CN111706341A - 土压平衡盾构下穿大直径污水干管施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及盾构施工技术领域,具体是土压平衡盾构下穿大直径污水干管施工方法,用于解决现有技术中盾构下穿大直径污水干管时,存在施工难度大、风险性高,控制不当极易造成重大人员伤亡和经济损失的问题。本发明包括以下步骤:步骤一:工程调研,采用水下彩色电视和地质雷达;步骤二:隧道与污水管相互影响预测,采用地层一结构模型进行变形分析;步骤三:下穿前施工准备,采用60m实验段进行综合统计分析;步骤四:盾构下穿掘进,采用克泥效工法控制地层沉降。本发明中通过工程调研、隧道与污水管相互影响预测、下穿前施工准备、盾构下穿掘进可以有效的降低施工难度和降低相应风险,从而可以减少人员伤亡和经济损失。
Description
技术领域
本发明涉及盾构施工技术领域,尤其涉及小型带加力涡轮喷气发动机点火系统,更具体的是涉及土压平衡盾构下穿大直径污水干管施工方法。
背景技术
地铁是在城市中修建的快速、大运量、用电力牵引的轨道交通,列车在全封闭的线路上运行,位于中心城区的线路基本设在地下隧道内,中心城区以外的线路一般设在高架桥或地面上,地铁是涵盖了城市地区各种地下与地上的路权专有、高密度、高运量的城市轨道交通系统,地铁的线路中隧道是不可避免的。
现有技术中修建地铁隧道通常是采用盾构法,盾构法隧道施工主要采用的是土压平衡盾构机和泥水平衡盾构机,与泥水平衡盾构机相比,土压平衡盾构机具有环境污染小、占地空间小的优点,城市地铁区间施工一般选用土压平衡盾构机。而地铁线路基本都沿市区主干道路敷设,发展成熟的城市主干道路下方管线布设错综复杂,地铁施工过程中盾构机下穿管线是不可避免的,特别是在富水松软地层中盾构掘进,地表沉降难以控制,对管线的破坏尤为严重。
尤其是盾构下穿大直径污水干管时,存在施工难度大、风险性高的特点,控制不当极易造成重大人员伤亡和经济损失。为解决该问题,我们提出了一种土压平衡盾构下穿大直径污水干管施工方法。
发明内容
基于以上问题,本发明的目的在于提供土压平衡盾构下穿大直径污水干管施工方法,用于解决现有技术中盾构下穿大直径污水干管时,存在施工难度大、风险性高,控制不当极易造成重大人员伤亡和经济损失的问题。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案:
土压平衡盾构下穿大直径污水干管施工方法,包括以下步骤:
步骤一:工程调研,采用水下彩色电视对污水井及污水管是否存在破裂、渗漏、变形、错口危险情况进行排查,采用地质雷达探测成像后波形图,综合判断污水管线上方及周围土体有无明显空洞;
步骤二:隧道与污水管相互影响预测,采用地层-结构模型进行变形分析,计算模型选取污水管的有效影响范围,分析污水管的受力与变形情况;
步骤三:下穿前施工准备,采用60m实验段进行综合统计分析土压、速度、推力、扭矩、注浆量和地面沉降参数,确定盾构掘进参数;
步骤四:盾构下穿掘进,采用克泥效工法控制地层沉降,采用位移杆法在管体上布设监测点进行直接监测污水管线结构沉降变形,建立预警机制,及时进行预警预报,直至盾构下穿污水管施工完成。
其中,步骤二中所述隧道与污水管相互影响预测包括计算模型和模拟开挖。
所述模拟开挖包括以下步骤:
步骤1:地应力平衡模拟;
步骤2:区间左线盾构隧道开挖,施加盾构管片及注浆;
步骤3:区间右线盾构隧道开挖,施加盾构管片及注浆
步骤三中所述下穿前施工准备还包括设备检修、人员配置、领导值班、应急预案。
步骤四中所述盾构下穿掘进还包括盾构姿态控制及调整、渣土改良、出土量控制、洞内注浆加固和施工检测。
优选的,所述渣土改良采用泡沫与膨润土配合改良,所述膨润土与渣土的配比为1∶11。所述洞内注浆加固包括同步注浆、二次补强注浆和深孔跟踪注浆。
所述同步注浆的注浆速度为0.15~0.25m/mi n,注浆材料为具有5%膨胀性能的浆液。
所述二次补强注浆的浆液为双液浆,所述双液浆注浆压力为0.3~0.6Mpa。
所述克泥效工法采用的溶液包括克泥效水溶液和塑强调整剂,所述克泥效水溶液和塑强调整剂的体积比为20∶1,所述克泥效水溶液的浓度为400~500kg/m。
本发明的有益效果如下:
(1)本发明中盾构下穿大直径污水干管时,通过工程调研、隧道与污水管相互影响预测、下穿前施工准备、盾构下穿掘进每步对应的方式方法可以有效的降低施工难度和降低相应风险,从而可以减少人员伤亡和经济损失。
(2)本发明中通过利用SD-1型水下彩色电视对污水井及污水管实现了拍照、录像、可视化安全隐患排查,能够有针对性制定施工方案,降低了盾构下穿施工的风险。
(3)本发明中通过利用地质雷达探测成像技术,可有效探测管道周边空洞情况,实现提前发现提前处理,避免施工时对管线结构造成破坏。
(4)本发明中通过利用地层一结构模型进行盾构下穿污水管时的变形分析,可从理论上初步确定盾构下穿施工的可行性。
(5)本发明中通过利用60m试验段,确定最优盾构掘进参数,保证了盾构机匀速、连续、均衡施工。
(6)本发明中通过利用克泥效工法控制盾体上方土体的沉降,可进一步控制污水管沉降变形,最大程度上保证了污水管的安全。
(7)本发明中通过利用位移杆法监测措施,能够直接监测污水管线结构沉降变形,监测数据更加真实可靠。
附图说明
图1为本发明的施工流程图;
具体实施方式
为了本技术领域的人员更好的理解本发明,下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例:
如图1所示,土压平衡盾构下穿大直径污水干管施工方法,在施工前,对盾构施工影响范围内的污水管进行详细调研,主要包括污水管竣工资料、区间隧道设计资料和现场周边环境,以便掌握盾构下穿污水管的施工风险;考虑到施工引起的污水管沉降与地层关系密切,采用地层一结构模型进行变形分析,模拟污水管的受力与变形情况,理论上确定盾构下穿污水管的安全性;下穿前设置60m实验段,综合统计分析土压,速度、推力、扭矩、注浆量及地面沉降参数等,确定盾构掘进最优参数,下穿过程中匀速、连续、均衡施工,以尽量减少对土体的扰动;为进一步控制污水管沉降变形,在区间盾构下穿污水管掘进施工时,通过前盾径向注浆孔注入克泥效溶液,可有效控制盾体上方土体的沉降;同时,加密地面监测点,加强对地表沉降监测,另外在下穿污水管区间段采用位移杆法在管体上布设直接监测点,直接监测污水管线结构沉降变形,建立数据预警机制,及时有效的进行同步注浆和二次注浆,确保盾构下穿大直径污水管线安全可控。
具体的,本发明的施工步骤如下:
步骤一:工程调研。
1根据污水管竣工图纸及区间隧道设计图,确定污水管影响范围及污水管与隧道开挖面的位置关系;
2施工前,安排专人对沿线盾构施工影响范围内的污水管线进行详细调查,包括管线位置、检查井完整程度、埋深及水量等情况;
3施工前,通过SD-1型水下彩色电视对污水井及污水管是否存在破裂、渗漏、变形及错口等危险情况进行排查,保证盾构施工安全;
4施工前,采用洛阳铲对污水管周围土体进行取样,综合分析土样,再次确定污水管有无渗漏;
5施工前,对下穿污水管段,通过地质雷达探测成像后的波形图,综合判断污水管线上方及周围土体有无明显空洞,若存在空洞进行注浆填充。
步骤二:隧道与污水管相互影响预测。
考虑到施工引起的污水管沉降与地层关系密切,采用地层-结构模型进行变形分析;计算模型选取污水管的有效影响范围,分析污水管的受力与变形情况。
1计算模型
选取一定体积的土体作为考察范围,计算模型周围土体以及衬砌注浆单元采用实体单元,污水管采用壳单元。不同土层赋予不同参数,边界条件选用顶部自由,底部固定,其他面均采用法向约束。
2模拟开挖
根据施工方案,模型分为以下几个阶段进行:
1)地应力平衡模拟
2)区间左线盾构隧道开挖(开挖速度10环/天),施加盾构管片及注浆。
3)区间右线盾构隧道开挖(开挖速度10环/天),施加盾构管片及注浆。
步骤三:下穿前施工准备。
1掘进参数控制
盾构下穿污水管前60m范围设置试验段,并详细记录各项掘进参数、地面及管线监测情况,对盾构下穿污水管前60m范围内的掘进参数及地面沉降情况进行统计分析,确定合理的土压力设定值、排土率及掘进速度等,动态优化调整设定掘进最优参数。
2设备检修
盾构机在下穿污水干管前20m时,对盾构所有设备(包含注浆系统、密封系统、泡沫系统、推进千斤顶及监控系统等设备)、地面搅拌站和龙门吊进行全面检修维保,确保穿越过程中设备无故障,避免在下穿时长时间停机;备足易损配件,保证故障及时更换,做好各种物资、耗材和构配件储备,保证连续均衡掘进。
3人员配置
操作手选用经验丰富成熟人员,设备机电人员配置厂家经验丰富4人(每台机),各关键岗位(盾构司机、管片拼装工、电瓶车司机、龙门吊司机)选用有丰富施工经验的人员,定岗定人。
4领导值班
下穿施工过程中,项目部联合业主、监理、指挥部等各方相关领导24小时在现场监控室排班值班,出现异常及时响应和解决。
5应急预案
建立集团公司、分公司、项目部三级应急抢险组织机构,明确职责分工,建立专门应急库房,储备充足应急抢险物资和设备,并由专人管理。一旦发生险情,按照应急响应程序立即上报,并开展相应的应急抢险工作。
步骤四:盾构下穿掘进。
1盾构姿态控制及调整
1)盾构下穿污水管前应对盾构姿态进行复测,确保盾构以设计姿态下穿污水管。
2)盾构姿态监控可通过自动导向系统和人工测量复核进行盾构姿态监测。
3)随着盾构推进导向系统后视基准点需要前移,必须通过人工测量来进行精确定位。
4)盾构掘进过程中,盾构姿态应保持平稳,推进速度要保持相对的平衡,避免超挖或欠挖。
5)尽量缩短管片拼装时间,防止盾构机后退导致正面土压力降低,必要时可采取在管片拼装中途启动千斤顶或土仓内加压等技术措施。
6)推进过程中出现的小偏差应及时纠正,盾构姿态控制在±30mm以内,盾构机纠偏不宜过快,以免产生管片错台及破损等质量缺陷,遵循“勤纠、缓纠、次多量小”原则,每环纠偏量宜控制在2~5mm以内。
2渣土改良
采用泡沫与膨润土配合改良,确保渣土的流动性和止水性。
1)在穿越风险源段宜选用优质康达特泡沫剂,通过盾构机上的泡沫系统注入。
2)由于膨润土浆液刚搅拌出改良土体不理想,经过24h发酵后有更好的改善效果,在地面修砌膨润土浆液池,将其分为两部分,一部分为新浆液调制池,另一部分为发酵24h后的浆液作为盾构掘进使用。
3)膨润土与渣土配比选择1∶11,结合现场实际情况每环使用膨润土浆液为3~5m。
3出土量控制
1)结合当地盾构的实际施工经验通常以每环出土量57m3为准,上下最大偏差不超过2m3。
2)每车出土量17m3(渣土车容积为18m3),与相应的推进距离0.45m及时对比复核。
3)每环出土重量以门式起重机出土累计称重116.85t及时对比复核。
4)对掘进所排出的渣土样本(颗粒粒径、流动性、颜色、气味及温度等)进行分析,同时对每环渣样进行留存,根据地质情况计算出土量。
4洞内注浆加固
1)同步注浆
盾尾空隙是盾构施工中引起地层变形的主要因素,地基沉降的大小受同步注浆材料材质及注浆时间、位置、压力、数量的影响。盾构施工中严格执行“掘进与注浆同步、不注浆不掘进”的原则,加强设备管理,确保同步注浆不间断进行。
盾构下穿污水管段掘进时,同步注浆量应控制在理论空隙量的180%(实际根据注浆压力和注浆量双控,正常段同步注浆量应控制在理论空隙量的150%),即每环注浆量约为7.0m3,注浆速度控制为0.15~0.25m/min(具体值根据盾构掘进速度综合而定),注浆材料选用有5%膨胀性能的浆液。
2)二次补强注浆
二次补强注浆的浆液为双液浆,二次注浆以注浆压力控制为主,因壁后间隙较小,需较大压力才能将浆液注入,水玻璃双液注浆压力为0.3~0.6Mpa,具体部位还应考虑隧道覆土厚度、地下水的压力和管片的强度进行准确设定,每环注浆量为0.5~1m3(根据注浆压力调整)。
注浆需派专人负责,对注入位置、注入量、压力值均详细记录,并根据地层变形监测信息及时调整,确保注浆工序的施工质量。
3)深孔跟踪注浆
下穿污水管段管片增加注浆孔(每环增加10个),根据沉降监测数据,有必要时通过增加的注浆孔进行管片壁后深层注浆加固。
5克泥效工法沉降控制
将高浓度的泥水材料(克泥效水溶液,常用浓度400~500kg/m)与塑强调整剂(水玻璃40be’)两种液体分别以配管压送到盾体径向孔处,再将该两种液体以体积比20∶1的比例混合,形成高黏度塑性具有支撑力挡水性胶化体后,在盾构机掘进的过程中同步注入到盾体外,填充盾体与土体之间的间隙,可有效控制盾体上方土体的沉降,辅助控制盾尾后土体的沉降。
盾构施工中,根据地层情况及所要达到的效果,可采用不同的克泥效溶液配比,可参考下表。
克泥效溶液配比表
6施工检测
盾构下穿污水管施工过程中可能会引起污水管渗漏、结构断裂,同时也会伴随着有毒、有害气体扩散,会对盾构施工造成巨大的安全隐患。这些有毒、有害气体种类较多,主要为硫化氢、甲烷、一氧化碳和二氧化碳。在下穿污水管掘进施工时,利用移动气体检测仪加强有毒、有害气体检测频率。
通过上述方法,在盾构下穿大直径污水干管时,可以有效的降低施工难度和降低相应风险,从而可以减少人员伤亡和经济损失。
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程,并非用以限制本发明的专利保护范围,本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准,凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化,同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.土压平衡盾构下穿大直径污水干管施工方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤一:工程调研,采用水下彩色电视对污水井及污水管是否存在破裂、渗漏、变形、错口危险情况进行排查,采用地质雷达探测成像后波形图,综合判断污水管线上方及周围土体有无明显空洞;
步骤二:隧道与污水管相互影响预测,采用地层-结构模型进行变形分析,计算模型选取污水管的有效影响范围,分析污水管的受力与变形情况;
步骤三:下穿前施工准备,采用60m实验段进行综合统计分析土压、速度、推力、扭矩、注浆量和地面沉降参数,确定盾构掘进参数;
步骤四:盾构下穿掘进,采用克泥效工法控制地层沉降,采用位移杆法在管体上布设监测点进行直接监测污水管线结构沉降变形,建立预警机制,及时进行预警预报,直至盾构下穿污水管施工完成。
2.根据权利要求1所述的土压平衡盾构下穿大直径污水干管施工方法,其特征在于:步骤二中所述隧道与污水管相互影响预测包括计算模型和模拟开挖。
3.根据权利要求2所述的土压平衡盾构下穿大直径污水干管施工方法,其特征在于:所述模拟开挖包括以下步骤:
步骤1:地应力平衡模拟;
步骤2:区间左线盾构隧道开挖,施加盾构管片及注浆;
步骤3:区间右线盾构隧道开挖,施加盾构管片及注浆。
4.根据权利要求1所述的土压平衡盾构下穿大直径污水干管施工方法,其特征在于:步骤三中所述下穿前施工准备还包括设备检修、人员配置、领导值班、应急预案。
5.根据权利要求1所述的土压平衡盾构下穿大直径污水干管施工方法,其特征在于:步骤四中所述盾构下穿掘进还包括盾构姿态控制及调整、渣土改良、出土量控制、洞内注浆加固和施工检测。
6.根据权利要求5所述的土压平衡盾构下穿大直径污水干管施工方法,其特征在于:所述渣土改良采用泡沫与膨润土配合改良,所述膨润土与渣土的配比为1∶11。
7.根据权利要求5所述的土压平衡盾构下穿大直径污水干管施工方法,其特征在于:所述洞内注浆加固包括同步注浆、二次补强注浆和深孔跟踪注浆。
8.根据权利要求6所述的土压平衡盾构下穿大直径污水干管施工方法,其特征在于:所述同步注浆的注浆速度为0.15~0.25m/min,注浆材料为具有5%膨胀性能的浆液。
9.根据权利要求6所述的土压平衡盾构下穿大直径污水干管施工方法,其特征在于:所述二次补强注浆的浆液为双液浆,所述双液浆注浆压力为0.3~0.6Mpa。
10.根据权利要求1所述的土压平衡盾构下穿大直径污水干管施工方法,其特征在于:所述克泥效工法采用的溶液包括克泥效水溶液和塑强调整剂,所述克泥效水溶液和塑强调整剂的体积比为20∶1,所述克泥效水溶液的浓度为400~500kg/m。
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