时监控灌浆高度，保证灌浆的施工质量和施工要求，而且检测方便，数据准确。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的其中一种技术方案所述在水下隧道明挖法施工中快速形成作业面的方法的施工平面布置示意图；

图2为本发明的其中一种技术方案所述在水下隧道明挖法施工中快速形成作业面的方法的施工立面布置示意图；

图3为本发明的其中一种技术方案所述灌浆监测装置结构示意图；

图4为本发明的其中一种技术方案所述灌浆监测装置的A-A’截面图；

图5为本发明的其中一种技术方案所述灌浆监测装置的B-B’截面图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

一种在水下隧道明挖法施工中快速形成作业面的方法，包括：

步骤一、沿隧道纵向方向，在规划的隧道两侧按照设计路线打设隔水围堰1，围堰1分段施工，不合拢，便于作业船只进出，围堰1根据施工进度进行打设，边施工边打设；

运泥驳船3位于围堰1内，抓斗式挖泥船2和固化处理船4既可以位于围堰1内，也可以位于围堰1外；

步骤二、预先利用抓斗式挖泥船2在导头端沿纵向抓取围堰1内水下一定长度范围的的原状淤泥5，形成置换的挖坑，清除的原状淤泥5抛至围堰1后段，此处的后段是指施工的最后段，原状淤泥5的清除深度根据隧道覆盖土层的设计深度具体确定；

步骤三、将抓斗式挖泥船2抓取的原状淤泥5装入运泥驳船3，运泥驳船3靠近固化处理船4，固化处理船4可设置在围堰1内施工，也可设置在围堰1外施工，具体可根据隧道宽度和实际工况选择决定；

其中，本发明所述连续施工也是分成多个阶段进行，但是不需要等固化土固化到标准强度后再进行下一段施工，节约了多段作业面的固化时间；

在得到最开始的第一段的挖坑后，抓斗式挖泥船2抓取第二段的挖坑的原状淤泥进行固化处理，然后将处理得到的固化土填到第一段的挖坑中，后面依次进行迭代操作，以此达到连续施工的效果，至最后一段施工时用挖掉的第一段的原状淤泥处理得到的固化土去添最后一段施工的挖坑；

步骤四、设置在固化处理船4上的挖机抓取运泥驳船3内的原状淤泥5，将原状淤泥5送至固化处理船4的固化处理系统；在固化处理系统中，原状淤泥5依据重量计量，固化材料配置成溶液，依据流量计量；为了满足泵送，固化土6要求具有一定的流动性能，所以固化土6的水固比(液相重量/固相重量)需要保持在0.80～1.00之间，为此，固化处理系统往往需要额外补加水量，补加水依据流量计量，最后原状淤泥5、固化材料溶液以及补加水通过机械搅拌混合均匀形成固化土6；

步骤五、固化土6通过固化处理船4上的高压充填泵沿管道13进行水下浇筑，并通过固化处理船4的移动实现水下整体浇筑，固化处理船4设置在围堰1外侧的则通过引设驳船控制移动，达到设计标高；

步骤六、浇筑后的固化土6在水下进行养护，养护期间避免机械扰动，养护超过7天即可形成整个围堰1范围内的水下硬壳层作业面；

步骤七、围堰1合拢后排水，进行隧道主体的基础处理和开挖等后续作业。

本发明通过抓斗式清淤船和固化处理船4协同作业，抓斗式清淤船清除的原状淤泥5在固化处理船4中通过与固化材料的机械搅拌混合进，形成具有一定流动性的固化土6，再通过固化处理船4上的高压充填泵和管道13完成固化土6的水下浇筑，实现固化土6对原状淤泥5的置换，最后固化土6在水下逐渐形成具有整体强度和承载力的硬壳层，为施工人员和机械提供作业面，便于隧道主体结构的基础处理和开挖，并节省开挖支护费用，而且相较于现有的直接混合固化而言，固化速度更快，得到的作业面固化后的强度更均匀，有效提高了施工质量。

另一技术方案所述的一种在水下隧道明挖法施工中快速形成作业面的方法，包括：

步骤一、沿隧道纵向方向，在规划的隧道两侧按照设计路线打设隔水围堰1，围堰1分段施工，不合拢，便于作业船只进出，围堰1根据施工进度进行打设，边施工边打设；

运泥驳船3位于围堰1内，抓斗式挖泥船2和固化处理船4既可以位于围堰1内，也可以位于围堰1外；

步骤二、预先利用抓斗式挖泥船2在导头端沿纵向抓取围堰1内水下一定长度范围的的原状淤泥5，形成置换的挖坑，清除的原状淤泥5抛至围堰1后段，原状淤泥5的清除深度根据隧道覆盖土层的设计深度具体确定；

步骤三、将抓斗式挖泥船2抓取的原状淤泥5装入运泥驳船3，运泥驳船3靠近固化处理船4，固化处理船4可设置在围堰1内施工，也可设置在围堰1外施工，具体可根据隧道宽度和实际工况选择决定；

其中，本发明所述连续施工也是分成多个阶段进行，但是不需要等固化土固化到标准强度后再进行下一段施工，节约了多段作业面的固化时间；

在得到最开始的第一段的挖坑后，抓斗式挖泥船2抓取第二段的挖坑的原状淤泥进行固化处理，然后将处理得到的固化土填到第一段的挖坑中，后面依次进行迭代操作，以此达到连续施工的效果，至最后一段施工时用挖掉的第一段的原状淤泥处理得到的固化土去添最后一段施工的挖坑；

步骤四、设置在固化处理船4上的挖机抓取运泥驳船3内的原状淤泥5，将原状淤泥5送至固化处理船4的固化处理系统；在固化处理系统中，原状淤泥5依据重量计量，固化材料配置成溶液，依据流量计量；为了满足泵送，固化土6要求具有一定的流动性能，所以固化土6的水固比(液相重量/固相重量)需要保持在0.80～1.00之间，为此，固化处理系统往往需要额外补加水量，补加水依据流量计量，最后原状淤泥5、固化材料溶液以及补加水通过机械搅拌混合均匀形成固化土6；

步骤五、固化土6通过固化处理船4上的高压充填泵沿管道13进行水下浇筑，并通过固化处理船4的移动实现水下整体浇筑，固化处理船4设置在围堰1外侧的通过引设驳船控制移动，观察；

其中，所述高压充填泵沿管道13上套设有灌浆监测装置，所述灌浆检测装置在该技术方案中具体包括：与所述管道13同轴设置的套管7、与所述套管7的下端同轴连接的圆环状平衡盘8；所述平衡盘8上顶面上设置有可拆卸的配重砝码12和无线水下深度测量仪11，所述无线水下深度测量仪11为现有装置，所述无线水下深度测量仪11也可以为测深仪，通过测量灌浆前后的水深差值，得到准确的灌浆高度；

所述配重砝码12有4个，间隔均匀的设置在所述平衡盘8上，且四个砝码关于所述平衡盘8的中心中心对称；所述配重砝码12的重量根据作业面的具体水深设定，不通深度的施工采用不同配重的砝码；

所述平衡盘8上还贯穿设置有4个电动搅拌装置10，4个电动搅拌装置10的设置点与配重砝码12的设置相同，间隔均匀设置，而且关于所述平衡盘8的中心中心对称，所述电动搅拌装置10的搅拌叶位于所述平衡盘8的下方，所述电动搅拌装置10的电机位于平衡盘8上，所述电机外壳均为防水结构，所述电机的输出轴穿过所述平衡盘8与所述搅拌叶的转动轴同轴连接；

其中，所述管道13的下部同轴设有限位基座9，所述限位基座9为圆环形，以防止所述灌浆监测装置从管道13上滑落，所述管道13的外壁上沿周向间隔均匀的设置有竖直的导向槽，所述套管7的内壁上对应所述导向槽的位置设有与所述导向槽相匹配的卡块，能有效防止灌浆装置转动影响无线水下深度测量仪11的测量精度；

步骤六、浇筑后的固化土6在水下进行养护，养护期间避免机械扰动，养护超过7天即可形成整个围堰1范围内的水下硬壳层作业面；

步骤七、围堰1合拢后排水，进行隧道主体的基础处理和开挖等后续作业。

所述灌浆监测装置的具体使用方法为，将管道13深入至挖坑的底部，待平衡盘8水平，记录水下深度测量仪11的初始读数，开始灌浆，打开电动搅拌装置10，使得管道13放出的固化土6能均匀分散，一边灌浆，一边将管道13上提，灌浆的最高面将灌浆监测装置向上顶起，顶起时，将管道13向上提，此时水下深度测量仪11的读数发生改变，改变值即为灌浆的深度，当灌浆深度到达要求时，停止灌浆操作。

在该技术方案中，通过在灌浆管道13上设置灌浆监测装置，使得灌浆的高度实现可监控，能够有效降低人眼操作的误差，提高施工精确度。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.在水下隧道明挖法施工中快速形成作业面的方法，其特征在于，

打设围堰，在围堰内抓取水下原状淤泥至水面外，同时围堰内形成挖坑，将原状淤泥与固化剂溶液混合形成固化土，再将固化土送至挖坑内进行浇筑，固化土养护，围堰合拢以及排水；

具体为：

步骤一、沿隧道纵向方向，在两侧按照设计路线打设隔水围堰，围堰分段施工；

步骤二、预先利用抓斗式挖泥船在导头端沿纵向抓取围堰内水下开挖范围内的原状淤泥，形成置换的挖坑，清除的原状淤泥抛至围堰后段，清除深度根据隧道覆盖土层的设计深度确定；

步骤三、抓斗式挖泥船抓取的原状淤泥装入运泥驳船，运泥驳船靠近固化处理船；

步骤四、设置在固化处理船上的挖机抓取运泥驳船内的原状淤泥，将原状淤泥送至固化处理系统进行配比混合搅拌均匀；

步骤五、固化土通过固化处理船上的高压充填泵沿管道进行水下浇筑，并通过固化处理船的移动实现水下整体浇筑；

步骤六、浇筑后的固化土在水下进行养护，养护时间大于7天，得到整个围堰范围内的水下硬壳层作业面；

步骤七、围堰合拢后排水，进行隧道主体的基础处理和开挖的后续作业。

2.如权利要求1所述的在水下隧道明挖法施工中快速形成作业面的方法，其特征在于，在步骤四中，所述固化处理系统内，加料方式为原状淤泥依据重量计量，固化材料配置成溶液，依据流量计量。

3.如权利要求1所述的在水下隧道明挖法施工中快速形成作业面的方法，其特征在于，所述固化处理船设置在围堰内施工或围堰外施工，二者根据具体隧道宽度和实际工况择一决定。

4.如权利要求3所述的在水下隧道明挖法施工中快速形成作业面的方法，其特征在于，所述固化处理船设置在围堰外侧时通过引设驳船控制移动，达到设计标高。

5.如权利要求4所述的在水下隧道明挖法施工中快速形成作业面的方法，其特征在于，所述固化土中加入流量计的水，使所述固化土的水固比按照液相重量/固相重量的比例保持在0.80～1.00之间。

6.如权利要求1所述的在水下隧道明挖法施工中快速形成作业面的方法，其特征在于，所述管道外套设有灌浆监测装置，其包括：与所述管道同轴设置的套管、与所述套管的下端同轴连接的圆环状平衡盘；所述平衡盘上顶面上设置有可拆卸的配重砝码和无线水下深度测量仪，所述平衡盘上还贯穿设置有多个电动搅拌装置，所述电动搅拌装置的搅拌叶位于所述平衡盘的下方，多个电动搅拌装置间隔均匀的设置在所述平衡盘上；其中，所述管道的下部同轴设有限位基座，以防止所述灌浆监测装置从管道上滑落，所述管道的外壁上沿周向间隔均匀的设置有竖直的导向槽，所述套管的内壁上对应所述导向槽的位置设有与所述导向槽相匹配的卡块。

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