CN112647955A - 一种开挖盲区预处理方法及隧道掘进施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开挖盲区预处理方法及隧道掘进施工方法。隧道掘进施工方法具体的：首先采用开挖盲区预处理方法对异形断面掘进机的开挖盲区进行预处理，然后进行异形断面掘进施工；预处理方法具体为，确定开挖盲区中基岩侵入的位置，然后对该位置的基岩进行预处理，所述的预处理包括对该位置的基岩进行破碎。这样在异形断面掘进施工之前，已经对开挖盲区内的对异形断面掘进机的掘进产生不利影响的基岩进行破碎处理，消除开挖盲区内的基岩侵入，保证了正常掘进施工。

Description

一种开挖盲区预处理方法及隧道掘进施工方法

技术领域

本发明涉及一种隧道施工方法，尤其涉及一种开挖盲区预处理方法及隧道掘进施工方法。

背景技术

随着城市建设的飞速发展，对城市地下空间开发的需求越来越大，需要隧道掘进机对断面、地层的适应性要求越来越高。实际在地下隧道掘进施工过程中，经常会遇到上软下硬、局部基岩之类的地质情况，这种基岩凸起侵入到隧道掘进机掘进路径的情况，对掘进机往往会造成一定的不利影响。对常规的圆形全断面硬岩隧道掘进机而言，其容易造成盾构刀盘磨损加剧，影响掘进效率和刀盘寿命。而对于非圆形（异形）断面掘进机而言，其对掘进机造成的不利影响更加严重。因异形断面掘进机刀盘布置的限制而在断面上存在开挖盲区，这样一旦基岩或者桩基侵入开挖盲区，在掘进过程中，开挖盲区侵入的基岩或桩基往往会对掘进机施加侧向作用力，进而使得掘进机的掘进路径出现偏差，甚至出现掘进机顶死，造成掘进机进退两难，给地下隧道掘进施工造成极大困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道掘进施工方法，用以解决采用传统的施工方式对基岩地层进行非圆形断面隧道掘进施工过程中，容易出现掘进路径偏移、掘进机顶死的问题。同时，本发明的目的还在于提供上述隧道掘进施工方法中的盲区预处理方法，以在进行非圆形断面掘进施工之前，对开挖盲区的基岩或桩基进行预处理，便于之后的非圆形断面掘进施工。

本发明的隧道掘进施工方法，具体为：

首先采用开挖盲区预处理方法对非圆形断面掘进机的开挖盲区进行预处理，然后进行非圆形断面掘进施工；其中开挖盲区预处理方法具体为：

确定开挖盲区中基岩或桩基侵入的位置，然后对该位置的基岩或桩基进行预处理，所述的预处理包括对该位置的基岩或桩基进行破碎。

采用本发明的隧道掘进施工方法能够在进行非圆形断面掘进施工之前，对开挖盲区中有基岩或者桩基侵入的位置进行破碎预处理，这样就实现了对开挖盲区中硬岩到软土的转变，后续在进行非圆形断面掘进施工的过程中，就不会存在开挖盲区中存在基岩或桩基而对掘进机施加侧向力，或者顶死掘进机的问题，保证了非圆形断面掘进施工能够正常顺畅的进行。

进一步的，所述的预处理还包括对破碎的基岩或桩基进行软质填料的置换，以便于后续非圆形断面掘进施工。通过对破碎的基岩或者桩基进行软质填料的置换，能够保证地层稳定，避免地面塌陷沉降，而且能够确保后期掘进过程中达到土压或泥水平衡的地层稳定效果。

在具体实施时，如果开挖盲区中基岩或桩基侵入位置距离始发井和接收井中的一个较近，在始发井和接收井两个中距离基岩或桩基侵入位置较近的一个内对开挖盲区中的基岩或桩基进行所述的预处理；如果开挖盲区中基岩或桩基侵入整个隧道掘进机的掘进路径，从始发井和接收井中的任一个内对开挖盲区中的基岩或桩基进行所述的预处理，或者同时从始发井和接收井对开挖盲区中的基岩或桩基进行所述的预处理。这样能够大大提高预处理的效率，而且尽可能的减少对地层的其他破坏。

进一步的，所述的预处理过程中对基岩或桩基进行破碎通过沿隧道掘进机的掘进路径对开挖盲区的基岩或桩基进行打孔来实现。打孔施工为能够准确控制的靶向施工，能够对开挖盲区内侵入的基岩或桩基进行目标处理，这样不仅施工的工作量较小，而且施工效果较好。

更进一步的，所述的预处理过程中的打孔操作包括通过顶管机沿异形断面掘进机的掘进路径对开挖盲区内的基岩或桩基进行打孔，且在打孔完成后，取出顶管机的主机和孔洞内的管节。因为通过顶管机打孔时，孔径范围较大，能够根据基岩或桩基侵入盲区的具体尺寸选择合适的顶管机一次将侵入的基岩或桩基完全打通，避免重复多次施工，施工效率较高。取出顶管机主机和各管节，为后续的掘进施工排除障碍，保证了后续掘进施工顺利进行。

此外，所述的预处理还包括对打好的孔洞进行回填。进行回填实质上是完成了地层中硬岩到软质的置换转变，能够保证地层稳定，避免地面塌陷沉降，而且能够确保后期掘进过程中达到土压或泥水平衡的地层稳定效果。

作为一种优选地方案，所述的预处理的具体方式为：

在开挖盲区内的基岩或桩基贯穿整个隧道掘进机的掘进路径时，所述贯穿整个隧道掘进机的掘进路径是指间断或连续分布在整个掘进路径上，将顶管机对准断面的开挖盲区内的基岩或桩基所在位置，然后通过顶管机的掘进对该位置进行打孔，直到顶管机打通整个隧道掘进机的掘进路径；取出顶管机主机，将顶管机打出的孔洞的前端以及顶管机的靠近前端的管节进行封堵，以形成封闭空间，然后向该封闭空间中注入回填介质，并在回填介质的反推作用下将各管节从孔洞中顶出，随之完成孔洞回填。在进行打压回填的过程中同步实现各管节的回退取出，不仅能够保证回填时能够填实，而且各管节的取出更加方便。

具体的，通过开设有注浆孔的封板封堵顶管机最前端的管节，并通过该注浆孔向所述封闭空间中注入回填介质。这样能够利用顶管机主机配置的注浆打压系统直接打压，无需另外配置，降低设备成本。

优选地，在通过向封闭空间中注入回填介质反推顶管机管节的同时，从顶管机的后端通过回退油缸辅助拉回管节。这样能够在孔洞长度较长而打压回退不便时辅助回退管节，提高了管节取出的效率。

作为另一种优选地方案，所述的预处理的具体方式为：

在基岩或桩基仅侵入隧道掘进机的掘进路径的局部位置时，将顶管机对准断面的开挖盲区内的基岩或桩基所在位置，然后通过顶管机的掘进对该位置进行打孔，直到打通该位置的基岩或桩基；顶管机前侧孔洞形成封闭空间，然后向该封闭空间中注入回填介质，并在回填介质的反推作用下将顶管机主机及孔洞内的各管节从孔中顶出，随之完成孔洞回填。在进行打压回填的过程中同步实现顶管机主机以及各管节的回退取出，不仅能够保证回填时能够填实，而且使顶管机主机以及各管节的取出更加方便。

优选地，在通过向封闭空间中注入回填介质反推顶管机的同时，从顶管机的后端通过回退油缸辅助拉回管节。这样能够在孔洞长度较长而打压回退不便时辅助回退管节，提高了管节取出的效率。

作为一种优选的方式，通过将顶管机自带的液压顶推装置的顶推油缸反装构成所述的回退油缸，这样能够减少设备用量，降低施工成本。

作为另一种优选的方式，在向封闭空间中注入回填介质时，通过顶管机自带的泥水平衡注浆系统进行回填，同样能够减少设备用量，降低施工成本。

而且更优化的，在顶管机掘进和顶管机各管节回退的过程中，通过注入减摩剂减小设备外侧面与孔洞内壁之间的摩擦阻力，更便于整个取出操作。

此外，在对盲区内的基岩进行打孔之前，根据盲区内的基岩分布以及水文因素，选择打孔设备；当盲区内的基岩为硬岩、富水地质时，采用顶管机进行打孔；当盲区内的基岩为无水硬岩地层时，采用凿岩钻机打孔。这样根据实际地层情况选择合适的打孔设备进行打孔，能够保证地层稳定，打孔效果较好，便于后续施工。

而且，当盲区内的基岩为无水硬岩地层时，采用凿岩钻机分别从始发井和接收井同时对向打孔。这样能够大大提高打孔效率。

优选地，在所述的预处理过程中，孔洞回填介质为填土。根据地层压力情况的实验结果选用适合的填土进行填充，能够保证填充效果。

本发明的开挖盲区预处理方法具体为：

确定开挖盲区中基岩或桩基侵入的位置，然后对该位置的基岩或桩基进行预处理，所述的预处理包括对该位置的基岩或桩基进行破碎。

采用本发明的开完盲区预处理方法能够在进行非圆形断面掘进施工之前，对开挖盲区中有基岩或者桩基侵入的位置进行破碎预处理，这样就实现了对开挖盲区中硬岩到软土的转变，后续在进行非圆形断面掘进施工的过程中，就不会存在开挖盲区中存在基岩或桩基而对掘进机施加侧向力，或者顶死掘进机的问题，保证了非圆形断面掘进施工能够正常顺畅的进行。

进一步的，所述的预处理还包括对破碎的基岩或桩基进行软质填料的置换，以便于后续非圆形断面掘进施工。通过对破碎的基岩或者桩基进行软质填料的置换，能够保证地层稳定，避免地面塌陷沉降，而且能够确保后期掘进过程中达到土压或泥水平衡的地层稳定效果。

在具体实施时，如果开挖盲区中基岩或桩基侵入位置距离始发井和接收井中的一个较近，在始发井和接收井两个中距离基岩或桩基侵入位置较近的一个内对开挖盲区中的基岩或桩基进行所述的预处理；如果开挖盲区中基岩或桩基侵入整个隧道掘进机的掘进路径，从始发井和接收井中的任一个内对开挖盲区中的基岩或桩基进行所述的预处理，或者同时从始发井和接收井对开挖盲区中的基岩或桩基进行所述的预处理。这样能够大大提高预处理的效率，而且尽可能的减少对地层的其他破坏。

进一步的，所述的预处理过程中对基岩或桩基进行破碎通过沿隧道掘进机的掘进路径对开挖盲区的基岩或桩基进行打孔来实现。打孔施工为能够准确控制的靶向施工，能够对开挖盲区内侵入的基岩或桩基进行目标处理，这样不仅施工的工作量较小，而且施工效果较好。

更进一步的，所述的预处理过程中的打孔操作包括通过顶管机沿异形断面掘进机的掘进路径对开挖盲区内的基岩或桩基进行打孔，且在打孔完成后，取出顶管机的主机和孔洞内的管节。因为通过顶管机打孔时，孔径范围较大，能够根据基岩或桩基侵入盲区的具体尺寸选择合适的顶管机一次将侵入的基岩或桩基完全打通，避免重复多次施工，施工效率较高。取出顶管机主机和各管节，为后续的掘进施工排除障碍，保证了后续掘进施工顺利进行。

此外，所述的预处理还包括对打好的孔洞进行回填。进行回填实质上是完成了地层中硬岩到软质的置换转变，能够保证地层稳定，避免地面塌陷沉降，而且能够确保后期掘进过程中达到土压或泥水平衡的地层稳定效果。

作为一种优选地方案，所述的预处理的具体方式为：

在开挖盲区内的基岩或桩基贯穿整个隧道掘进机的掘进路径时，所述贯穿整个隧道掘进机的掘进路径是指间断或连续分布在整个掘进路径上，将顶管机对准断面的开挖盲区内的基岩或桩基所在位置，然后通过顶管机的掘进对该位置进行打孔，直到顶管机打通整个隧道掘进机的掘进路径；取出顶管机主机，将顶管机打出的孔洞的前端以及顶管机的靠近前端的管节进行封堵，以形成封闭空间，然后向该封闭空间中注入回填介质，并在回填介质的反推作用下将各管节从孔洞中顶出，随之完成孔洞回填。在进行打压回填的过程中同步实现各管节的回退取出，不仅能够保证回填时能够填实，而且各管节的取出更加方便。

具体的，通过开设有注浆孔的封板封堵顶管机最前端的管节，并通过该注浆孔向所述封闭空间中注入回填介质。这样能够利用顶管机主机配置的注浆打压系统直接打压，无需另外配置，降低设备成本。

优选地，在通过向封闭空间中注入回填介质反推顶管机管节的同时，从顶管机的后端通过回退油缸辅助拉回管节。这样能够在孔洞长度较长而打压回退不便时辅助回退管节，提高了管节取出的效率。

作为另一种优选地方案，所述的预处理的具体方式为：

在基岩或桩基仅侵入隧道掘进机的掘进路径的局部位置时，将顶管机对准断面的开挖盲区内的基岩或桩基所在位置，然后通过顶管机的掘进对该位置进行打孔，直到打通该位置的基岩或桩基；顶管机前侧孔洞形成封闭空间，然后向该封闭空间中注入回填介质，并在回填介质的反推作用下将顶管机主机及孔洞内的各管节从孔中顶出，随之完成孔洞回填。在进行打压回填的过程中同步实现顶管机主机以及各管节的回退取出，不仅能够保证回填时能够填实，而且使顶管机主机以及各管节的取出更加方便。

优选地，在通过向封闭空间中注入回填介质反推顶管机的同时，从顶管机的后端通过回退油缸辅助拉回管节。这样能够在孔洞长度较长而打压回退不便时辅助回退管节，提高了管节取出的效率。

作为一种优选的方式，通过将顶管机自带的液压顶推装置的顶推油缸反装构成所述的回退油缸，这样能够减少设备用量，降低施工成本。

作为另一种优选的方式，在向封闭空间中注入回填介质时，通过顶管机自带的泥水平衡注浆系统进行回填，同样能够减少设备用量，降低施工成本。

而且更优化的，在顶管机掘进和顶管机各管节回退的过程中，通过注入减摩剂减小设备外侧面与孔洞内壁之间的摩擦阻力，更便于整个取出操作。

此外，在对盲区内的基岩进行打孔之前，根据盲区内的基岩分布以及水文因素，选择打孔设备；当盲区内的基岩为硬岩、富水地质时，采用顶管机进行打孔；当盲区内的基岩为无水硬岩地层时，采用凿岩钻机打孔。这样根据实际地层情况选择合适的打孔设备进行打孔，能够保证地层稳定，打孔效果较好，便于后续施工。

而且，当盲区内的基岩为无水硬岩地层时，采用凿岩钻机分别从始发井和接收井同时对向打孔。这样能够大大提高打孔效率。

优选地，在所述的预处理过程中，孔洞回填介质为填土。根据地层压力情况的实验结果选用适合的填土进行填充，能够保证填充效果。

附图说明

图1为显示基岩地层非圆形断面掘进施工的地层结构示意图；

图2为图1中从始发井沿掘进路径方向的地层结构示意图；

图3为显示矩形断面掘进机的刀盘分布图；

图4为显示图3所示的矩形断面掘进机的开挖盲区的示意图；

图5为通过顶管机对矩形断面掘进机的开挖盲区中基岩侵入的位置进行打孔操作的断面示意图；

图6为通过凿岩钻机对矩形断面掘进机的开挖盲区中基岩侵入的位置进行打孔操作的断面示意图；

图7为马蹄形断面掘进机的开挖盲区的示意图；

图8为通过顶管机对马蹄形断面掘进机的开挖盲区中基岩侵入的位置进行打孔操作的断面示意图；

图9为通过凿岩钻机对马蹄形断面掘进机的开挖盲区中基岩侵入的位置进行打孔操作的断面示意图；

图10为在开挖盲区中侵入基岩贯通整个掘进路径时，通过顶管机打孔施工的示意图；

图11为图10所示打孔施工完成后回填施工的示意图；

图12为在开挖盲区中侵入基岩占据部分掘进路径时，通过顶管机打孔施工的示意图；

图13为图11所示打孔施工完成后回填施工的示意图；

图14为本发明的隧道掘进施工方法的具体操作步骤流程图；

图中：10、始发井；11、接收井；110、孔洞封板；2、掘进路径；20、软土；3、基岩；23、回填介质；4、刀盘；40、刀盘掘进面；5、开挖盲区；6、顶管机主机打孔截面；60、顶管机主机；61、传力管节；610、管节封板；611、注浆孔；62、注浆管；7、凿岩钻机打孔截面。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明的隧道掘进施工方法的具体实施例一：

本发明的目的在于针对上软下硬、局部基岩或桩基、全断面硬岩等地层，现有异形断面隧道掘进机（非圆形：包括但不限于矩形、马蹄形等断面）刀盘开挖存在盲区，且盲区基岩无法切削掘进，进而使得掘进机的掘进路径出现偏差，甚至出现掘进机顶死的问题，提供一种新的隧道掘进施工方法。

结合图1-14，本实施例中，通过前期对掘进位置的地质勘探，确定软土20中基岩3的位置，完成异形断面隧道掘进机选型，掘进机的选型需要最大程度的保证后期掘进机的高效稳定开挖，而且异形断面掘进机应具备搅拌装置、泡沫注入系统、膨润土改良系统，能够确保后期掘进过程中达到土压或泥水平衡的地层稳定效果。然后依据地质勘探确定的基岩3的具体位置、分布形式，结合非圆形掘进机刀盘掘进面40确定开挖盲区5的位置，对需要进行基岩预处理的位置在地层探测图纸上进行标定。之后，再根据掘进机开挖盲区内的基岩分布、水文等现场工况，选取合适的开挖盲区预处理方式，具体方式包括利用特种专用设备（凿岩钻机、顶管机、高压水钻等），完成对侵入开挖盲区的基岩的预处理，然后在通过异形断面隧道掘进机进行正常的掘进施工。这样，由于侵入开挖盲区5的基岩3已经预先被处理，不会对掘进机产生障碍。

具体的，对于开挖盲区5内的基岩3的预处理主要包括破碎和对破碎的基岩3进行软质填料置换。破碎主要通过打孔实现，即通过凿岩钻机、顶管机、高压水钻等设备对准盲区内基岩3侵入的位置进行打孔以将盲区内的基岩3破碎，软质填料置换主要是指将通过打孔破碎的基岩3取出后向孔洞中回填软质填料，例如水泥土、砂浆、具有一定自稳性的混合土、填土等，进而对开挖盲区中的基岩完成硬岩到软土（包括淤泥、淤泥质土、砂土、粉土、粉质粘土、粘性土等）的转变。其中，在进行打孔施工过程中，实时进行地表沉降检测。

根据开挖盲区内侵入基岩的具体情况，选择适用的预处理方式。

第一种情况，当盲区内的基岩3为无水硬岩地层时，由于盲区全断面硬岩掘进破碎具有稳定的地层表现，可选取凿岩钻机（包括但不限于水平定向钻、履带式钻机等）、高压水钻等能够长距离打孔的打孔设备进行针对盲区内的基岩3的开挖破碎处理。使凿岩钻机打孔截面7对准盲区内的基岩侵入位置，凿岩钻机可对开挖盲区两端同时开挖，具有快速、可靠的岩石破碎能力。具体施工工序为：测量放点-布置钻机-钻孔角度检测-水泥土回填。水泥土回填是对盲区内的基岩3掘进钻孔完成后，利用泥浆搅拌机、打泥泵等打泥土系统加压对长距离孔洞注入水泥土进行孔洞充填，完成盲区内的基岩3到水泥土的置换。

第二种情况，当盲区内的基岩3为硬岩、富水地层、复合地层等复杂地质条件，且盲区内的基岩3贯穿整条隧道的掘进机掘进路径2时，由于地层直接掘进预处理破碎基岩3可能存在涌水、冒浆等潜在风险，对地面安全及环境造成恶劣影响，可以采用顶管机进行盲区内的基岩3的预处理施工。

具体的，顶管机包括顶管机主机60，即主要进行掘进开挖的机头，还包括回退驱动装置以及多个传力管节61。为了便于说明，下面结合其使用方法对其进行展开描述。

首先在隧道挖掘的始发井10内测量顶管机主机60的放置点位，然后放置顶管机主机60，保证顶管机主机打孔截面6对准开挖盲区5中侵入的基岩3，且在顶管机主机60的背向掘进断面的一侧安装液压顶推装置，即顶管机自带的液压顶推装置，在顶管机主机60以及液压顶推装置之间放置传力管节61，通过液压顶推装置顶推传力管节61并间接顶推顶管机主机60进行掘进；随着顶管机主机60的推进，连续多次增加顶管机主机60以及液压顶推装置之间的传力管节61的数量，即每掘进一定距离，增加一节传力管节61，直到顶管机主机60掘进贯通接收井11，就完成了对该盲区进入基岩3位置的打孔，而且打出的孔洞内填满了连续成串的传力管节61。

在进行回填时，从接收井11一侧取出顶管机主机60，然后将孔洞的前端孔口，即处于接收井11井壁上的孔口通过孔洞封板110进行封堵，将最前侧的一节传力管节61的前端管口通过管节封板610进行封堵，然后通过注浆系统向两个封板以及孔壁围成的封闭空间中注浆打压，进行回填。由于高压灌注浆液即回填介质23的同时，高压回填介质23对孔洞内的传力管节61具有压力，进而能够顶退孔洞内的传力管节61，使其从始发井10一端逐节退出，进而在取出各传力管节61的同时，实现密实的回填。

注浆系统可以为泥水平衡顶管机自带的泥水平衡注浆系统，注浆系统的注浆管62从始发井10一侧通过各传力管节61的内腔然后连接在封堵管口的封板上向封闭空间内注浆；注浆系统还可以为独立于顶管机额外设置的注浆系统，可以在封堵孔口的封板上设置注浆口，在接收井11内布置注浆系统并通过该注浆口向封闭空间内注浆。当然，还可以将靠后的传力管节，即靠近始发井一侧的传力管节的管孔封堵，并将孔洞的处于始发井一端的孔口封堵，然后形成封闭空间，通过向该封闭空间中注浆打压，并从接收井一侧将各传力管节顶出。

传力管节61优选采用钢管节或者工程塑料管节，相比混凝土管节，其重量较轻且与孔洞之间的摩擦力较小，便于回退。

当然，如果传力管节61数量较多，还可以通过在始发井10内安装回退油缸向后顶推或拉拽传力管节61，每退出一节，再顶推或拉拽下一节，依次将各传力管节61退出。回退油缸可以为独立于顶管机设置的油缸，为了减少设备使用，还可将液压顶推装置的油缸反装构成回退油缸。各传力管节61的端部可以设置连接结构，而实现孔洞内的各传力管节61之间的固定连接，这样在通过回退油缸顶推或拉拽后端的一节传力管节61时，能够对所有传力管节61施力。

当然，具体操作时，可以单独通过打压注浆进行回填以及传力管节61的回退，也可以单独通过回退油缸实现各传力管节61的回退，然后在进行注浆，或者在通过打压注浆回退的同时，通过回退油缸辅助回退。

需要额外说明的是，如图5所示，顶管机主机打孔截面6的覆盖范围大于有基岩侵入的开挖盲区的断面范围，这样能够一次将一处开挖盲区内的侵入基岩完全打通，避免多次打孔施工。

第三种情况，当盲区内的基岩3为硬岩、富水地层、复合地层等复杂地质条件，且盲区只存在局部基岩3时，首先在隧道挖掘的始发井10内测量顶管机主机60的放置点位，然后放置顶管机主机60，且在顶管机主机60的背向掘进断面的一侧安装液压顶推装置，在顶管机主机60以及液压顶推装置之间放置传力管节61，通过液压顶推装置顶推传力管节61并间接顶推顶管机主机60进行掘进；随着顶管机主机60的推进，连续多次增加顶管机主机60以及液压顶推装置之间的传力管节61的数量，即每掘进一定距离，增加一节传力管节61，直到顶管机主机60掘进到预定位置，即将侵入盲区的基岩3打通的位置，完成打孔，而且打出的盲孔内填满了连续成串的传力管节61。

在进行回填时，由于顶管机主机60前侧与地层之间形成封闭空间，通过顶管机主机60配置的注浆系统向顶管机主机60前侧的封闭空间直接注浆打压，顶管机主机60以及其后侧的各传力管节61均受到向后的压力，既能够进行回填的同时实现顶管机主机60以及各传力管节61的回退，在实现密实的回填的同时完成顶管机主机60以及各传力管节61的回退。此时，顶管机主机60配置的注浆系统构成驱动顶管机以及各传力管节61回退的回退驱动装置。

同样的，如果传力管节61数量较多，还可以通过在始发井10内安装回退油缸向后顶推或拉拽传力管节61，每退出一节，再顶推或拉拽下一节，依次将各传力管节61退出。为了减少设备使用，还可将液压顶推装置的油缸反装构成回退油缸。各传力管节61的端部可以设置连接结构，而实现孔洞内的各传力管节61之间的固定连接，这样在通过回退油缸顶推或拉拽后端的一节传力管节61时，能够对所有传力管节61施力。

当然，具体操作时，可以单独通过打压注浆进行回填以及传力管节61的回退，也可以单独通过回退油缸实现各传力管节61的回退，然后在进行注浆，或者在通过打压注浆回退的同时，通过回退油缸辅助回退。

另外，在采用专用打孔设备（凿岩钻机、顶管机）掘进打孔过程中及回退过程中，通过注浆泵注入减摩剂以减少设备外壁与地层之间的磨阻力，使机体外壳形成完整的减摩浆液薄膜，确保施工正常进行。

如以上介绍的，回填的回填介质23为水泥土，水泥土按照水泥和膨润土的掺比分别做不同的配比，根据地层压力情况的实验结果选用适合的配比，抗压强度控制根据具体地层情况确定，一般不大于3Mpa。顶管机主机60或传力管节61回退时，通过控制打泥泵流量和压力、以及回退油缸的设备回退速度及地表沉降的数据对回退速度进行控制，地表沉降检测通过在盲区内的基岩预处理开挖破碎位置的前进段和后退段分别设置深层监测孔，并在深层检测孔内布置检测装置进行检测。水泥土的注入要根据深层监测孔和地表监测的数据计算好打泥量和打泥压力，并及时调整打泥量和打泥参数。整体上需要现场根据深层监测孔的监测数据，在保证管线及地面不沉降不隆起的情况下，及时通过控制设备的回退速度和打泥泵流量和压力进行止退和土体压力调整。

在对整个有基岩3侵入的开挖盲区5重复上面介绍的打孔回填处理之后，完成对盲区内的基岩3部分的全部水泥土置换的预处理工序，在确保异形断面掘进机达到盲区位置软土切削的效果，避免后期因开挖盲区5局部基岩3侵入引起的异形断面掘进机无法按预定轨迹安全高效施工掘进的隐患。

在盲区内的基岩预处理完成后，采用所选择的土压或泥水平衡模式异形隧道掘进机进行后续施工，直至完成对隧道的全面贯通。

总结来看，以上隧道施工方法可概括为：首先采用开挖盲区预处理方法对异形断面掘进机的开挖盲区进行预处理，然后进行异形断面掘进施工；其中，所述的开挖盲区预处理方法具体为：确定开挖盲区中基岩侵入的位置，然后对该位置的基岩进行预处理，所述的预处理包括对该位置的基岩进行破碎。

其中，所述的预处理还包括对破碎的基岩进行软质填料的置换，以便于后续异形断面掘进施工。

如果开挖盲区中基岩侵入位置距离始发井和接收井中的一个较近，在始发井和接收井两个中距离基岩侵入位置较近的一个内对开挖盲区中的基岩进行所述的预处理；如果开挖盲区中基岩侵入整个隧道掘进机的掘进路径，从始发井和接收井中的任一个内对开挖盲区中的基岩进行所述的预处理，或者同时从始发井和接收井对开挖盲区中的基岩进行所述的预处理。

所述的预处理过程中对基岩进行破碎主要通过沿隧道掘进机的掘进路径对开挖盲区的基岩进行打孔来实现。

所述的预处理过程中的打孔操作主要包括通过顶管机沿异形断面掘进机的掘进路径对开挖盲区内的基岩进行打孔，且在打孔完成后，取出顶管机的主机和孔洞内的管节。

所述的预处理还包括对打好的孔洞进行回填。

所述的预处理的具体方式为：在开挖盲区内的基岩贯穿整个隧道掘进机的掘进路径时，将顶管机对准断面的开挖盲区内的基岩所在位置，然后通过顶管机的掘进对该位置进行打孔，直到顶管机打通整个隧道掘进机的掘进路径；取出顶管机主机，将顶管机打出的孔洞的前端以及顶管机的靠近前端的管节进行封堵，以形成封闭空间，然后向该封闭空间中高压注入回填介质，并在高压的回填介质的反推作用下将各管节从孔洞中顶出，随之完成孔洞回填。

通过开设有注浆孔的封板封堵顶管机最前端的管节，并通过该注浆孔向所述封闭空间中注入回填介质。

所述的预处理的具体方式为：在基岩仅侵入隧道掘进机的掘进路径的局部位置时，将顶管机对准断面的开挖盲区内的基岩所在位置，然后通过顶管机的掘进对该位置进行打孔，直到打通该位置的基岩；顶管机前侧孔洞形成封闭空间，然后向该封闭空间中高压注入回填介质，并在高压的回填介质的反推作用下将顶管机主机及孔洞内的各管节从孔中顶出，随之完成孔洞回填。

在通过向封闭空间中注入回填介质反推顶管机的同时，从顶管机的后端通过回退油缸辅助拉回管节。

作为一种优选的方式，通过将顶管机自带的液压顶推装置的顶推油缸反装构成所述的回退油缸，这样能够减少设备用量，降低施工成本。

作为另一种优选的方式，在向封闭空间中注入回填介质时，通过顶管机自带的泥水平衡注浆系统进行回填，同样能够减少设备用量，降低施工成本。

在顶管机掘进和顶管机各管节回退的过程中，通过注入减摩剂减小设备外侧面与孔洞内壁之间的摩擦阻力。

在对盲区内的基岩进行打孔之前，根据盲区内的基岩分布以及水文因素，选择打孔设备；当盲区内的基岩为硬岩、富水地质时，采用顶管机进行打孔；当盲区内的基岩为无水硬岩地层时，采用凿岩钻机打孔。

当盲区内的基岩为无水硬岩地层时，可采用凿岩钻机分别从始发井和接收井同时对向打孔。

在所述的预处理过程中，孔洞回填介质为水泥土。

很显然，本发明一种盲区内的基岩置换水泥土预处理+异形断面隧道掘进机联合施工的方法，大大降低了施工过程中异形断面掘进机面临盲区内的基岩进退两难的风险，针对上软下硬、局部基岩或桩基、全断面硬岩等地层，现有异形断面隧道掘进机（非圆形：包括但不限于矩形、马蹄形等断面）刀盘开挖存在盲区，且盲区内的基岩无法切削掘进的问题。有效避免了异形断面掘进机直接掘进施工可能出现的掘进方向大幅度偏移，掘进机顶不动，退不回的潜在施工风险，解决了异形断面掘进机盲区硬岩无法切削顶进、盲区硬岩预处理易造成地层不稳定、盲区土石结合面预处理易涌水冒浆等关键技术难点，与此同时，预处理后形成的盲区全断面软土地层的优异效果，使得掘进效率的大幅提高，单位时间内生产产值提高，经济效益良好。

当然，本发明的隧道掘进施工方法并不仅限于上述介绍的实施例，在其他实施例中，也可对其中的某些操作步骤或者操作方式进行变形。

例如在其他实施例中，对开挖盲区中侵入基岩进行的破碎处理通过在地面上直接对应于侵入开挖盲区的基岩所在位置进行打孔，然后通过填放炸药的方式进行爆破炸碎，在对开挖盲区内的侵入基岩破碎后，破碎颗粒的粒度较小时，可以不再进行软质填料置换，直接进行后续的非圆形断面掘进机掘进施工。

例如在其他实施例中，在开挖盲区内的基岩贯穿整个隧道掘进机的掘进路径(基岩间断或连续分布在整个掘进路径上)时，将顶管机对准断面的开挖盲区内的基岩所在位置，然后通过顶管机的掘进对该位置进行打孔，直到顶管机打通整个隧道掘进机的掘进路径；取出顶管机主机，将顶管机打出的孔洞的前端以及顶管机的靠近前端的管节进行封堵，以形成封闭空间，然后在接收井内布置注浆系统，通过封闭孔洞前端的封板上的注浆孔向该封闭空间中高压注入回填介质，并在高压的回填介质的反推作用下将各管节从孔洞中顶出，随之完成孔洞回填。

本发明的开挖盲区预处理方法的实施例：其具体方法与上文介绍的隧道掘进施工方法中的开挖盲区预处理方法一致，本文不再赘述。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，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 (18)

1.一种开挖盲区预处理方法，其特征是，具体为：

确定开挖盲区中基岩或桩基侵入的位置，然后对该位置的基岩或桩基进行预处理，所述的预处理包括对该位置的基岩或桩基进行破碎。

2.根据权利要求1所述的开挖盲区预处理方法，其特征是，所述的预处理还包括对破碎的基岩或桩基进行软质填料的置换，以便于后续非圆形断面掘进施工。

3.根据权利要求1所述的开挖盲区预处理方法，其特征是，

如果开挖盲区中基岩或桩基侵入位置距离始发井和接收井中的一个较近，在始发井和接收井两个中距离基岩或桩基侵入位置较近的一个内对开挖盲区中的基岩或桩基进行所述的预处理；

如果开挖盲区中基岩或桩基侵入整个隧道掘进机的掘进路径，从始发井和接收井中的任一个内对开挖盲区中的基岩或桩基进行所述的预处理，或者同时从始发井和接收井对开挖盲区中的基岩或桩基进行所述的预处理。

4.根据权利要求1所述的开挖盲区预处理方法，其特征是，所述的预处理过程中对基岩或桩基进行破碎通过沿隧道掘进机的掘进路径对开挖盲区的基岩或桩基进行打孔来实现。

5.根据权利要求4所述的开挖盲区预处理方法，其特征是，所述的预处理过程中的打孔操作包括通过顶管机沿异形断面掘进机的掘进路径对开挖盲区内的基岩或桩基进行打孔，且在打孔完成后，取出顶管机的主机和孔洞内的管节。

6.根据权利要求5所述的开挖盲区预处理方法，其特征是，所述的预处理还包括对打好的孔洞进行回填。

7.根据权利要求6所述的开挖盲区预处理方法，其特征是，所述的预处理的具体方式为：

在开挖盲区内的基岩或桩基贯穿整个隧道掘进机的掘进路径时，所述贯穿整个隧道掘进机的掘进路径是指间断或连续分布在整个掘进路径上，将顶管机对准断面的开挖盲区内的基岩或桩基所在位置，然后通过顶管机的掘进对该位置进行打孔，直到顶管机打通整个隧道掘进机的掘进路径；

取出顶管机主机，将顶管机打出的孔洞的前端以及顶管机的靠近前端的管节进行封堵，以形成封闭空间，然后向该封闭空间中注入回填介质，并在回填介质的反推作用下将各管节从孔洞中顶出，随之完成孔洞回填。

8.根据权利要求7所述的开挖盲区预处理方法，其特征是，通过开设有注浆孔的封板封堵顶管机最前端的管节，并通过该注浆孔向所述封闭空间中注入回填介质。

9.根据权利要求7所述的开挖盲区预处理方法，其特征是，在通过向封闭空间中注入回填介质反推顶管机管节的同时，从顶管机的后端通过回退油缸辅助拉回管节。

10.根据权利要求6所述的开挖盲区预处理方法，其特征是，所述的预处理的具体方式为：

在基岩或桩基仅侵入隧道掘进机的掘进路径的局部位置时，将顶管机对准断面的开挖盲区内的基岩或桩基所在位置，然后通过顶管机的掘进对该位置进行打孔，直到打通该位置的基岩或桩基；

顶管机前侧孔洞形成封闭空间，然后向该封闭空间中注入回填介质，并在回填介质的反推作用下将顶管机主机及孔洞内的各管节从孔中顶出，随之完成孔洞回填。

11.根据权利要求10所述的开挖盲区预处理方法，其特征是，在通过向封闭空间中注入回填介质反推顶管机的同时，从顶管机的后端通过回退油缸辅助拉回管节。

12.根据权利要求9或11所述的开挖盲区预处理方法，其特征是，通过将顶管机自带的液压顶推装置的顶推油缸反装构成所述的回退油缸。

13.根据权利要求7或10所述的开挖盲区预处理方法，其特征是，在向封闭空间中注入回填介质时，通过顶管机自带的泥水平衡注浆系统进行回填。

14.根据权利要求7-11任意一项所述的开挖盲区预处理方法，其特征是，在顶管机掘进和顶管机各管节回退的过程中，通过注入减摩剂减小设备外侧面与孔洞内壁之间的摩擦阻力。

15.根据权利要求4-11任意一项所述的开挖盲区预处理方法，其特征是，在对盲区内的基岩进行打孔之前，根据盲区内的基岩分布以及水文因素，选择打孔设备；当盲区内的基岩为硬岩、富水地质时，采用顶管机进行打孔；当盲区内的基岩为无水硬岩地层时，采用凿岩钻机打孔。

16.根据权利要求15所述的开挖盲区预处理方法，其特征是，当盲区内的基岩为无水硬岩地层时，采用凿岩钻机分别从始发井和接收井同时对向打孔。

17.根据权利要求6-11任意一项所述的开挖盲区预处理方法，其特征是，在所述的预处理过程中，孔洞回填介质为填土。

18.一种隧道掘进施工方法，其特征是，具体为：

首先采用开挖盲区预处理方法对非圆形断面掘进机的开挖盲区进行预处理，然后进行非圆形断面掘进施工；

其中，所述的开挖盲区预处理方法为权利要求1-17任意一项所述的开挖盲区预处理方法。

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