CN110685704B - 水囊卵石混合土层土压盾构穿越河道施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水囊卵石混合土层土压盾构穿越河道施工方法，包括以下步骤：S1)在隧道暗挖施工阶段在使用土压盾构机穿越河道以下土层的过程中，在土压盾构机的螺旋机位置发生连续喷涌的情况下，暂停土压盾构机施工；S2)向土压盾构机的盾尾及土仓内注入膨润土，之后按照预定间隔时间转动刀盘以避免土压盾构机抱死；S3)在距离土压盾构机的盾尾预定范围内的隔环管片壁后注入双液浆以形成止水环；S4)对河道进行改道施工，使得改道后的新河道距离土压盾构机的盾尾预定距离；S5)沿着原河道位置两侧间隔设置多口降水井，并完成降水操作；S6)调整土压盾构机的土仓压力以恢复土压盾构机施工，继续以预定土仓压力掘进穿越原河道以下土层。
Description
技术领域
本发明涉及浅埋暗挖隧道技术领域，具体涉及一种水囊卵石混合土层土压盾构穿越河道施工方法。
背景技术
土压盾构穿越城市有隔水层的小型江河技术日益成熟，但是在富水卵石混合土且局部含有“水囊”的地层中穿越江河的案列比较少见，存在较大的施工风险和技术难度。
发明内容
本发明提供一种水囊卵石混合土层土压盾构穿越河道施工方法，避免了所述土压盾构机在施工的过程中明水灌洞，防止了河底塌陷，提高了施工的安全性；排除安全隐患，维持开挖面的稳定，保证所述土压盾构机安全顺利掘进穿越原河道。
本发明提供的水囊卵石混合土层土压盾构穿越河道施工方法，包括以下步骤：S1)在隧道暗挖施工阶段在使用土压盾构机穿越河道以下土层的过程中，在所述土压盾构机的螺旋机位置发生连续喷涌的情况下，暂停土压盾构机施工；S2)向所述土压盾构机的盾尾及土仓内注入膨润土，之后按照预定间隔时间转动刀盘以避免土压盾构机抱死；S3)在距离所述土压盾构机的盾尾预定范围内的隔环管片壁后注入双液浆以形成止水环；S4)对河道进行改道施工，使得改道后的新河道距离土压盾构机的盾尾预定距离；S5)沿着原河道位置两侧间隔设置多口降水井，并完成降水操作；S6)调整土压盾构机的土仓压力以恢复所述土压盾构机施工，继续以预定土仓压力掘进穿越原河道以下土层。
优选地，所述步骤S2)还包括：在所述土压盾构机的盾尾、铰接位置以及主轴承位置加注油脂以增强土压盾构机的密封性。
优选地，所述步骤S3)中，所述预定范围为：距离所述土压盾构机的盾尾10-13环管片位置。
优选地，所述步骤S4)中，所述预定距离为：距离土压盾构机的盾尾90-110m。
优选地，所述步骤S5)中，沿着原河道两侧间隔设置多口降水井，包括：沿着原河道两侧每侧设置10口降水井；其中两侧的降水井分别设置在距离隧道中心线8m位置；相邻的两口降水井之间的距离为15m；每口降水井的深度为45m。
优选地，所述步骤S5)中，所述完成降水操作，包括：采用流量40-50m3/h的水泵进行排水。
优选地，所述步骤S6)中，调整土压盾构机的土仓压力以恢复所述土压盾构机施工，包括：设置所述土仓压力的土压力上限值和土压力下限值。
优选地，所述步骤S6)中：所述预定土仓压力在土压力上限值与土压力下限值之间；掘进穿越原河道以下土层的掘进速度为25-30mm/min。
优选地，所述步骤S6)中，所述继续以预定土仓压力掘进穿越原河道以下土层，还包括：在掘进的同时进行管片拼装成环；管片拼装成环完成后，在所述管片与隧道壁之间进行注浆加固。
优选地，所述注浆加固包括：采用双液浆进行注浆加固；在注浆加固过程中，控制注浆压力在0.3～0.4Mpa范围内。
本发明提供的水囊卵石混合土层土压盾构穿越河道施工方法，在所述土压盾构机的螺旋机位置发生连续喷涌的情况下，需要暂停土压盾构机施工；向所述土压盾构机的盾尾及土仓内注入膨润土，之后按照预定间隔时间转动刀盘以避免土压盾构机抱死，为排除安全隐患后继续进行盾构施工提供保障；在距离所述土压盾构机的盾尾预定范围内的隔环管片壁后注入双液浆以形成止水环，防止在所述土压盾构机停机的过程中地下水渗入已挖掘隧道空间，以保证所述土压盾构机的安全；对河道进行改道施工，使得改道后的新河道距离土压盾构机的盾尾预定距离，避免了所述土压盾构机在施工的过程中明水灌洞，防止了河底塌陷，提高了施工的安全性；沿着原河道位置两侧间隔设置多口降水井，并完成降水操作；以排出原河道位置土层中的积水，排除安全隐患，保证尽快恢复所述土压盾构机的挖掘施工；调整土压盾构机的土仓压力以恢复所述土压盾构机施工，维持开挖面的稳定，保证所述土压盾构机安全顺利掘进穿越原河道。
本发明实施例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
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是根据本发明实施方式的水囊卵石混合土层土压盾构穿越河道施工方法的步骤流程图。
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。
下面结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细描述。
如图1所示，本发明提供一种水囊卵石混合土层土压盾构穿越河道施工方法，包括以下步骤：S1)在隧道暗挖施工阶段在使用土压盾构机穿越河道以下土层的过程中，在所述土压盾构机的螺旋机位置发生连续喷涌的情况下，暂停土压盾构机施工；S2)向所述土压盾构机的盾尾及土仓内注入膨润土，之后按照预定间隔时间转动刀盘以避免土压盾构机抱死；S3)在距离所述土压盾构机的盾尾预定范围内的隔环管片壁后注入双液浆以形成止水环；S4)对河道进行改道施工，使得改道后的河道距离土压盾构机的盾尾预定距离；S5)沿着原河道位置两侧间隔设置多口降水井，并完成降水操作；S6)调整土压盾构机的土仓压力以恢复所述土压盾构机施工，继续以预定土仓压力掘进穿越原河道以下土层。
由于卵石混合土层透水性较强，附近的河流对地下水的补给充沛，地下水容易击穿土层或发生绕渗，因此卵石混合土层中易形成土体包围部分击穿水或绕渗水的水囊；土压盾构机穿越的地层和形成隧道的顶部所处的地层均为含有水囊的卵石混合土层，该土层含水量大，土层稳定性差，为了防止地面沉降，需要土压保压推进所述土压盾构机。
根据本发明的技术方案，本发明提供的水囊卵石混合土层土压盾构穿越河道施工方法，包括步骤S1)在隧道暗挖施工阶段在使用土压盾构机穿越河道以下土层的过程中，在所述土压盾构机的螺旋机位置发生连续喷涌时，注入高分子聚合物，掘进无明显改善的情况下，暂停土压盾构机施工。在所述土压盾构机掘进时大量的水进入土仓，在土仓内经过搅拌就会形成水、渣离析的情况，当螺旋机排土时，大量的泥水将会从螺旋机喷涌而出，渣土和泥水无法通过皮带机输送，将大量流入隧道底部，而由于螺旋机排土不畅，掘进速度会明显降低，土压难以控制而进一步扰动前方土体，形成恶性循环，掌子面容易失稳，易发生坍塌现象，进而引起河水倒灌，造成安全事故，因此，在所述土压盾构机的螺旋机位置发生连续喷涌的情况下，需要暂停土压盾构机施工，待排除安全隐患后再恢复施工。
根据本发明的技术方案，步骤S2)向所述土压盾构机的盾尾及土仓内注入膨润土，膨润土能够在土体和所述土压盾构机之间起到润滑作用，之后按照预定间隔时间转动刀盘以避免土压盾构机抱死，为排除安全隐患后继续进行盾构施工提供保障。
根据本发明的一种实施方式，优选地，所述步骤S2)还包括：在所述土压盾构机的盾尾、铰接位置以及主轴承位置加注油脂以增强土压盾构机的密封性，使得土压盾构机具备施工条件，能够在排除安全隐患后继续进行盾构施工，提高了施工效率。
根据本发明的技术方案，步骤S3)在距离所述土压盾构机的盾尾预定范围内的隔环管片壁后注入双液浆以形成止水环，防止在所述土压盾构机停机的过程中地下水渗入已挖掘隧道空间，以保证所述土压盾构机的安全。
根据本发明的一种实施方式，优选地，所述步骤S3)中，所述预定范围为：距离所述土压盾构机的盾尾10-13环管片位置，以形成有效的止水环，保证所述土压盾构机的安全。
由于河道的底部常年被河水浸泡，承载力较弱，为了保证隧道顶部不发生坍塌，且保证所述土压盾构机的施工安全，根据本发明的技术方案，步骤S4)对河道进行改道施工，使得改道后的新河道距离土压盾构机的盾尾预定距离，避免了所述土压盾构机在施工的过程中明水灌洞，防止了河底塌陷，提高了施工的安全性。
优选地，在新河道的底部施作黏土垫层，以增加新河道底部的承载能力，在河道上游距离待挖掘隧道预定距离设置分水口，将水引入所述新河道。
根据本发明的一种实施方式，所述步骤S4)中，所述预定距离为：距离土压盾构机的盾尾90-110m。使得河水通过新河道引流至土压盾构机盾尾一侧绕行，避免了所述土压盾构机在施工的过程中明水灌洞，提高了施工的安全性。
根据本发明的技术方案，步骤S5)沿着原河道位置两侧间隔设置多口降水井，并完成降水操作；以排出原河道位置土层中的积水，排除安全隐患，保证尽快恢复所述土压盾构机的挖掘施工。
根据本发明的一种实施方式，优选地，所述步骤S5)中，沿着原河道两侧间隔设置多口降水井，包括：沿着原河道两侧每侧设置10口降水井；其中两侧的降水井分别设置在距离隧道中心线8m位置；相邻的两口降水井之间的距离为15m；每口降水井的深度为45m，以达到有效的降水效果。
根据本发明的一种实施方式，优选地，所述步骤S5)中，所述完成降水操作，包括：采用流量40-50m3/h的水泵进行排水，以及时将所述降水井中的积水排出，尽快恢复所述土压盾构机的挖掘施工。
在恢复施工前，对所述土压盾构机及配套设备进行全面的检查，以减少因设备故障造成的停机时间，保证快速通过原河道位置。
首先设置试验施工段，优选地，所述试验施工段设置长度为30m，所述土压盾构机按照预设的参数进行掘进通过所述试验施工段，结合地面监测数据进行统计分析，对掘进参数进行优化，用于指导后续穿越原河道的施工工作。
根据本发明的技术方案，步骤S6)调整土压盾构机的土仓压力以恢复所述土压盾构机施工，继续以预定土仓压力掘进穿越原河道以下土层。土仓压力用于平衡开挖面的水土压力，维持开挖面的稳定，保证盾构安全顺利掘进。
根据本发明的一种实施方式，优选地，所述步骤S6)中，调整土压盾构机的土仓压力以恢复所述土压盾构机施工，包括：设置所述土仓压力的土压力上限值和土压力下限值。
由于此段地质水文条件复杂，采取泥水盾构切口压力计算公式来精确计算土仓压力来指导施工。
土压力上限值计算Pfu＝P1+P2+P3＝rw×h+K0【(r-rw)×h+r×(H-h)】+20
土压力下限值计算Pf1＝P1+P2+P3＝rw×h+Ka【(r-rw)×h+r×(H-h)】-2×Cu×Ka1/2+20
式中：Pfu\Pf1—分别指切口水压上限值及下限值(kpa)
P1、P2、P3—分别指地下水压力、静止土压力、变动土压力(kpa)
h\H—分别指地下水位以下至隧道顶部埋深、地面至隧道顶部埋深(m)
K0—静止土压力系数
r、rw—土的容重、水的容重
Ka—主动土压力系数
Cu—土的黏聚力
根据本发明的一种实施方式，在所述土压盾构机开始掘进前20min，向土仓中注入渣土改良泡沫，以改良碴土的塑流性保护刀盘。
根据本发明的一种实施方式，优选地，所述步骤S6)中：所述预定土仓压力在土压力上限值与土压力下限值之间；掘进穿越原河道以下土层的掘进速度为25-30mm/min，以保证安全穿越原河道。
根据本发明的一种实施方式，在恢复挖掘的过程中所述土压盾构机的挖掘姿态控制在垂直方向--30mm，水平方向10～20mm，以保证挖掘的顺利进行。
根据本发明的一种实施方式，所述土压盾构机采用三道盾尾钢丝密封刷，能够有效防止盾尾透水，保证施工的正常进行。
根据本发明的一种实施方式，优选地，所述步骤S6)中，所述继续以预定土仓压力掘进穿越原河道以下土层，还包括：在掘进的同时进行管片拼装成环；管片拼装成环完成后，在所述管片与隧道壁之间进行注浆加固。
根据本发明的一种实施方式，管片拼装前需要清理盾壳内的杂物，以避免对盾尾刷造成损坏；管片需要居中拼装铺设，以防止盾构建筑空隙过大形成透水通道。
根据本发明的一种实施方式，优选地，所述注浆加固包括：采用双液浆进行注浆加固，以抑制管片上浮；在注浆加固过程中，控制注浆压力在0.3～0.4Mpa范围内，以免应压力过大而击穿河底土体，导致与隧道顶部土层贯通。
本发明的目的是提供一种水囊卵石混合土层土压盾构穿越河道施工方法，在所述土压盾构机的螺旋机位置发生连续喷涌的情况下，需要暂停土压盾构机施工；向所述土压盾构机的盾尾及土仓内注入膨润土，之后按照预定间隔时间转动刀盘以避免土压盾构机抱死，为排除安全隐患后继续进行盾构施工提供保障；在距离所述土压盾构机的盾尾预定范围内的隔环管片壁后注入双液浆以形成止水环，防止在所述土压盾构机停机的过程中地下水渗入已挖掘隧道空间，以保证所述土压盾构机的安全；对河道进行改道施工，使得改道后的新河道距离土压盾构机的盾尾预定距离，避免了所述土压盾构机在施工的过程中明水灌洞，防止了河底塌陷，提高了施工的安全性；沿着原河道位置两侧间隔设置多口降水井，并完成降水操作；以排出原河道位置土层中的积水，排除安全隐患，保证尽快恢复所述土压盾构机的挖掘施工；调整土压盾构机的土仓压力以恢复所述土压盾构机施工，维持开挖面的稳定，保证所述土压盾构机安全顺利掘进穿越原河道。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例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实施例的保护范围。
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，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明实施例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实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。
Claims (10)
1.一种水囊卵石混合土层土压盾构穿越河道施工方法，其特征在于，所述施工方法包括以下步骤：
S1)在隧道暗挖施工阶段在使用土压盾构机穿越河道以下土层的过程中，在所述土压盾构机的螺旋机位置发生连续喷涌的情况下，暂停土压盾构机施工；
S2)向所述土压盾构机的盾尾及土仓内注入膨润土，之后按照预定间隔时间转动刀盘以避免土压盾构机抱死；
S3)在距离所述土压盾构机的盾尾预定范围内的隔环管片壁后注入双液浆以形成止水环；
S4)对河道进行改道施工，使得改道后的新河道距离土压盾构机的盾尾预定距离；
S5)沿着原河道位置两侧间隔设置多口降水井，并完成降水操作；
S6)调整土压盾构机的土仓压力以恢复所述土压盾构机施工，继续以预定土仓压力掘进穿越原河道以下土层。
2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述步骤S2)还包括：在所述土压盾构机的盾尾、铰接位置以及主轴承位置加注油脂以增强土压盾构机的密封性。
3.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述步骤S3)中，所述预定范围为：
距离所述土压盾构机的盾尾10-13环管片位置。
4.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述步骤S4)中，所述预定距离为：距离土压盾构机的盾尾90-110m。
5.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述步骤S5)中，沿着原河道两侧间隔设置多口降水井，包括：
沿着原河道两侧每侧设置10口降水井；
其中两侧的降水井分别设置在距离隧道中心线8m位置；相邻的两口降水井之间的距离为15m；每口降水井的深度为45m。
6.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述步骤S5)中，所述完成降水操作，包括：采用流量40-50m3/h的水泵进行排水。
7.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述步骤S6)中，调整土压盾构机的土仓压力以恢复所述土压盾构机施工，包括：
设置所述土仓压力的土压力上限值和土压力下限值。
8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，所述步骤S6)中：
所述预定土仓压力在土压力上限值与土压力下限值之间；
掘进穿越原河道以下土层的掘进速度为25-30mm/min。
9.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述步骤S6)中，所述继续以预定土仓压力掘进穿越原河道以下土层，还包括：
在掘进的同时进行管片拼装成环；
管片拼装成环完成后，在所述管片与隧道壁之间进行注浆加固。
10.根据权利要求9所述的施工方法，其特征在于，所述注浆加固包括：
采用双液浆进行注浆加固；
在注浆加固过程中，控制注浆压力在0.3～0.4Mpa范围内。
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