CN112832795B - 一种富水上软下硬复合地层的盾构掘进施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种富水上软下硬复合地层的盾构掘进施工方法，其特征在于包括如下步骤：1)地质概况探测；2)确定切割区域；3)切割区域成孔：沿切割区域的边缘钻设若干个边缘孔，于切割区域内部钻设与边缘孔的孔深相同的若干个内部孔，并控制边缘孔、内部孔的位置，使边缘孔、内部孔呈网格点状分布；4)钻孔连线切割：采用超高压磨料水射流沿内部孔、边缘孔进行切割，控制切割深度小于等于边缘孔的深度，使切割线与内部孔、边缘孔连接形成网格结构，以将盾构隧道掌子面中的硬质地层区域切割成岩土块体；5)上软下硬复合地层掘进。本发明解决了盾构掘进过程中上下地层物理特性指标差别较大造成的刀盘、刀具磨损等问题，节约了盾构掘进施工成本，使工作环境更绿色环保。
Description
技术领域
本发明涉及盾构掘进技术领域，具体涉及一种富水上软下硬复合地层的盾 构掘进施工方法。
背景技术
盾构法是建造地下隧道最先进的施工方法之一。随着我国经济的迅猛发展， 城市化进程在不断加快，城市的规模也在不断增大。由此，盾构掘进技术的要求 也在不断加大。
盾构法一般只适应于较为均质的软土、软岩地层或砂层及其互层。在较为 均质的地层中采用盾构法施工，盾构掘进方式及掘进模式相对简单、掘进方向容 易控制、掘进参数相对稳定，因此盾构施工难度较低。但由于自然界地质构造的 随机性，导致地质条件变化莫测，地层分界面起伏较大，在盾构施工过程中遇到 上软下硬等复合地层不可避免。在上软下硬地层中，坚硬岩层仅在隧道开挖面下 半部分出露，下部分硬岩自稳性较好而上部软岩自稳性较差，软硬不均现象明显， 局部存在不均匀风化夹层，给盾构施工造成极大困难，施工过程中也出现不少问 题。比如：盾构掘进姿态控制困难、刀具偏磨严重、刀盘受力不均致使主轴承受 损或主轴承密封被破坏、工况转换频繁造成较大地表变形等问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种富水上软下硬复合地层的盾构掘进施工 方法，其解决了盾构掘进过程中上下地层物理特性指标差别较大造成的刀盘、刀 具磨损等问题，节约了盾构掘进施工成本，使工作环境更绿色环保。
本发明通过下述技术方案实现。
一种富水上软下硬复合地层的盾构掘进施工方法，其特征在于包括如下步骤：
1)地质概况探测
在盾构区间开挖前，对掘进范围内盾构隧道掌子面中的上软下硬复合地层的 区间地段进行地质勘测，以获得该区间地段的地质勘测数据；
2)确定切割区域
根据步骤(1)获得的地质勘测数据，确定盾构隧道掌子面中的硬质地层区 域，将盾构隧道掌子面中的硬质地层区域作为切割区域；
3)切割区域成孔
沿切割区域的边缘钻设若干个边缘孔，于切割区域内部钻设与边缘孔的孔深 相同的若干个内部孔，并控制边缘孔、内部孔的位置，使边缘孔、内部孔呈网格 点状分布；
4)钻孔连线切割
采用超高压磨料水射流沿内部孔、边缘孔进行切割，控制切割深度小于等于 边缘孔的深度，使切割线与内部孔、边缘孔连接形成网格结构，以将盾构隧道掌 子面中的硬质地层区域切割成岩土块体；
5)上软下硬复合地层掘进
利用盾构机刀盘切削步骤处理后的隧道掌子面前方岩土块体，直至切削到边 缘孔与内部孔的底部，使盾构机掘进到未处理的隧道硬质岩土体处，之后再循环 往复步骤(2)、(3)、(4)，直至盾构机通过上软下硬复合层。
作为具体技术方案，所述步骤(1)中，地质勘测的方法包括地面钻孔探测、 盾构掘进隧道掌子面超前地质探测。
作为具体技术方案，所述步骤(3)中，采用超前钻钻设边缘孔、内部孔。
作为具体技术方案，所述步骤(3)中，内部孔、边缘孔的孔深为2～4m。
作为具体技术方案，所述步骤(3)中，内部孔、边缘孔的孔径为0.05～0.2 m。
作为具体技术方案，所述步骤(3)中，内部孔的间距控制为0.3～0.6m。
作为具体技术方案，所述步骤(4)中超高压磨料水射流的水压为30～300 MPa。
本发明有益效果：
1)本发明通过对盾构隧道掌子面中的硬质地层区域进行打孔，即沿切割区 域的边缘钻设边缘孔、于切割区域内部钻设内部孔，并通过超高压磨料水射流使 切割线与内部孔、边缘孔连接形成“棋盘”状网格结构进行预裂处理，可将盾构 隧道掌子面中的硬质地层区域切割成岩土块体，从而降低了隧道硬质地层部分岩 土体的强度，可便于盾构机切削，减少刀盘、刀具的磨损，同时可提高盾构掘进 的效率和降低施工成本。
2)本发明中采用超高压磨料水射流对隧道掌子面中硬质地层进行切割具有 如下优势：切割温升小，不产生热应力，对于瓦斯隧道的掘进更为安全；操作方 便，超高压磨料水射流切割具有高能量密度、冷态、良好的射流可控性和材料适 应性，不受使用环境限制；可有效循环利用在隧道掘进过程中降地下水位需排出 的地下水，有效降低盾构掘进施工成本；施工方法简单，易于操作，切割过程无 热变形，切割速度快，加工成本低，无尘，无味，无毒，无火花，振动小，噪声 低；减小了突水风险，降低了次生灾害发生的概率。
3)采用本发明方法在盾构机掘进施工过程中，相比采用爆破处理和直接盾 构掘进开挖，有效降低了隧道内粉尘浓度，具有绿色环保的特点。
附图说明
图1为本发明富水上软下硬复合地层的盾构掘进施工方法示意图
图2为本发明富水上软下硬复合地层的盾构掘进施工方法中边缘孔、内部 孔、切割线所形成“棋盘”状网格结构的示意图；
图3为实施例2中盾构区间不良地质段勘察结果剖面图；
图4为实施例2中地质分层三维模型；
上述图中各标识的含义为：1-隧道掘进方向盾构机上方地层；2-隧道掌子面 前方软质地层；3-预计掘进隧道；4-地表；5-切割区域；6-内部孔；7-盾构机； 8-盾构管片；9-边缘孔；10-网格结构；11-切割线；12-岩土块体；13-隧道掌子面 前方硬质地层；14-填筑土层；15-微风化白云岩；16-强风化白云岩；17-红黏土 层；18-中风化白云岩；19-隧道边线。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述 的实施例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他实施例，都 属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、 “竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解 为指示或暗示相对重要性。
实施例1
一种富水上软下硬复合地层的盾构掘进施工方法，请参阅图1、图2，包括 如下步骤：
1)地质概况探测
在盾构区间开挖前，采用地面钻孔探测或盾构掘进隧道掌子面超前地质探测， 对掘进范围内盾构隧道掌子面中的上软下硬复合地层(即盾构隧道掌子面上部为 软质地层，盾构隧道掌子面下部为硬质地层的区间地段)的区间地段进行地质勘 测，以获得该区间地段的地质勘测数据；
2)确定切割区域
根据步骤(1)获得的地质勘测数据，确定盾构隧道掌子面中的硬质地层区 域，将盾构隧道掌子面中的硬质地层区域作为切割区域5；
3)切割区域成孔
采用超前钻沿切割区域5的边缘钻设若干个边缘孔9，于切割区域5内部钻 设与边缘孔9的孔深相同的若干个内部孔6，并控制边缘孔9、内部孔6的位置， 使边缘孔9、内部孔6呈网格点状分布；其中，内部孔6、边缘孔9的孔深为2～ 4m、孔径为0.05～0.2m，内部孔6之间的间距控制为0.3～0.6m；
4)钻孔连线切割
采用超高压磨料水射流沿内部孔6、边缘孔9进行切割，控制切割深度小于 等于边缘孔9的深度，使切割线11与内部孔6、边缘孔9连接形成网格结构10， 以将盾构隧道掌子面中的硬质地层区域切割成岩土块体12；其中，超高压磨料 水射流的水压力控制为30～300MPa；
5)上软下硬复合地层掘进
利用盾构机刀盘切削步骤(4)处理后的隧道掌子面前方岩土块体12，直至 切削到边缘孔9与内部孔6的底部，使盾构机掘进到未处理的隧道硬质岩土体处， 之后再循环往复步骤(2)、(3)、(4)，直至盾构机通过上软下硬复合层。
实施例2
以某市城市公共交通配套工程一期土建施工03标某盾构区间为例，采用本 发明富水上软下硬复合地层的盾构掘进施工方法，请参阅图1、图2，包括如下 步骤：
1)地质概况探测
在盾构区间开挖前，采用地面钻孔探测或盾构掘进隧道掌子面超前地质探测， 对掘进范围内盾构隧道掌子面中的上软下硬复合地层(即盾构隧道掌子面上部为 软质地层，盾构隧道掌子面下部为硬质地层的区间地段)的区间地段进行地质勘 测，以获得该区间地段的地质勘测数据，具体见表1和图3、图4；
表1盾构区间不良地质段勘察结果
2)确定切割区域
根据步骤(1)获得的地质勘测数据，确定盾构隧道掌子面中的硬质地层区 域，将盾构隧道掌子面中的硬质地层区域作为切割区域5；
3)切割区域成孔
采用超前钻沿切割区域的边缘钻设若干个边缘孔9，于切割区域内部钻设与 边缘孔9的孔深相同的若干个内部孔6，并控制边缘孔9、内部孔6的位置，使 边缘孔9、内部孔6呈网格点状分布；其中，内部孔6、边缘孔9的孔深为3m、 孔径为0.1m，内部孔6之间的间距控制为0.5m；
4)钻孔连线切割
采用超高压磨料水射流沿内部孔6、边缘孔9进行切割，控制切割深度为 0.5～1.0m，使切割线11与内部孔6、边缘孔9连接形成网格结构10，以将盾构 隧道掌子面中的硬质地层区域切割成岩土块体；
5)上软下硬复合地层掘进
利用盾构机刀盘切削步骤(4)处理后的隧道掌子面前方岩土块体，直至切 削到边缘孔9与内部孔6的底部，使盾构机掘进到未处理的隧道硬质岩土体处， 之后再循环往复步骤(2)、(3)、(4)，直至盾构机通过上软下硬复合层。
Claims (7)
1.一种富水上软下硬复合地层的盾构掘进施工方法，其特征在于包括如下步骤：
1)地质概况探测
在盾构区间开挖前，对掘进范围内盾构隧道掌子面中的上软下硬复合地层的区间地段进行地质勘测，以获得该区间地段的地质勘测数据；
2)确定切割区域
根据步骤1)获得的地质勘测数据，确定盾构隧道掌子面中的硬质地层区域，将盾构隧道掌子面中的硬质地层区域作为切割区域(5)；
3)切割区域成孔
沿切割区域的边缘钻设若干个边缘孔(9)，于切割区域内部钻设与边缘孔(9)的孔深相同的若干个内部孔(6)，并控制边缘孔(9)、内部孔(6)的位置，使边缘孔(9)、内部孔(6)呈网格点状分布；
4)钻孔连线切割
采用超高压磨料水射流沿内部孔(6)、边缘孔(9)进行切割，控制切割深度小于等于边缘孔(9)的深度，使切割线与内部孔(6)、边缘孔(9)连接形成网格结构(10)，以将盾构隧道掌子面中的硬质地层区域切割成岩土块体(12)；
5)上软下硬复合地层掘进
利用盾构机刀盘切削步骤4)处理后的隧道掌子面前方的岩土块体(12)，直至切削到边缘孔(9)与内部孔(6)的底部，使盾构机掘进到未处理的隧道硬质岩土体处，之后再循环往复步骤2)、3)、4)，直至盾构机通过上软下硬复合层。
2.如权利要求1所述的一种富水上软下硬复合地层的盾构掘进施工方法，其特征在于所述步骤1)中，地质勘测的方法包括地面钻孔探测、盾构掘进隧道掌子面超前地质探测。
3.如权利要求1所述的一种富水上软下硬复合地层的盾构掘进施工方法，其特征在于所述步骤3)中，采用超前钻钻设边缘孔(9)、内部孔(6)。
4.如权利要求1所述的一种富水上软下硬复合地层的盾构掘进施工方法，其特征在于所述步骤3)中，内部孔(6)、边缘孔(9)的孔深为2～4m。
5.如权利要求1所述的一种富水上软下硬复合地层的盾构掘进施工方法，其特征在于所述步骤3)中，内部孔(6)、边缘孔(9)的孔径为0.05～0.2m。
6.如权利要求1所述的一种富水上软下硬复合地层的盾构掘进施工方法，其特征在于所述步骤3)中，内部孔(6)的间距控制为0.3～0.6m。
7.如权利要求1所述的一种富水上软下硬复合地层的盾构掘进施工方法，其特征在于所述步骤4)中超高压磨料水射流的水压为30～300MPa。
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