CN111335903A - 一种在节理带地层中下穿密集建筑群的施工方法 - Google Patents

Abstract

一种在节理带地层中下穿密集建筑群的施工方法，包括微动探测地质、浆液制备、注浆封闭环、盾构掘进、同步注浆、二次注浆、监控量测和跟踪注浆的步骤。本发明所述方法适用于在节理带地层及建筑群密集段，且在缺少长距离详勘地质资料的情况下的盾构施工，能够有效地节约施工成本，减低施工难度。

Description

一种在节理带地层中下穿密集建筑群的施工方法

技术领域

本发明涉及盾构隧道施工技术领域，尤其涉及到一种在节理带地层中下穿密集建筑群的施工方法。

背景技术

目前，在节理带地层及建筑群密集段，且在缺少长距离详勘地质资料的情况下进行盾构施工，如果采用地面建筑物预加固或者临迁安置的方法进行施工，会造成很大的社会影响和经济损失及增加施工工期，难以达到预期成本和进度目标。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种在节理带地层中下穿密集建筑群的施工方法，适用于在节理带地层及建筑群密集段，且在缺少长距离详勘地质资料的情况下的盾构施工，能够有效地节约施工成本，减低施工难度。

本发明为了实现上述目的，所采用的技术方案为：提供了一种在节理带地层中下穿密集建筑群的施工方法，包括以下步骤：

1)微动探测地质：根据微动探测法设置地质探测点进行地质探测，根据探测参数绘制地质剖面图作为盾构前期施工的主要依据；

2)浆液制备：根据下穿环境进行浆液配比及制备；

3)注浆封闭环：在盾构进入节理带地层前和穿过节理带地层后，往盾构外周注入双液浆形成止水环，压力略大于土仓压力；

4)盾构掘进：在浅埋地层掘进时，土压设置为1.30～1.90bar，盾构连续均速推进，掘进速度控制在20～40mm/min，刀盘转速控制在1.4～1.5rmp；随着盾构机埋深的逐渐加深，根据地面监测数据逐步加大土压，同时应用气压辅助模式减小刀盘扭矩和推力；严格控制出渣量，防止超方，采用出土斗计算出渣量及运输渣土；

5)同步注浆：在盾构掘进的同时采用步骤2)中的浆液进行同步注浆，其中，当盾构下穿井道时采用盾尾后方管片开孔注浆方式进行壁后填充；当盾构下穿民房建筑群时采用同步注浆系统及盾尾的内置注浆管，双泵四管路对称同时注浆；

6)二次注浆：在盾构掘进的同时进行二次注浆；

7)监控量测：在盾构下穿之前，在隧道结构边线25～35m范围的建构筑物外墙四角和受力结构柱处上布置沉降与倾斜测点，盾构施工过程中对建构筑物的沉降变化情况进行监测反馈，指导施工参数调整和应急处理；

8)跟踪注浆：在盾构下穿之前，在隧道外轮廓0.5～1.5倍洞径范围内的重要建筑物或危房，隧道上方的四周及隧道一侧按三边显U型布置预埋阀管，注浆管内外层间距为0.5～1.5m，梅花型布置，注浆管介入基础底部不少于3m，根据监控数据来跟踪注浆。

作为本发明的进一步改进，步骤1)中还包括以下内容：

探测点台阵半径为9m，呈三角形布设，每两个台阵探测点间距控制在20～30m；

探测点布设15处，选择重点保护建筑和结构基础较差的民房区域进行布设，布设点需满足布设空间的要求；

通过对探测点的波形数据收集，过滤无用波保留有用波形数据，对比参照孔相关波形和地质信息，进而对各探测点的岩性、分层界面和深度等进行分析、解释，最终连接成盾构施工所需的地质剖面图；

在盾构施工过程中，结合盾构渣样进行进一步的验证分析，判断地质剖面图解释各分段地层的准确性和合理性，并依据渣样特性和探测参数进行再次的比对、拟合相关参数，进行地质剖面图的解释修正，进一步补充和完善图纸，为后续掘进施工提供更为准确的地质信息，以便制定和调整掘进参数。

作为本发明的进一步改进，步骤2)中还包括以下内容：

下穿井道时，浆液的配比为水泥：膨润土：水＝1:1.08:2.86，比重1.41，注入时混合16％的水玻璃，初凝时间15S；

下穿民房建筑群时，浆液的配比为水泥：膨润土：粉煤灰：水＝1:0.7:0.54:2.65，比重1.6，注入时混合16％的水玻璃；初凝时间20S。

作为本发明的进一步改进，步骤4)中，盾构机下穿井道时，刀盘在井道前后2环时减少泡沫使用量，采用水和气压辅助进行掘进控制，同时注意控制土仓压力，如有条件略低于正常压力值，防止泥浆扩散窜入水井。

作为本发明的进一步改进，步骤5)中，还包括以下内容：

盾构下穿井道时，以2点位和10点位注浆，靠近井道的一侧注浆量少于远离井道的一侧，同时在掘进时两侧的注浆量严格控制在2：1，每环实际注浆量控制在理论量的1～1.2倍；

盾构下穿民房建筑群时，以盾体上方两根管路为主，每环实际注浆量控制在理论量的1.7～1.9倍；

每一环的注浆方量都进行严格管控，确保注浆量饱满，注浆压力控制在0.25～0.35MPa，同时对于出土略有异常的位置，盾尾到达时加大注浆量，做到及时填充和闭合，确保地面沉降数据可控。

作为本发明的进一步改进，步骤6)中，还包括以下内容：

二次注浆位置在盾尾4～8环，注浆点在3、9点位上，单孔注浆量为0.5～1方，浆液失去流动性控制在30s；

注浆压力控制不超过0.5Mpa，当注浆过程中压力过大，暂停几分钟再继续注浆；

注浆所用浆液的水泥浆水灰比为1.0，水玻璃波美度为15，水泥浆：水玻璃＝1：1，凝结时间为30s。

作为本发明的进一步改进，步骤8)中，还包括以下内容：

注浆压力终压值按0.3～0.5MPa控制，注浆施工过程中对地表及建筑物抬升情况进行监测，及时调整注浆压力，防止注浆压力过大对建筑物造成损害；

注浆顺序为先基础两边后中间，隔孔交替注浆；

浆液材料采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比为0.6～2.0，注浆时部分掺用粉煤灰，掺入量为水泥重量的20％～50％；

整个注浆结束后采取水泥砂浆对钻孔孔进行封堵处理。

作为本发明的进一步改进，步骤8)中，注浆结束标准为：

注浆压力逐步升高，当到达终压并继续注浆30分钟以上；

注入量与设计注入量大致接近，注浆结束时的进浆量在30L/min下；

根据监测信息反馈、累计沉降及不均匀沉降经分析确认得到有效控制的情况下提前结束注浆。

本发明的有益效果为：

一、采用本发明所述方法探明地质情况，并通过对掘进技术和参数的研究分析以及改进提高，有效的控制了地面及房屋沉降，取消了隧道边线2倍洞径范围内多数房屋地面预注浆和跟踪注浆加固和临迁安置，节约了工程成本，加快施工进度，减少施工噪声污染，减少了大量繁杂的协调及流程手续工作，减低了施工安全风险。

二、本发明所述方法，适用于建构筑物布置密集，巷道狭小，设备难以转运，管线多，施工难度极大，施工风险高的情况，在复杂环境中代替常规钻孔取芯揭示地层构造的技术，避免了设备工作空间受限，减少了人力和设备的投入使用，节约了施工成本；避免了对地面和未知管线的破坏，减低了施工难度；为复杂环境下的地质勘察提供了新的解决方法和思路。

三、本发明适用于复杂环境中无地质详细条件，建构筑物布置密集，且节理带裂隙发育度高，地下水较丰富的岩层的工程，通过注浆工艺和注浆方法的创新，以及掘进参数控制技术的改进提高，阻断构造裂隙水，有效的控制地面沉降。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

某地铁项目盾构施工采用了本发明在未明节理带地层带下穿密集建筑群。选用两台8780盾构机进行施工，该段盾构隧道在某里程约区间下穿节理带地层中的村落建筑群，隧道拱顶最小埋深约12.6m、最大埋深约16.2m。

该区间隧道结构外边线60m保护范围内的房屋﹑厂房等一共164座及下穿一座年代久远的古井和祠堂，均是保护文物单位，距今有600余年。建筑物多为天然基础﹑条形基础等浅基础，埋深约0.5～3m，结构形式多为砖混结构；还存在少部分年代久远的危房。其中左线隧道侧穿古井，隧道边线距古井水平距离2.25米，拱顶距离古井底部约8.5米，井深约2.5m。

由于建筑密集无法进行详勘作业，缺少详勘地质资料，根据村落前后的详勘钻孔地质揭示到构造迹象和混合花岗岩，节理带分为土状节理带和角砾状节理带，断裂影响下的节理带的岩体较为破碎，局部夹中风化岩层，推测该区间有断裂带影响下的构造节理带。

构造裂隙水主要赋存在构造节理带中，水量较丰富，本区间构造节理带地段基岩埋深较浅，局部上覆隔水层较薄，地下水可直接接受降水补给，与基岩裂隙水连通性较好。场地基岩裂隙水、构造裂隙水主要受上覆含水层垂直渗透补给以及水平裂隙侧向补给。

由于岩层的涌水量主要由其裂隙发育程度所控制，存在明显的不均匀性，因此并不能排除有较大涌水量的可能。块状基岩裂隙水主要赋存在混合花岗岩的强风化带和中风化带中。

针对上述情况，采用以下步骤进行施工：

1)微动探测地质：

a、选择探测点，探测点台阵半径选择为9m，呈三角形布设，从而达到对地层50m探测深度和精度的要求；每两个台阵探测点间距控制在20～30m，有利于得到更详细和准确的地质剖面数据；

b、布设点的选取：根据微动探测的技术特点布设15处地质探测点，主要针对重点保护建筑和结构基础较差的民房区域进行重点布设，选取合适的巷道以满足布设空间的要求。

c、探测成果及解释：通过对探测点的波形数据收集，过滤无用波保留有用波形数据，对比参照孔相关波形和地质信息，进而对各探测点的岩性、分层界面和深度等进行分析、解释，最终连接成盾构施工所需的地质剖面图；

d、探测成果修正及应用：将绘制的地质剖面图作为盾构前期施工的主要依据，在盾构施工过程中，结合盾构渣样进行进一步的验证分析，判断地质剖面图解释各分段地层的准确性和合理性，并依据渣样特性和探测参数进行再次的比对、拟合相关参数，进行地质剖面图的解释修正，进一步补充和完善图纸，为后续掘进施工提供更为准确的地质信息，以便制定和调整掘进参数。

2)浆液制备：根据下穿环境进行浆液配比及制备，其中：

a、下穿井道时需浆液的凝固时间相对较快，填充范围相对较小避免浆液堵塞井道裂隙或流窜到井水中，浆液的配比为水泥：膨润土：水＝1:1.08:2.86，比重1.41，注入时混合16％的水玻璃，初凝时间15S；

b、下穿民房建筑群时需浆液的凝固时间相对变长，填充范围变大，保证填充饱满性，防止出现裂隙水，且控制地层沉降，浆液的配比为水泥：膨润土：粉煤灰：水＝1:0.7:0.54:2.65，比重1.6，注入时混合16％的水玻璃；初凝时间20S。

c、浆液和水玻璃混合凝固后具有一定的微膨胀效果，且7天的凝固强度可以到达1.5Mpa，满足壁后注浆要求，这对于富水地层中管片壁后填充，地面及房屋沉降控制具有重要意义。

3)注浆封闭环：在盾构进入节理带地层前和穿过节理带地层后，通过盾构上的注入孔往盾构外周注入双液浆形成止水环，压力略大于土仓压力，确保节理带裂隙水不会进入到隧道与地层间的缝隙中，防止隧道上浮。

4)盾构掘进：

a、在浅埋地层掘进时，根据盾构埋深、盾构机设备性能和沉降控制要求，土压设置为1.30～1.90bar，盾构连续均速推进，掘进速度控制在20～40mm/min，适当降低刀盘转速，减少对地层的扰动，刀盘转速控制在1.4～1.5rmp；随着盾构机埋深的逐渐加深，根据地面监测数据逐步加大土压，同时应用气压辅助模式减小刀盘扭矩和推力，避免实土压造成刀具的过快磨损，减小下方房屋时开仓换刀的风险；严格控制出渣量，防止超方，采用出土斗计算出渣量及运输渣土，通过节理带地层后再使用皮带机运输渣土；

b、盾构机下穿井道时，刀盘在井道前后2环时减少泡沫使用量，采用水和气压辅助进行掘进控制，同时注意控制土仓压力，如有条件可略低于正常压力值，防止泥浆扩散窜入水井。

5)同步注浆：在盾构掘进的同时采用步骤2)中的浆液进行同步注浆，其中：

a、当盾构下穿井道时采用盾尾后方管片开孔注浆方式进行壁后填充，主要以2点位和10点位注浆为主，靠近井道的一侧注浆量少于远离井道的一侧，同时在掘进时两侧的注浆量严格控制在2：1，每环实际注浆量控制在8～9方，约为理论量的1.1倍；

b、当盾构下穿民房建筑群时采用同步注浆系统及盾尾的内置注浆管，双泵四管路(四注入点)对称同时注浆，以盾体上方两根管路为主，既能保证管片出盾尾后浆液能及时填充壁后空隙、阻断裂隙水、控制沉降，又能防止丰富的地下水造成的管片上浮。每环实际注浆量控制在10～12方，约为理论量的1.7～1.9倍；

c、每一环的注浆方量都进行严格管控，确保注浆量饱满，注浆压力控制在0.25～0.35MPa，同时对于出土略有异常的位置，盾尾到达时加大注浆量，做到及时填充和闭合，确保地面沉降数据可控。

6)二次注浆：在盾构掘进的同时进行二次注浆，其中：

a、二次注浆位置一般在盾尾4～8环，注浆点主要在3、9点位上，单孔注浆量为0.5～1方，浆液失去流动性控制在30s；

b、注浆压力控制不超过0.5Mpa，当注浆过程中压力过大，暂停几分钟再继续注浆；

c、注浆所用浆液的水泥浆水灰比为1.0，水玻璃波美度为15，水泥浆：水玻璃＝1：1，凝结时间为30s

d、确保填充管片壁后因同步注浆填充不饱满的间隙，有效预防和控制沉降。

7)监控量测：

在盾构下穿之前，在隧道结构边线25～35m范围的建构筑物外墙四角和受力结构柱处上布置沉降与倾斜测点，盾构施工过程中每间隔2小时对建构筑物的沉降变化情况进行监测反馈，指导施工参数调整和应急处理；

8)跟踪注浆：

a、在盾构下穿之前，在隧道外轮廓约1倍洞径范围内的重要建筑物或危房，隧道上方的四周及隧道一侧按三边显U型布置预埋阀管，注浆管内外层间距约为1m，梅花型布置，注浆管介入基础底部不少于3m，根据监控数据来跟踪注浆。

b、注浆浆液类型及注浆参考参数：

一、注浆压力终压值按0.3～0.5MPa控制，注浆施工过程中对地表及建筑物抬升情况进行监测，及时调整注浆压力，防止注浆压力过大对建筑物造成损害；

二、注浆顺序为先基础两边后中间，隔孔交替注浆；

三、浆液材料采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比为0.6～2.0，常用的水灰比为1.0，注浆时可部分掺用粉煤灰，掺入量为水泥重量的20％～50％；

四、整个注浆结束后采取水泥砂浆对钻孔孔进行封堵处理；

c、注浆结构标准：

一、注浆压力逐步升高，当到达终压并继续注浆30分钟以上；

二、有一定注入量，注入量与设计注入量大致接近，注浆结束时的进浆量一般都在30L/min下；

三、根据监测信息反馈、累计沉降及不均匀沉降经分析确认得到有效控制的情况下提前结束注浆。

通过采用一种在节理带地层中下穿密集建筑群的施工方法，对古井及其水源进行了有效保护，地面沉降控制最大-5mm，未对密集建筑群产生任何破坏和影响，安全顺利的完成了盾构下穿施工任务。

以上所举实施例仅用来方便举例说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (8)

1.一种在节理带地层中下穿密集建筑群的施工方法，其特征在于包括以下步骤：

1)微动探测地质：根据微动探测法设置地质探测点进行地质探测，根据探测参数绘制地质剖面图作为盾构前期施工的主要依据；

2)浆液制备：根据下穿环境进行浆液配比及制备；

3)注浆封闭环：在盾构进入节理带地层前和穿过节理带地层后，往盾构外周注入双液浆形成止水环，压力略大于土仓压力；

4)盾构掘进：在浅埋地层掘进时，土压设置为1.30～1.90bar，盾构连续均速推进，掘进速度控制在20～40mm/min，刀盘转速控制在1.4～1.5rmp；随着盾构机埋深的逐渐加深，根据地面监测数据逐步加大土压，同时应用气压辅助模式减小刀盘扭矩和推力；严格控制出渣量，防止超方，采用出土斗计算出渣量及运输渣土；

5)同步注浆：在盾构掘进的同时采用步骤2)中的浆液进行同步注浆，其中，当盾构下穿井道时采用盾尾后方管片开孔注浆方式进行壁后填充；当盾构下穿民房建筑群时采用同步注浆系统及盾尾的内置注浆管，双泵四管路对称同时注浆；

6)二次注浆：在盾构掘进的同时进行二次注浆；

7)监控量测：在盾构下穿之前，在隧道结构边线25～35m范围的建构筑物外墙四角和受力结构柱处上布置沉降与倾斜测点，盾构施工过程中对建构筑物的沉降变化情况进行监测反馈，指导施工参数调整和应急处理；

8)跟踪注浆：在盾构下穿之前，在隧道外轮廓0.5～1.5倍洞径范围内的重要建筑物或危房，隧道上方的四周及隧道一侧按三边显U型布置预埋阀管，注浆管内外层间距为0.5～1.5m，梅花型布置，注浆管介入基础底部不少于3m，根据监控数据来跟踪注浆。

2.根据权利要求1所述的一种在节理带地层中下穿密集建筑群的施工方法，其特征在于：步骤1)中还包括以下内容：

探测点台阵半径为9m，呈三角形布设，每两个台阵探测点间距控制在20～30m；

探测点布设15处，选择重点保护建筑和结构基础较差的民房区域进行布设，布设点需满足布设空间的要求；

通过对探测点的波形数据收集，过滤无用波保留有用波形数据，对比参照孔相关波形和地质信息，进而对各探测点的岩性、分层界面和深度等进行分析、解释，最终连接成盾构施工所需的地质剖面图；

在盾构施工过程中，结合盾构渣样进行进一步的验证分析，判断地质剖面图解释各分段地层的准确性和合理性，并依据渣样特性和探测参数进行再次的比对、拟合相关参数，进行地质剖面图的解释修正，进一步补充和完善图纸，为后续掘进施工提供更为准确的地质信息，以便制定和调整掘进参数。

3.根据根据权利要求1所述的一种在节理带地层中下穿密集建筑群的施工方法，其特征在于：步骤2)中还包括以下内容：

下穿井道时，浆液的配比为水泥：膨润土：水＝1:1.08:2.86，比重1.41，注入时混合16％的水玻璃，初凝时间15S；

下穿民房建筑群时，浆液的配比为水泥：膨润土：粉煤灰：水＝1:0.7:0.54:2.65，比重1.6，注入时混合16％的水玻璃；初凝时间20S。

4.根据权利要求1所述的一种在节理带地层中下穿密集建筑群的施工方法，其特征在于：步骤4)中，盾构机下穿井道时，刀盘在井道前后2环时减少泡沫使用量，采用水和气压辅助进行掘进控制，同时注意控制土仓压力，如有条件略低于正常压力值，防止泥浆扩散窜入水井。

5.根据权利要求1所述的一种在节理带地层中下穿密集建筑群的施工方法，其特征在于：步骤5)中，还包括以下内容：

盾构下穿井道时，以2点位和10点位注浆，靠近井道的一侧注浆量少于远离井道的一侧，同时在掘进时两侧的注浆量严格控制在2：1，每环实际注浆量控制在理论量的1～1.2倍；

盾构下穿民房建筑群时，以盾体上方两根管路为主，每环实际注浆量控制在理论量的1.7～1.9倍；

每一环的注浆方量都进行严格管控，确保注浆量饱满，注浆压力控制在0.25～0.35MPa，同时对于出土略有异常的位置，盾尾到达时加大注浆量，做到及时填充和闭合，确保地面沉降数据可控。

6.根据权利要求1所述的一种在节理带地层中下穿密集建筑群的施工方法，其特征在于：步骤6)中，还包括以下内容：

二次注浆位置在盾尾4～8环，注浆点在3、9点位上，单孔注浆量为0.5～1方，浆液失去流动性控制在30s；

注浆压力控制不超过0.5Mpa，当注浆过程中压力过大，暂停几分钟再继续注浆；

注浆所用浆液的水泥浆水灰比为1.0，水玻璃波美度为15，水泥浆：水玻璃＝1：1，凝结时间为30s。

7.根据权利要求1所述的一种在节理带地层中下穿密集建筑群的施工方法，其特征在于：步骤8)中，还包括以下内容：

注浆压力终压值按0.3～0.5MPa控制，注浆施工过程中对地表及建筑物抬升情况进行监测，及时调整注浆压力，防止注浆压力过大对建筑物造成损害；

注浆顺序为先基础两边后中间，隔孔交替注浆；

浆液材料采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比为0.6～2.0，注浆时部分掺用粉煤灰，掺入量为水泥重量的20％～50％；

整个注浆结束后采取水泥砂浆对钻孔孔进行封堵处理。

8.根据权利要求7所述的一种在节理带地层中下穿密集建筑群的施工方法，其特征在于：步骤8)中，注浆结束标准为：

注浆压力逐步升高，当到达终压并继续注浆30分钟以上；

注入量与设计注入量大致接近，注浆结束时的进浆量在30L/min下；

根据监测信息反馈、累计沉降及不均匀沉降经分析确认得到有效控制的情况下提前结束注浆。