CN112576256A - 一种盾构全断面穿越中砂、卵石层施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种盾构全断面穿越中砂、卵石层施工方法，包括步骤：1)对盾构区域进行地质勘测；2)进行盾构机的选型；3)进行盾构刀具的针对性耐磨设计；4)进行施工测量控制；5)进行防坍塌预处理；6)设定穿越段施工方法；该盾构全断面穿越中砂、卵石层施工方法能够减少盾构全断面穿越中砂、卵石层时，引起的撕裂刀合金蹦齿现象，能够减小刀具的磨损，避免影响撕裂刀对岩层的切削力，有利于快速、微扰动穿越中砂、卵石层。
Description
技术领域
本发明属于盾构施工领域，特别是涉及一种盾构全断面穿越中砂、卵石层施工方法。
背景技术
近年来，伴随我国城市建设的不断发展，全国各地轨道交通建设快速发展，地铁隧道盾构法施工日趋完善。盾构法作为隧道建设的主要施工方法之一,具有自动化程度高、安全程度高、施工速度快、经济优良、保护环境等特点。但在穿越不同地层时，其施工难度显然不同，尤其是在盾构全断面穿越中砂、卵石层时,撕裂刀与卵石层产生摩擦易造成撕裂刀合金蹦齿现象，造成刀具过量磨损，从而影响撕裂刀对岩层的切削力。刀具寿命也会大大缩短，增加开仓换刀的可能性或次数，轻者造成财产损失，重者将造成人员损伤危乃至生命安全，同时造成恶劣的社会影响。
同时，由于中砂、卵石层的复杂情况，在全断面中砂、卵石层中进行盾构隧道掘进施工，历来被视为隧道工程界的难题。在盾构全断面穿越中砂、卵石层的施工情况下，盾构机的配置既要满足在软土中推进的要求又要具备穿越中砂、卵石层的能力，刀盘扭矩、推进力等都是需要考虑的问题，特别是刀具配置方面，如果采用成功切削地层的配置并进行适当加强，可能存在软土中磨损过大导致无法顺利切削地层的风险，而如果采用目前切削硬岩的主流配置—滚刀，可能在软土中推进时已经造成了滚刀偏磨从而失去作用，反而影响了正常的推进施工，所以如何选择施工设备是确保工程顺利实施的前提，也是前期研究中需要重点解决的难题。
为了减少盾构全断面穿越中砂、卵石层时，引起的撕裂刀合金蹦齿现象，造成刀具过量磨损，进而影响撕裂刀对岩层的切削力，有必要提供一种安全可靠，经济效益高的施工方法。
发明内容
本发明所述的一种盾构全断面穿越中砂、卵石层施工方法，包括步骤：
1)对盾构区域进行地质勘测；
2)进行盾构机的选型；
3)进行盾构刀具的针对性耐磨设计；
4)进行施工测量控制；
5)进行防坍塌预处理；
6)设定穿越段施工方法。
所述1)对盾构区域进行地质勘测包括地层分布、分层层厚、层底深度、层底高程、水文地质情况、区间沿线及周边的建筑物的分布情况。
所述3)进行盾构刀具的针对性耐磨设计是依据1)、2)的前期准备，确定施工中的重难点及风险点，以便保证全断面穿越中砂、卵石层施工的匀速性、连续性。
所述4)进行施工测量控制时，还利用Midas GTS NX模拟全断面穿越中砂、卵石层时，地层的沉降情况，同时进行实际工程沉降监测点的设立与实际数据的监测。
所述利用Midas GTS NX模拟全断面穿越中砂、卵石层时，地层的沉降情况，其步骤依次是：几何模型生成、材料属性输入、网格划分扩展、结构单元析取、边界荷载设置、施工阶段定义、分析工况设置、分析结果处理。
所述5)进行防坍塌预处理，是结合盾构全断面穿越障碍物可能存在的持续时间长、土体流失大的特点，对可能存在的联络通道施工进行提前预处理。
本发明的有益效果：本发明提供的这种盾构全断面穿越中砂、卵石层施工方法能够减少盾构全断面穿越中砂、卵石层时，引起的撕裂刀合金蹦齿现象，能够减小刀具的磨损，避免影响撕裂刀对岩层的切削力，有利于快速、微扰动穿越中砂、卵石层。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明的方法流程框图。
图2为全断面砂卵石区段地层剖面图。
图3为地层渗透性与盾构选型的关系图。
图4为盾构机姿态测量原理示意图。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“对齐”、“重叠”、“底”、“内”、“外”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例1
本发明提供了一种如图1～图4所示的盾构全断面穿越中砂、卵石层施工方法，包括步骤：
1)对盾构区域进行地质勘测；
2)进行盾构机的选型；
3)进行盾构刀具的针对性耐磨设计；
4)进行施工测量控制；
5)进行防坍塌预处理；
6)设定穿越段施工方法。
所述1)对盾构区域进行地质勘测，是为了解地层分布情况，确定层厚、层底深度、层底高程及其它岩性特征。同时，需了解水文地质情况、区间沿线及周边建筑物的分布情况。
所述在进行对盾构机的选型时，要进行对盾构的型式及主要技术参数进行研究分析，以确保盾构法施工的安全、可靠，选择适宜的盾构机。
所述3)进行盾构刀具的针对性耐磨设计是依据1)、2)的前期准备，确定施工中的重难点及风险点，以便保证全断面穿越中砂、卵石层施工的匀速性、连续性，确保其施工的顺利进行。
所述4)进行施工测量控制时，还利用Midas GTS NX模拟全断面穿越中砂、卵石层时，地层的沉降情况，同时进行实际工程沉降监测点的设立与实际数据的监测。
所述利用Midas GTS NX模拟全断面穿越中砂、卵石层时，地层的沉降情况，其步骤依次是：几何模型生成、材料属性输入、网格划分扩展、结构单元析取、边界荷载设置、施工阶段定义、分析工况设置、分析结果处理。
所述5)进行防坍塌预处理，是结合盾构全断面穿越障碍物可能存在的持续时间长、土体流失大的特点，对可能存在的联络通道施工进行提前预处理。
所述穿越段施工方法，是结合盾构机的选型、盾构刀具的针对性耐磨设计与以及防坍塌预处理措施的实施，对全断面穿越中砂、卵石层的施工参数进行设定，达到快速、微扰动穿越的目的。
实施例2
结合图1～图4，同时结合发明人的一实践情况，在本发明实施例中，对构全断面穿越中砂、卵石层施工方法实施步骤说明如下。
(1)对盾构区域进行地质勘测，盾构隧道区间的土层分布为卵石29％，中砂34％，粉质黏土35％，圆砾2％；区间穿越卵石层，母岩成分以石英岩和闪长岩为主，亚圆形，磨圆度较好，中等风化，一般粒径20～50mm，最大粒径150mm，最大卵石强度85.4Mpa，全断面砂卵石区段地层剖面图，如图2所示。
(2)对盾构机进行选型，盾构选型是盾构法施工的关键环节，直接影响盾构隧道的施工安全、施工质量、施工工艺及施工成本，为保证工程的顺利完成，对盾构的选型工作应非常慎重。地层渗透系数对于盾构的选型是一个很重要的因素。本区间下穿地层综合渗透系数为3*104m/s，参照图3进行盾构机的选型。
(3)对盾构刀具进行针对性耐磨设计时，为了保证刀盘的整体结构强度和刚度，刀盘的中心部位采用整体铸钢铸造，周边和中心部件在制造时采用先栓接后焊接的方式连接。具体设计方法：大圆环表面采用：圈耐磨合金块+24把大圆环保护刀+耐磨复合钢板(12+12)的设计，切口环背面为耐磨复合钢板全覆刀盘圆管两侧焊接耐磨网格，整体增强刀盘的耐磨性能；边刮刀刀座及保护块为一体式设计，刀座背部增加合金条，加强边缘刀座的保护。
(4)依据对盾构区域的地质勘测，同时结合盾构机的选型特点，进行盾构施工的测量控制。施工控制导线的延伸的原则是：先检测后延伸，当检测的角度差值≤±20″，前后视的距离相对中误差≤1/5000时，才能向前延伸。施工控制导线点应定期检测，保证控制网的精度和点位的稳定性，当隧道掘进150m、隧道全长的二分之一、隧道全长的四分之三、和接近贯通面150m时必须进行一次包括联系测量在内的全面检测。同时，需对盾构机姿态进行测量，如图4，利用A、E两点的三维坐标和盾构机的绞折角计算出盾构机刀盘中心的水平偏航，垂直偏航，利用B、C、D三点的三维坐标确定盾构机的扭转角度，从而达到检测盾构机姿态的目的。
(5)对盾构下穿老旧村庄进行防坍塌预处理，为避免联络通道施工时对已处于稳定(受力平衡)状态的成型盾构区间造成较大的影响，在施工联络通道前，需对盾构区间隧道进行加固。保证加固过程的安全和施工质量，安全员和质检员要进行全过程的监督检查；根据联络通道处管片的配筋情况，避开钢筋，采用φ42mm的袖阀管对土体进行隧道内注浆加固处理，并且辅以地面降水井降水措施；为减少切割时对角部的破坏(多切)，在四个角预先进行钻孔；为保证联络通道开口的安全和施工质量，安全员和质检员要进行全过程的监督检查；为掌握注浆过程的管片位移情况，全过程进行管片变形观察和监控；为保证超前加固效果，超前锚杆或超前导管需按要求准确设置，其尾部与洞口圈梁主筋牢固焊接。
(6)最后，结合盾构设备性能以及防坍塌预处理措施的实施，对全断面穿越中砂、卵石层的施工参数进行设定，穿越过程中根据地层结构变形情况对施工参数进行微调，达到快速、微扰动穿越的目的。同时，将模拟盾构全断面穿越中砂、卵石层沉降的数据与实际施工监测值比较，发现其值相近，且符合相关规范与标准。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种盾构全断面穿越中砂、卵石层施工方法，其特征在于，包括步骤：
1)对盾构区域进行地质勘测；
2)进行盾构机的选型；
3)进行盾构刀具的针对性耐磨设计；
4)进行施工测量控制；
5)进行防坍塌预处理；
6)设定穿越段施工方法。
2.如权利要求1所述的一种盾构全断面穿越中砂、卵石层施工方法，其特征在于：所述1)对盾构区域进行地质勘测包括地层分布、分层层厚、层底深度、层底高程、水文地质情况、区间沿线及周边的建筑物的分布情况。
3.如权利要求1所述的一种盾构全断面穿越中砂、卵石层施工方法，其特征在于：所述3)进行盾构刀具的针对性耐磨设计是依据1)、2)的前期准备，确定施工中的重难点及风险点，以便保证全断面穿越中砂、卵石层施工的匀速性、连续性。
4.如权利要求1所述的一种盾构全断面穿越中砂、卵石层施工方法，其特征在于：所述4)进行施工测量控制时，还利用Midas GTS NX模拟全断面穿越中砂、卵石层时，地层的沉降情况，同时进行实际工程沉降监测点的设立与实际数据的监测。
5.如权利要求4所述的一种盾构全断面穿越中砂、卵石层施工方法，其特征在于：所述利用Midas GTS NX模拟全断面穿越中砂、卵石层时，地层的沉降情况，其步骤依次是：几何模型生成、材料属性输入、网格划分扩展、结构单元析取、边界荷载设置、施工阶段定义、分析工况设置、分析结果处理。
6.如权利要求1所述的一种盾构全断面穿越中砂、卵石层施工方法，其特征在于：所述5)进行防坍塌预处理，是结合盾构全断面穿越障碍物可能存在的持续时间长、土体流失大的特点，对可能存在的联络通道施工进行提前预处理。
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