CN111156010B - 膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法 - Google Patents
膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111156010B CN111156010B CN202010027791.2A CN202010027791A CN111156010B CN 111156010 B CN111156010 B CN 111156010B CN 202010027791 A CN202010027791 A CN 202010027791A CN 111156010 B CN111156010 B CN 111156010B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- shield
- soil
- construction
- train station
- pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 118
- 238000010276 construction Methods 0.000 title claims abstract description 95
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims description 39
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 35
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 25
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 11
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 claims description 8
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 8
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 7
- 239000004519 grease Substances 0.000 claims description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 claims description 4
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 4
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 4
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 claims description 4
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 4
- 235000013358 Solanum torvum Nutrition 0.000 claims description 2
- 240000002072 Solanum torvum Species 0.000 claims description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 2
- 239000013589 supplement Substances 0.000 claims description 2
- 239000008399 tap water Substances 0.000 claims description 2
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 abstract description 5
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 10
- 239000011440 grout Substances 0.000 description 7
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000004537 pulping Methods 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
- E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
- E21D11/04—Lining with building materials
- E21D11/08—Lining with building materials with preformed concrete slabs
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
- E21D11/04—Lining with building materials
- E21D11/10—Lining with building materials with concrete cast in situ; Shuttering also lost shutterings, e.g. made of blocks, of metal plates or other equipment adapted therefor
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
- E21D9/001—Improving soil or rock, e.g. by freezing; Injections
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
- E21D9/003—Arrangement of measuring or indicating devices for use during driving of tunnels, e.g. for guiding machines
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
- E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
- E21D9/0607—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining the shield being provided with devices for lining the tunnel, e.g. shuttering
- E21D9/0609—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining the shield being provided with devices for lining the tunnel, e.g. shuttering with means for applying a continuous liner, e.g. sheets of plastics, between the main concrete lining and the rock
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Architecture (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Soil Sciences (AREA)
- Lining And Supports For Tunnels (AREA)
Abstract
本发明属于盾构施工技术领域，具体涉及一种膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法，首先，对被下穿火车站房进行勘探，便于后续施工参考；其次，布置测量装置，检测盾构区间周围的地表沉降、盾构管片拱顶沉降及周边收敛、盾构隧道地层压力、土体水平位移和地面建筑物沉降以及变形情况；再次，设置盾构参数，通过精确计算掌子面的土压力，从而确定盾构机的土仓压力，并通过确定最大土层损失量，防止欠挖和过挖，使下穿火车站房过程中掌子面土压力维持平衡，避免盾构施工影响土地层应力；通过设置盾构速度以及纠偏量减小盾构施工对周围土地层的扰动；最后，随着盾构施工的进行向盾构管片与土地层之间注入同步注浆材料。
Description
技术领域
本发明属于盾构施工技术领域，具体涉及一种膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法。
背景技术
盾构法施工具有振动小、噪音低、施工进度快、作业安全可靠，盾构管片安装精度高、衬砌质量可靠、防水性能好、地表沉降小、占用场地少，对沿线居民生活、地下地面构筑物或建筑物影响小等优点。目前盾构法施工在我国越江工程、地下隧道等工程领域已经成为重要的可选隧道施工方法，并且在许多场合已经成为首选甚至唯一的方法。
国内自北京地铁1号线建成以来，我国已建成或在建地铁的城市越来越多，随着轨道交通建设的越来越多，建设环境随之变得复杂，其中与铁路股道及火车站相交施工的情况也陆续发生，目前地铁穿越火车站主要为穿越站场股道等，尚无盾构正穿火车站站房的施工实例，如何顺利的穿越火车站房，并且确保不会对周边的环境造成影响以及不会影响正在运营站房的上部结构安全是该施工过程中需要解决的难题。
火车站房由于前期施工，其下方为软硬不均匀土层，在盾构掘进的过程中，主机有着向地层较软一侧偏移的惯性，并且遇到天然含水率较高的膨胀土地层容易引起涌水现象使开挖面失稳，进而影响到了上部建筑物和隧道本身的安全，目前现有施工方法，无法精确控制土仓压力，土层损失量；无法精确掌握对地面建筑物的影响程度及影响；无法保证盾构对地下水不产生影响；所以如何控制施工参数是前期研究中必须面对的难题。
发明内容
本发明是要提供一种适用于膨胀土地层盾构正下穿火车站房的施工方法，以实现盾构施工安全、顺利完成对火车站房的穿越施工。
本发明为了实现上述目的所采用的技术方案是：
一种膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法，包括：
步骤S1，勘探；对被下穿火车站房进行勘探，得出火车站房与拟建盾构隧道的相对距离、地层情况以及火车站房的主体结构类型和基础类型；
步骤S2，监控量测布置；布置测量装置，检测盾构区间周围的地表沉降、盾构管片拱顶沉降及周边收敛、盾构隧道地层压力、土体水平位移和地面建筑物沉降以及变形情况；
步骤S3，进行盾构施工；设置盾构参数，进行盾构施工，该步骤包括：
步骤S31，确定盾构机土仓压力，使土仓压力与掌子面土压力保持平衡；
步骤S32，确定最大土层损失量，使盾构施工过程中土层损失与盾构侵入地层的体积对应；
步骤S33，确定盾构的推进速度，在盾构下穿火车站房时，使盾构推进速度不大于10mm/min；
步骤S35，同步注浆，随着盾构施工的进行向盾构管片与土地层之间注入同步注浆材料。
在如上所述的膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法中，作为优选方案，所述步骤S1中勘探地层情况包括勘探火车站房下方的土地层性质及厚度。
在如上所述的膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法中，作为优选方案，所述步骤S31中土仓压力为掌子面土压力的80％～120％；优选地，土仓压力为掌子面土压力的100％-120％。
在如上所述的膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法中，作为优选方案，所述步骤S31中掌子面土压力PF满足：
PF＝K0(γHa+γsatHw)
式中：
K0为静止土压力系数；
γ为土体重度；
γsat为土的饱和重度；
Hw为土体压力作用点到地下水位面距离；
Ha为地下水位面到地表距离。
在如上所述的膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法中，作为优选方案，所述步骤S32中每环盾构管片对应的最大土层损失量E满足：
式中：
D为隧道直径；
L为盾构管片的长度。
在如上所述的膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法中，作为优选方案，所述步骤S33具体为：当盾构机掘进至站房前50cm时，逐渐减慢掘进速度至不大于10mm/min；当出现盾构推力变化不大而掘进速度突然减低的情况时，调节盾构推力，使盾构掘进速度降低至不大于3mm/min。
在如上所述的膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法中，作为优选方案，在所述步骤S33中，盾构刀盘的转速设置为0.5～0.8r/min。
在如上所述的膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法中，作为优选方案，所述步骤S3还包括：步骤S34，确定盾构施工纠偏量，使盾构机的前端和后端偏离于盾构中心轴线的值控制在±10mm以内。
在如上所述的膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法中，作为优选方案，所述步骤S35中同步注浆材料中各组分的质量比为水泥：粉煤灰：膨润土：砂：水＝110：385：110：836：469。
在如上所述的膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法中，作为优选方案，所述步骤S3还包括：
步骤S36，二次注浆；根据步骤S2中检测的地表沉降情况，在距离盾构后端10环以上的管片处向衬砌背面注入单液浆，避免地表沉降；优选地，所述二次注浆材料为单液浆，所述单液浆中各组分的质量比为水泥：水＝1：0.8；再优选地，在注入单液浆之后，根据地面监测结果，当需要进行沉降控制时，采用双液浆进行多次补浆，所述双液浆中各组分的质量比为水泥：水玻璃：水＝1：0.06：0.8；再优选地，所述步骤S36中在遇砂层、断层处等特殊情况时直接采用双液浆注浆。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
本发明提供的膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法，通过对火车站房及其周边地层进行勘探，对火车站房基本情况进行统计了解，便于后续施工参考；通过布置多项监测项目，及时获知盾构施工对土地层以及火车站房的影响，为盾构施工提供调整依据；通过精确计算掌子面的土压力，从而确定盾构机的土仓压力，并通过精确计算最大土层损失量，防止欠挖和过挖，使下穿火车站房过程中掌子面土压力维持平衡，避免盾构施工影响土地层应力，从而使下穿区域的地表不发上沉降或者隆起；通过设置盾构速度以及纠偏量减小盾构施工对周围土地层的扰动；在盾构过程中采用同步注浆以及二次制浆确保盾构机后方的已铺装管片区域外围的土地层的稳定，避免地表沉降。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1是本发明实施例的膨胀土地层盾构下穿火车站房的施工方法流程图；
图2是盾构机掌子面压力分布示意图。
图中：1、盾构机；2、管片。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。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。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细阐述。应当理解，这些实例仅用于阐述本发明，并没有限定本发明的范围。
根据本发明的具体实施例，如图1和图2所示，本发明提供一种膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法，包括：
步骤S1，勘探；
对被下穿火车站房进行勘探，得出火车站房与拟建盾构隧道的相对距离、地层情况以及火车站房的主体结构类型和基础类型；其中勘探地层情况包括勘探火车站房下方的土地层性质及厚度，并勘探地下水位面距离地表的距离。
步骤S2，监控量测布置；
布置测量装置，检测盾构区间周围的地表沉降、盾构管片2拱顶沉降及周边收敛、盾构隧道地层压力、土体水平位移和地面建筑物沉降以及变形情况。
为保证周边环境安全和施工安全，应进行必要的施工监测，并定期提供监测资料。根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)的规定，确定允许变形控制值(即沉降值)。允许变形控制值的70％为预警值，允许变形控制值的80％为报警值；当监测数据达到或超过报警值时，应立即停止施工，并做出报告。一般地段，地面变形的限值根据基坑变形保护等级及基坑深度确定，特殊地段详专门的变形控制要求，施工监测应实行预警、警戒、极限三级管理。
步骤S3，进行盾构施工；
设置盾构参数，进行盾构施工，该步骤包括：
步骤S31，确定盾构机1土仓压力，使土仓压力与掌子面土压力保持平衡，土仓压力为掌子面土压力的80％～120％；优选地，土仓压力为掌子面土压力的100％-120％；掌子面土压力PF满足：
PF＝K0(γHa+γsatHw)
式中：
K0为静止土压力系数；
γ为土体重度；
γsat为土的饱和重度；
Hw为土体压力作用点到地下水位面距离；
Ha为地下水位面到地表距离。
地下水位面根据实际勘测探得出，根据北京工业大学硕士论文“软黏土地层电力隧道掌子面顶进压力与地层扰动规律研究”(2017年6月公开)可知，常规深度的地铁隧道盾构施工中，在整个盾构面所在竖直区间内土压力自上向下逐渐增大，形成一个直角梯形，且该直角梯形的下底边长度等于上底边长度的两倍。在该梯形中，土体压力作用点位于该梯形的形心处，设上底边长度为a，下底边长度为b，直角梯形的高即为盾构机1外径D，则b＝2a，形心距离下底边的距离d＝D/3*(2a+b)/(a+b)，得出d＝4D/9，该形心位于梯形的中位线下方。即该盾构掌子面土体压力作用点位于盾构中心轴下方且与盾构中心轴的距离为0.5D-d＝D/18。
步骤S32，确定最大土层损失量，使盾构施工过程中土层损失与盾构侵入地层的体积对应；每环盾构管片2对应的最大土层损失量E满足：
式中：
D为隧道直径；
L为盾构管片2的长度。
步骤S33、确定盾构的推进速度，在盾构下穿火车站房时，使盾构推进速度不大于10mm/min；具体为：当盾构机1掘进至站房前50cm时，逐渐减慢掘进速度至不大于10mm/min。在盾构推进(也可以称之为掘进)过程中，当出现盾构推力变化不大而掘进速度突然减低的情况时，一般是遇到硬岩等地层了，此时需要调节盾构推力，使盾构掘进速度降低至不大于3mm/min。在盾构推进过程中，盾构刀盘的转速设置为0.5～0.8r/min。
步骤S34，确定盾构施工纠偏量，使盾构机1的前端和后端偏离于盾构中心轴线的值控制在±10mm以内。
步骤S35、同步注浆，随着盾构施工的进行向盾构管片2与土地层之间注入同步注浆材料。在该步骤中同步注浆材料中各组分的质量比为水泥：粉煤灰：膨润土：砂：水＝110：385：110：836：469。
步骤S36，二次注浆；
根据步骤S2中检测的地表沉降情况，在距离盾构后端10环以上的管片2处向衬砌背面注入单液浆，避免地表沉降；在遇砂层、断层处等特殊情况时直接采用双液浆注浆。
优选地，二次注浆材料为单液浆，单液浆中各组分的质量比为水泥：水＝1：0.8；
再优选地，在注入单液浆之后，根据地面监测结果，当需要进行沉降控制时，采用双液浆进行多次补浆，双液浆中各组分的质量比为水泥：水玻璃：水＝1：0.06：0.8。
实施例1
本实施例为合肥市轨道交通1号线三期工程瑶海公园站～合肥火车站(在本实施例中简称合肥站)区间。
合肥站建筑年代早(1994年开始建造)，2010年重新加固施工的，本工程其盾构连续近距正穿通过火车站，在国内及国外均很少见。
合肥轨道交通1号线三期工程瑶海公园站～合肥站区间，采用2台盾构机1施工，左右线均在瑶海公园站南端始发，在合肥站两侧收。线路出瑶海公园站后，沿二环路先后以28‰和7.74‰(右线8.6‰)向下的坡度下穿北二环路高架桥及香江国际佳元7栋居民楼后,再以26.749‰(右线28‰)向上的坡度下穿合肥火车站无柱雨棚、股道群及合肥火车站站房到达合肥站，共设两组R＝5000m、一组R＝3000m的竖曲线,。本区间隧道为两条单洞单线圆形隧道，线间距为15～18.41m，最小曲线半径为360.5m。本区间设计起讫里程：左线为左ZK16+125.982～左ZK16+809.363，长链30.288m，区间线路长度713.669m；右线为右YK16+125.130～右YK16+809.363，区间线路长度684.233m。
瑶海公园站～合肥站区间隧道阜洞身主要穿越③黏土层；隧道所在区域土层自上而下主要为粉质黏土填土①层、杂填土①1层、黏土②层，为软硬不均匀的膨胀土地层。
如图1和图2所示，为本发明适用于膨胀土地层盾构下穿火车站房的施工方法流程图，具体施工方法包括以下步骤：
步骤S1，勘探；施工前对下穿火车站房周边进行勘探：
盾构隧道需要从合肥火车站房正下方穿过，合肥站站房为2层框架混凝土钢屋盖，基础形式为独立基础和人工挖孔桩，独立基础底标高为23.750m，人工挖孔桩桩径为1000mm和1200mm，扩底直径为1000～1800mm，桩长7100mm，桩底标高为21.750m，区间隧道下穿建筑物，盾构顶距独立基础底约5.683～8.135m，盾构顶距人工挖孔桩底6.153m。
步骤S2，监控量测布置；对站房周边进行监控量测布置：
为保证周边环境安全和施工安全，应进行必要的施工监测，并定期提供监测资料。根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)的规定，最大沉降允许值如下：(1)砖混结构、条形基础：基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值：0.004。(2)框架结构、桩基础：0.0021乘以相邻桩基的中心距离(mm)；计算得出本实施例中的允许变形控制值(即沉降值)在10mm以内。在本工程中，允许变形控制值的70％为预警值，允许变形控制值的80％为报警值；当监测数据达到或超过报警值时，应立即停止施工，并做出报告。一般地段，地面变形的限值根据基坑变形保护等级及基坑深度确定，特殊地段详专门的变形控制要求，施工监测应实行预警、警戒、极限三级管理。该监测项目见下表1：
表1区间隧道监测项目表
步骤S3，进行盾构施工；
根据勘探资料，初设施工参数：
盾构法施工引起建筑物沉降、地表沉降的内在原因是施工改变了土体的初始应力状态，对膨胀土的影响程度和影响范围主要取决于很多因素，包括土体性质，隧道周边荷载的影响，盾构机1的选型，施工参数(土仓压力、推进速度、刀盘转速、注浆压力、注浆量、土层损失率等)等。本发明实施例通过土仓压力的精确设定，控制最大土层损失量在合理范围，设置盾构推进速度和刀盘转速，进行同步注浆和二次注浆以及在盾尾加注油脂，从而实现在膨胀土地层中盾构平稳穿越火车站房。
在本实施例中，盾构外径为6.42m，盾构机1的管片2长度为1.2m。
步骤S31，确定盾构机1土仓压力，使土仓压力与掌子面土压力保持平衡，土仓压力为掌子面土压力的80％～120％；优选地，土仓压力为掌子面土压力的100％-120％；掌子面土压力PF满足：
PF＝K0(γHa+γsatHw)
式中：
盾构机1(即隧道直径)外径D为6.42m；
根据北京工业大学硕士论文“软黏土地层电力隧道掌子面顶进压力与地层扰动规律研究”(2017年6月公开)，静止土压力系数K0取值0.47，土体重度γ取值19.6kN/m3，土的饱和重度γsat取值20.3kN/m3；本实际施工的工程当中，隧道中心埋深为15m。地下水位面根据实际勘测探得出，连续12个月监测该火车站房处的地下水位面得出地下水位面到地表平均值为10.24m，作为地下水位面到地表距离距离，即Ha＝10.24m。
根据盾构机1外径D以及盾构中心距离地表距离15m计算得土体压力作用点距离地表的距离为15+6.42/18＝15.35m，土体压力作用点到地下水位面距离为Hw为15.35-10.24＝5.11m。
由此上述公式计算出掌子面土压力PF等于0.15Mpa，因此土仓压力应为0.15×80％～0.15×120％，即0.12～0.18Mpa。考虑到盾构上方为运营站房，人流量多，在穿越过程中土仓压力设定微高于计算得出的掌子面土压力，即土仓压力设置在0.15～0.18Mpa。
步骤S32，确定最大土层损失量，使盾构施工过程中土层损失(即出土量)与盾构侵入地层的体积对应；根据勘探资料设计施工参数包括最大土层损失量的取值，开挖土层损失要控制在5‰以内，每环盾构管片2对应的最大土层损失量E满足：
即每环管片2对应的出土量不得超过39.03m3。施工过程中可适当欠挖，保证盾构切口上方土体能有微量的隆起，抵消一部分土体的后期沉降量。具体控制方法：每环盾构管片2拼装完成后，在盾构的推进油缸上做好标记，推进过程中时时观察推进油缸的伸出量，当推进油缸伸出量(即油缸伸出的长度与管片2拼装完成后油缸伸出的长度的差)达到1.2m(管片2长度为1.2m)时，关闭螺旋输送机闸门，盾构继续向前推进2～3cm后停止推进，然后进行管片2拼装工作。
步骤S33，确定盾构的推进速度，在盾构下穿火车站房时，使盾构推进速度不大于10mm/min；具体为：当盾构机1掘进至站房前50cm时，逐渐减慢掘进速度至不大于10mm/min。并边推进边密切注意盾构推力、扭矩和掘进速度的变化情况，在盾构推进(也可以称之为掘进)过程中，当出现盾构推力变化不大而掘进速度突然减低的情况时，一般是遇到硬岩等地层了，此时需要调节盾构推力，使盾构掘进速度降低至不大于3mm/min。在盾构推进过程中，盾构刀盘的转速设置为0.5～0.8r/min。根据刀盘转速和推进速度，总推力和扭矩依照盾构机1自动控制，但是最大推力不得大于2500T，若推力过大，降低推进速度。
步骤S34，确定盾构施工纠偏量，使盾构机1的前端和后端偏离于盾构中心轴线的值控制在±10mm以内。在施工过程中由于断面内软硬不均，推力和扭矩变化较大，盾构主机有着向地层较软一侧偏移的惯性。即盾构机1在下穿站房时，遇到软硬不均的地层，此时盾构机1的姿态必须保持前后的偏差变化值控制在±10mm以内，防止由于盾构机1一边受力，姿态发生旋转，尾部姿态变化过大，造成地表和建筑物的沉降。盾构前体与盾尾通过铰接油缸连接的中折转角容易影响盾构精度，通常要求盾尾与未脱离盾尾的管片2环之间的空隙沿周边均匀，有利于掘进方向的控制，也有利于掘进方向的调整。
步骤S35，同步注浆，随着盾构施工的进行向盾构管片2与土地层之间注入同步注浆材料。严格控制注浆浆液，在该步骤中同步注浆材料中各组分的质量比为水泥：粉煤灰：膨润土：砂：水＝110：385：110：836：469。
在构施工过桩时每推进一环同步注浆量为7.1m3。注浆压力控制在4～5bar，例如4.5bar。压浆量和压浆点视压浆时的压力值和地层变形监测数据而定，一般情况下采用四点注浆(即沿管片2周向均布四个注浆点)的方式保证注浆压力及均匀性。为防止浆液在注浆系统内的硬化，在每次注浆循环的结束，注入自来水用以清洗注浆管，这样能够阻止注浆管发生堵塞。
步骤S36，二次注浆；
由于盾构推进时同步注浆的浆液在填补建筑空隙时可能会存在一定间隙，且浆液的收缩变形也存在地面变形的隐患，根据步骤S2中检测的地表沉降情况，对车架与盾尾间管片2进行二次注浆。浆液通过管片2的注浆孔注入地层，并在施工时采取推进和注浆联动的方式，注浆未达到要求，盾构暂停推进，以防止土体继续变形。根据施工中的变形监测情况，随时调整注浆量及注浆参数，壁后二次注浆根据地面监测情况随时调整，从而使地层变形量减至最小。具体为根据步骤S2中检测的地表沉降情况，在距离盾构后端10环以上的管片2处向衬砌背面注入单液浆，避免地表沉降；二次注浆材料为单液浆，单液浆中各组分的质量比为水泥：水＝1：0.8；在注入单液浆之后，根据地面监测结果，当需要进行沉降控制时，采用双液浆进行多次补浆，双液浆中各组分的质量比为水泥：水玻璃：水＝1：0.06：0.8。在遇砂层、断层处等特殊情况时为快速达到沉降控制效果直接采用双液浆注浆。双液注浆是将两种不同的浆液，通过两个注浆加压单元、两条注浆管道分别进入浆液混合段，混合均匀后注入目标地层。单液注浆是将一种浆液(可加入不同的附加剂)通过一个注浆加压单元，一条注浆管道注入目标地层。
为防止盾构掘进时，地下水及同步注浆浆液从盾尾窜入隧道及保护盾尾刷，须在盾尾钢板刷位置压注盾尾油脂，以达到盾构的密封功能。在盾构出洞前，对盾尾钢板刷涂刷足量均匀的盾尾油脂。盾尾油脂采用优质进口油脂，每环加注量控制在80～100kg。由于盾构需要穿越火车站房，在此种状况下推进，可能使土仓温度升高，影响机械运作，故在穿越站房推进时，要增大刀盘密封油脂的注入量，且每环不少于45kg，以保证机械的正常运转。
综上所述，本发明提供的膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法，通过对火车站房及其周边地层进行勘探，对火车站房基本情况进行统计了解，便于后续施工参考；通过布置多项监测项目，及时获知盾构施工对土地层以及火车站房的影响，为盾构施工提供调整依据；通过精确计算掌子面的土压力，从而确定盾构机的土仓压力，并通过精确计算最大土层损失量，防止欠挖和过挖，使下穿火车站房过程中掌子面土压力维持平衡，避免盾构施工影响土地层应力，从而使下穿区域的地表不发上沉降或者隆起；通过设置盾构速度以及纠偏量减小盾构施工对周围土地层的扰动；在盾构过程中采用同步注浆以及二次制浆确保盾构机后方的已铺装管片区域外围的土地层的稳定，避免发生沉降。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法，其特征在于，包括：
步骤S1，勘探；
对被下穿火车站房进行勘探，得出火车站房与拟建盾构隧道的相对距离、地层情况以及火车站房的主体结构类型和基础类型；
步骤S2，监控量测布置；
布置测量装置，检测盾构区间周围的地表沉降、盾构管片拱顶沉降及周边收敛、盾构隧道地层压力、土体水平位移和地面建筑物沉降以及变形情况；
步骤S3，进行盾构施工；
设置盾构参数，进行盾构施工，该步骤包括：
步骤S31，确定盾构机土仓压力，使土仓压力与掌子面土压力保持平衡；土仓压力为掌子面土压力的100％-120％；
步骤S32，确定最大土层损失量，使盾构施工过程中土层损失与盾构侵入地层的体积对应；
步骤S33，确定盾构的推进速度，当盾构机掘进至火车站房前50cm时，逐渐减慢掘进速度至小于10mm/min；当出现盾构推力变化不大而掘进速度突然减低的情况时，调节盾构推力，使盾构掘进速度降低至不大于3mm/min；
步骤S35，同步注浆，随着盾构施工的进行向盾构管片与土地层之间注入同步注浆材料；
同步注浆材料中各组分的质量比为水泥：粉煤灰：膨润土：砂：水＝110：385：110：836：469；
同步注浆时的注浆压力控制在4.5bar，沿管片周向均布四个注浆点，采用四点注浆的方式保证注浆压力及均匀性，在每次注浆循环结束时，注入自来水清洗注浆管，以防止注浆管发生堵塞；
在盾构出洞前，在盾尾钢板刷位置压注盾尾油脂，每环加注量控制在80～100Kg。
2.根据权利要求1所述的膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法，其特征在于，所述步骤S1中勘探地层情况包括勘探火车站房下方的土地层性质及厚度。
3.根据权利要求1所述的膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法，其特征在于，所述步骤S31中掌子面土压力PF满足：
PF＝K0(γHa+γsatHw)
式中：
K0为静止土压力系数；
γ为土体重度；
γsat为土的饱和重度；
Hw为土体压力作用点到地下水位面距离；
Ha为地下水位面到地表距离。
4.根据权利要求1所述的膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法，其特征在于，所述步骤S32中每环盾构管片对应的最大土层损失量E满足：
式中：
D为隧道直径；
L为盾构管片的长度。
5.根据权利要求1所述的膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法，其特征在于，在所述步骤S33中，盾构刀盘的转速设置为0.5～0.8r/min。
6.根据权利要求1所述的膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：
步骤S34，确定盾构施工纠偏量，使盾构机的前端和后端偏离于盾构中心轴线的值控制在±10mm以内。
7.根据权利要求1所述的膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：
步骤S36，二次注浆；
根据步骤S2中检测的地表沉降情况，在距离盾构后端10环以上的管片处向衬砌背面注入单液浆，避免地表沉降；
所述二次注浆材料为单液浆，所述单液浆中各组分的质量比为水泥：水＝1：0.8；
在注入单液浆之后，根据地面监测结果，当需要进行沉降控制时，采用双液浆进行多次补浆，所述双液浆中各组分的质量比为水泥：水玻璃：水＝1：0.06：0.8；
所述步骤S36中在遇砂层或断层处时直接采用双液浆注浆。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010027791.2A CN111156010B (zh) | 2020-01-10 | 2020-01-10 | 膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010027791.2A CN111156010B (zh) | 2020-01-10 | 2020-01-10 | 膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111156010A CN111156010A (zh) | 2020-05-15 |
| CN111156010B true CN111156010B (zh) | 2021-06-08 |
Family
ID=70562450
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010027791.2A Active CN111156010B (zh) | 2020-01-10 | 2020-01-10 | 膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111156010B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111693675B (zh) * | 2020-06-23 | 2021-06-11 | 中山大学 | 可模拟穿越既有构筑物的隧道非开挖施工试验装置及方法 |
| CN112285332B (zh) * | 2020-10-20 | 2023-04-21 | 上海公路桥梁（集团）有限公司 | 大断面矩形顶管减摩注浆的模拟试验方法 |
| CN113204823B (zh) * | 2021-05-20 | 2022-08-16 | 中国建筑第五工程局有限公司 | 双模盾构施工考虑软硬岩占比的地表最大沉降值计算方法 |
| CN113982612B (zh) * | 2021-11-19 | 2024-05-14 | 盾构及掘进技术国家重点实验室 | 一种盾构机姿态辅助调整装置及调整方法 |
| CN114607391B (zh) * | 2022-04-08 | 2023-05-09 | 中南大学 | 用于地铁隧道松散地层预加固施工方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09195699A (ja) * | 1996-01-22 | 1997-07-29 | Maeda Corp | 圧気シールド工法における湧水処理方法 |
| CN101126319A (zh) * | 2007-10-09 | 2008-02-20 | 中铁二局股份有限公司 | 盾构隧道侧向穿越桩基施工方法 |
| CN102312673A (zh) * | 2010-07-09 | 2012-01-11 | 上海市基础工程有限公司 | 复杂工况条件下盾构近距离穿越已运营地铁隧道施工方法 |
| CN102720508A (zh) * | 2012-04-28 | 2012-10-10 | 中铁二局股份有限公司 | 粉土粉砂地层连续下穿密集建筑物盾构施工方法 |
| CN102966358A (zh) * | 2012-11-12 | 2013-03-13 | 中铁二局股份有限公司 | 运营铁路正线下方盾构切削钢筋混凝土桩的施工方法 |
| CN103161470A (zh) * | 2011-12-13 | 2013-06-19 | 上海市基础工程有限公司 | 盾构长距离穿越大口径管线的施工方法 |
-
2020
- 2020-01-10 CN CN202010027791.2A patent/CN111156010B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09195699A (ja) * | 1996-01-22 | 1997-07-29 | Maeda Corp | 圧気シールド工法における湧水処理方法 |
| CN101126319A (zh) * | 2007-10-09 | 2008-02-20 | 中铁二局股份有限公司 | 盾构隧道侧向穿越桩基施工方法 |
| CN102312673A (zh) * | 2010-07-09 | 2012-01-11 | 上海市基础工程有限公司 | 复杂工况条件下盾构近距离穿越已运营地铁隧道施工方法 |
| CN103161470A (zh) * | 2011-12-13 | 2013-06-19 | 上海市基础工程有限公司 | 盾构长距离穿越大口径管线的施工方法 |
| CN102720508A (zh) * | 2012-04-28 | 2012-10-10 | 中铁二局股份有限公司 | 粉土粉砂地层连续下穿密集建筑物盾构施工方法 |
| CN102966358A (zh) * | 2012-11-12 | 2013-03-13 | 中铁二局股份有限公司 | 运营铁路正线下方盾构切削钢筋混凝土桩的施工方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 付亚雄.《软黏土地层电力隧道掌子面顶进压力与地层扰动规律研究》.《中国优秀啊硕士学位论文全文数据库工程科技II辑》.2018,(第07期), * |
| 杜能胜.《粉土粉砂质地层地铁盾构下穿既有铁路施工技术研究》.《路基工程》.2019,(第4期), * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111156010A (zh) | 2020-05-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111156010B (zh) | 膨胀土地层盾构穿越既有火车站房的施工方法 | |
| CN111396063B (zh) | 一种富水砂层盾构近距离上跨既有线下穿污水顶管的施工方法 | |
| CN100501124C (zh) | 地铁盾构区间隧道联络通道的施工方法 | |
| CN104088647B (zh) | 一种超大矩形断面盾构顶管机 | |
| CN100497841C (zh) | 支腿式地下连续墙施工工法 | |
| CN203905954U (zh) | 一种超大矩形断面盾构顶管机 | |
| CN105804761A (zh) | 适用于液化砂土地层盾构近距离穿越建筑物的施工方法 | |
| CN107842374B (zh) | 用于上软下硬富水地层的盾构新型惰性浆液及组合注浆工艺 | |
| CN105804758A (zh) | 浅覆土大断面小间距的矩形顶管上跨地铁隧道施工方法 | |
| CN109458185B (zh) | 上下重叠交叉并行隧道盾构施工方法 | |
| CN104912562A (zh) | 一种盾构下穿既有运营隧道变形控制的施工方法 | |
| CN106522989A (zh) | 风井结构和盾构掘进平行施工的方法 | |
| CN104455726A (zh) | 一种管道底部注浆加固的顶管施工方法 | |
| CN109707388B (zh) | 防止盾构机始发即下穿既有盾构隧道时地面塌陷的方法 | |
| CN108386202A (zh) | 城市地铁区间隧道单护盾tbm施工工法 | |
| CN114233385B (zh) | 一种斜井井筒突泥涌水的治理方法 | |
| CN110617067A (zh) | 一种极软弱围岩隧道全断面边界超前管棚低风险施工方法 | |
| CN110259467A (zh) | 泥水平衡盾构下穿江河施工方法 | |
| CN111677521B (zh) | 用于地铁区间隧道施工中高压燃气管沉降控制方法 | |
| CN211144498U (zh) | 新型盾构刀盘 | |
| CN110700848A (zh) | 小曲率半径盾构施工分段纠偏方法 | |
| CN113818889B (zh) | 一种地铁盾构隧道交叉穿越人防巷道施工方法 | |
| CN115681613A (zh) | 用于淤泥质粉质黏土层施工中的顶管施工方法 | |
| CN111335903B (zh) | 一种在节理带地层中下穿密集建筑群的施工方法 | |
| CN205296194U (zh) | 一种富水地层暗挖隧道咬合管幕 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |