CN112943269A - 一种过井不开挖常压换刀作业方法 - Google Patents
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Abstract
一种过井不开挖常压换刀作业方法。本发明采用泥水平衡式盾构机施工作业，其步骤是，步骤A：施作低强度混凝土墙；步骤B包括：B1盾构进井，盾构磨穿地连墙进入中间竖井内，刀盘顶在出洞处地连墙上，刀盘全部进入低强度混凝土墙内；B2封洞门，盾构机达到指定位置后，将由刀盘磨穿的地连墙与管片之间的空隙封堵，切断井内外地下水之间的水力联系；B3降水，将竖井内地下水位高度降至盾构机底部；步骤C常压进仓，开仓，作业人员进入泥水仓内对刀盘、刀具进行常压检查和更换。其有益效果是，低强度混凝土墙为盾构常压换刀提供稳定可靠空间，实现直接常压开仓进行刀盘、刀具检修更换等工作，操作安全无风险。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道盾构施工方法，尤其是涉及一种过井不开挖常压换刀作业方法，属于隧道施工技术领域。
背景技术
目前，盾构法隧道施工技术广泛应用于水利水电工程、城市轨道交通、公路隧道建设中。随着过江、过河及海底隧道建设项目的增多，地质条件多样，施工技术难度也越来越大，尤其是在复杂地质条件、超长距离盾构施工过程中，当刀盘刀具磨损严重、掘进速度下降、刀盘扭矩不断增大，会严重影响施工作业效率，危及刀盘结构稳定性。
当盾构隧道施工中出现刀盘刀具损坏需要进舱进行换刀。常压进舱，在地层自稳情况较好或通过加固地层保证地层稳定时，不需要盾构机通过加压平衡水土压力，地层自身可以保持稳定，可采用常压进舱方式。带压进舱，在土体自身不能保持稳定，需要盾构机向前方土体加压空气平衡前方土压力，作业人员从正常空气压力环境进入前方压缩空气环境，进舱后作业人员呼吸的是压缩空气，作业人员在舱内总时间很长，但真正工作的时间不多，因为在较大压力下进舱，减压是最耗费时间的，导致压缩空气进舱作业工作效率低。
在城市盾构隧道施工中，由于某些原因会导致盾构已经始发掘进，而中间井却还未进行土方开挖，不具备盾构过井检修、换刀等条件，使得盾构机不得不在中间井外长期停机保压。长时间停机保压会对工程的安全性和经济型等产生极为不利的影响，尤其是在富水砂卵石地层，地层松散，直接开仓换刀和盾尾刷更换导致安全风险、换刀时间长、工作效率低且作业成本高等。
发明内容
为了克服现有盾构隧道过井未开挖施工作业中带压进舱存在的上述不足，本发明提供一种过井不开挖常压换刀作业方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种过井不开挖常压换刀作业方法，采用泥水平衡式盾构机施工作业，盾构已经始发掘进、中间井尚未进行土方开挖，其步骤是：
步骤A：施作低强度混凝土墙，
在盾构机停机时刀盘所在位置提前施作低强度混凝土墙，为盾构停机时常压进仓提供安全空间。
步骤B：盾构进井、封洞门、降水，包括：
B1、盾构进井，盾构磨穿地连墙进入中间竖井内，刀盘顶在出洞处地连墙上，刀盘全部进入低强度混凝土墙内。
B2、封洞门，盾构机达到指定位置后，将由刀盘磨穿的地连墙与管片之间的空隙封堵，切断井内外地下水之间的水力联系。
B3、降水，将竖井内地下水位高度降至盾构机底部。
步骤C：常压进仓，
开仓，作业人员进入泥水仓内对刀盘、刀具进行常压检查和更换。
进一步，所述步骤A的作业步骤如下，
A1、低强度混凝土钢导墙施工，低强度混凝土墙钢导墙采用钢箱涵形式；
A2、在进行混凝土浇筑前需进行混凝土配合比试验，混凝土强度达到设计要求。
进一步，所述步骤B中的作业步骤如下，
B1、盾构进井，根据混凝土试块水煮实验，得到强度发展曲线，根据试块抗压强度达到设计强度的时间结合现场实际情况，确定盾构进井时间；盾构进井后最终停机位置为盾构刀盘顶靠在出洞侧地连墙上，盾构刀盘全部进入低强度混凝土墙内。
B2、封洞门，盾构进入竖井后，将盾尾处地连墙与管片间间隙封堵住。其中，
B2-1、同步注浆，
盾构机在掘进过程中采用同步注浆施工，在磨墙前15环同步注浆量为理论注浆量的180%～250%。
B2-2、二次注浆，
当盾构机进入竖井后，对最后15环管片进行整环二次注浆，二次注浆位置始于管片脱出盾尾3环。
二次注浆采用水泥-水玻璃双液浆，二次注浆压力为0.3~0.5MPa。
洞门封堵注浆完成后，对最后15环管片的所有点位进行开孔检查，确认无水无砂后，再进行后续施工。
B2-3、注入高浓度泥浆，
在二次注浆过程中，通过脱出盾尾第一环管片的径向注浆口以及盾构机径向注浆口注入高浓度泥浆，注浆压力为二次注浆压力的1.1~1.2倍。
进一步，所述步骤C的常压进仓中，
待地下水位降低至盾构机底时，通过泥水仓内液位计观察地下水位是否增加，当地下水位不再增加时，开仓门进仓，进行泥水仓、气垫仓、刀盘、刀具检修更换工作。
再进一步，所述步骤B2-2中二次注浆采用水泥-水玻璃双液浆，其中，
水泥浆的质量比为，水∶水泥=1∶1；
双液浆的体积比为，水泥浆∶水玻璃=1∶1。
本发明的有益效果是，作业方法合理，在城市盾构隧道施工中，盾构已经始发掘进、中间井尚未进行土方开挖条件下，利用竖井围护结构为盾构过井常压换刀提供无水条件、低强度混凝土墙为盾构常压换刀提供稳定可靠空间，实现直接常压开仓进行刀盘、刀具检修更换等工作，操作安全无风险，减少作业时间，提高工作效率，有效降低作业成本。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。
本发明一种过井不开挖常压换刀作业方法，采用泥水平衡式盾构机施工作业，盾构已经始发掘进、中间井尚未进行土方开挖，其步骤是：
步骤A：施作低强度混凝土墙
为保证开仓的安全性，首先在盾构机停机时刀盘所在位置提前施作低强度混凝土墙，在盾构机停机时刀盘所在位置，为盾构停机时常压进仓提供安全空间；分为地面破除、钢导墙施工、成槽施工、低强度混凝土浇筑等过程。
步骤B：盾构进井、封洞门、降水，包括：
B1、盾构进井，盾构磨穿地连墙进入中间竖井内，刀盘顶在出洞处地连墙上，刀盘全部进入低强度混凝土墙内，为常压换刀提供稳定空间。
B2、封洞门，盾构机达到指定位置后，将由刀盘磨穿的地连墙与管片之间的空隙封堵，切断井内外地下水之间的水力联系，为后续降水提供可靠保障。
B3、降水，洞门封堵完毕之后，将竖井内地下水位高度降至低于盾构机刀盘，为常压开仓提供无水条件。
步骤C：常压进仓
在完成洞门封堵、降水之后开仓，作业人员进入泥水仓内对刀盘、刀具进行常压检查和更换。
进一步，所述步骤A施作低强度混凝土墙的作业步骤如下，
A1、低强度混凝土钢导墙施工
混凝土导墙施工完成后需要等待混凝土强度达到要求后方能进行施工，为了减少等待时间，低强度混凝土墙钢导墙采用钢箱涵形式。
A2、低强度混凝土墙施工
低强度混凝土墙在保证盾构机能常压开仓条件下，需要保证在后期土方开挖过程中能够较容易的开挖，因此在进行混凝土浇筑前需进行混凝土配合比试验，确定合理混凝土强度，混凝土强度达到设计要求。
进一步，所述步骤B的作业步骤如下，
B1、盾构进井
当步骤A2低强度混凝土墙施工完成后，根据混凝土试块水煮实验，得到强度发展曲线，根据试块抗压强度达到设计强度的时间结合现场实际情况，确定盾构进井时间；盾构进井后最终停机位置为盾构刀盘顶靠在出洞侧地连墙上，保证盾构刀盘全部进入低强度混凝土墙内。
B2、封洞门，盾构进入竖井后，将盾尾处地连墙与管片间间隙封堵住，以阻隔地层中地下水进入竖井内，步骤如下：
B2-1、同步注浆
盾构机在掘进过程中采用同步注浆施工，在磨墙前15环同步注浆量为理论注浆量的180%～250%，优选的，在磨墙前15环同步注浆量为理论注浆量的180%。
B2-2、二次注浆
进入竖井前15环为注浆环，当盾构机进入竖井后，对最后15环管片进行整环二次注浆，二次注浆位置始于管片脱出盾尾3环；
二次注浆采用水泥-水玻璃双液浆，二次注浆压力为0.3~0.5MPa；
洞门封堵注浆完成后，对最后15环管片的所有点位进行开孔检查，确认无水无砂后，再进行后续施工。
再进一步，二次注浆采用水泥-水玻璃双液浆，其中，
水泥浆的质量比为，水∶水泥=1∶1；
双液浆的体积比为，水泥浆∶水玻璃=1∶1。
B2-3、注入高浓度泥浆
在二次注浆过程中，由于二次注浆机压力控制为脉冲式，有可能将双液浆注入到盾尾范围内，造成盾尾止浆板和盾尾刷污染和击穿，存在抱死盾尾和盾尾漏水的风险，通过脱出盾尾第一环管片的径向注浆口以及盾构机径向注浆口注入高浓度泥浆，防止二次注浆浆液注入到盾尾处；优选的，高浓度泥浆的注浆压力略微高于二次注浆压力，压力为二次注浆压力的1.1~1.2倍。
B3、降水
降水的主要目的，一是检验封洞门止水效果；二是在洞门封死后，将竖井内的地下水位降至盾构机底部，为常压开仓提供无水条件。
进一步，所述步骤C的常压进仓中，
待地下水位降低至盾构机底时，通过泥水仓内液位计观察地下水位是否增加，当地下水位不再增加时，操作人员开仓门进仓，进行包括刀盘、刀具检修更换等工作。
实施例：
应用本发明一种过井不开挖常压换刀作业方法进行施工作业，采用泥水平衡式盾构机施工作业，盾构已经始发掘进、中间井尚未进行土方开挖，其作业步骤如下：
步骤A：施作低强度混凝土墙
在盾构机停机时刀盘所在位置提前施作低强度混凝土墙，为盾构停机时常压进仓提供安全空间；
A1、低强度混凝土钢导墙施工，低强度混凝土墙钢导墙采用钢箱涵形式。
A2、低强度混凝土墙施工，在进行混凝土浇筑前需进行混凝土配合比试验，确定合理混凝土强度。
步骤B：盾构进井、封洞门、降水，包括：
B1、盾构进井，盾构磨穿地连墙进入中间竖井内，刀盘顶在出洞处地连墙上，刀盘全部进入低强度混凝土墙内；
根据混凝土试块水煮实验，得到强度发展曲线，根据试块抗压强度达到设计强度的时间结合现场实际情况，确定盾构进井时间；盾构进井后最终停机位置为盾构刀盘顶靠在出洞侧地连墙上，盾构刀盘全部进入低强度混凝土墙内。
B2、封洞门，盾构机达到指定位置后，将由刀盘磨穿的地连墙与管片之间的空隙封堵，切断井内外地下水之间的水力联系；
具体的，盾构进入竖井后，将盾尾处地连墙与管片间间隙封堵住。
B2-1、同步注浆，
盾构机在掘进过程中采用同步注浆施工，在磨墙前15环同步注浆量为理论注浆量的200%；
B2-2、二次注浆，
当盾构进入竖井后，对最后15环管片进行整环二次注浆，二次注浆位置始于管片脱出盾尾3环；
二次注浆采用水泥-水玻璃双液浆，二次注浆压力为0.4MPa；
洞门封堵注浆完成后，对最后15环管片的所有点位进行开孔检查，确认无水无砂后，再进行后续施工。
具体的，二次注浆采用水泥-水玻璃双液浆，其中，
水泥浆的质量比为，水∶水泥=1∶1；
双液浆的体积比为，水泥浆∶水玻璃=1∶1。
B2-3、注入高浓度泥浆，
在二次注浆过程中，通过脱出盾尾第一环管片的径向注浆口以及盾构机径向注浆口注入高浓度泥浆，注浆压力为0.46MPa。
B3、降水，将竖井内地下水位高度降至盾构机底部。
步骤C：常压进仓
开仓，作业人员进入泥水仓内对刀盘、刀具进行常压检查和更换。
具体的，待地下水位降低至盾构机底时，通过泥水仓内液位计观察地下水位是否增加，当地下水位不再增加时，开仓门进仓，进行泥水仓、气垫仓、刀盘、刀具检修更换工作。
本发明过井不开挖常压换刀作业方法，结合工程地质、工程实际情况，设计的盾构过井“先隧后站”的施工工艺，即：盾构先穿越过竖井后再进行土方开挖。采取该作业方法需要盾构机在进入竖井内后创造刀具、盾尾刷检修、更换的条件，其基本原理是利用既有竖井围护结构（地下连续墙）为盾构过井常压换刀提供无水条件，利用低强度混凝土墙为盾构常压换刀提供稳定可靠空间。
本发明泥水平衡盾构机过井“先隧后站”常压换刀施工工艺，适用于富水地层中盾构过井施工，且在竖井不开挖情况下，实现在竖井内进行常压换刀施工。
应该注意的是上述实施例是示例而非限制本发明，本领域技术人员将能够设计很多替代实施例而不脱离本专利的权利要求范围。
Claims (5)
1.一种过井不开挖常压换刀作业方法，采用泥水平衡式盾构机施工作业，盾构已经始发掘进、中间井尚未进行土方开挖，其步骤是：
步骤A：施作低强度混凝土墙，
在盾构机停机时刀盘所在位置提前施作低强度混凝土墙，为盾构停机时常压进仓提供安全空间；
步骤B：盾构进井、封洞门、降水，包括：
B1、盾构进井，盾构磨穿地连墙进入中间竖井内，刀盘顶在出洞处地连墙上，刀盘全部进入低强度混凝土墙内；
B2、封洞门，盾构机达到指定位置后，由刀盘磨穿的地连墙与管片之间的空隙封堵，切断井内外地下水之间的水力联系；
B3、降水，将竖井内地下水位高度降至盾构机底部；
步骤C：常压进仓，
开仓，作业人员进入泥水仓内对刀盘、刀具进行常压检查和更换。
2.根据权利要求1所述过井不开挖常压换刀作业方法，其特征是：所述步骤A的作业步骤如下，
A1、低强度混凝土钢导墙施工，低强度混凝土墙钢导墙采用钢箱涵形式；
A2、在进行混凝土浇筑前需进行混凝土配合比试验，混凝土强度达到设计要求。
3.根据权利要求2所述过井不开挖常压换刀作业方法，其特征是：所述步骤B中的作业步骤如下，
B1、盾构进井，根据混凝土试块水煮实验，得到强度发展曲线，根据试块抗压强度达到设计强度的时间结合现场实际情况，确定盾构进井时间；盾构进井后最终停机位置为盾构刀盘顶靠在出洞侧地连墙上，盾构刀盘全部进入低强度混凝土墙内；
B2、封洞门，盾构进入竖井后，将盾尾处地连墙与管片间间隙封堵住，
B2-1、同步注浆，
盾构机在掘进过程中采用同步注浆施工，在磨墙前15环同步注浆量为理论注浆量的180%～250%；
B2-2、二次注浆，
当盾构机进入竖井后，对最后15环管片进行整环二次注浆，二次注浆位置始于管片脱出盾尾3环；
二次注浆采用水泥-水玻璃双液浆，二次注浆压力为0.3~0.5MPa；
洞门封堵注浆完成后，对最后15环管片的所有点位进行开孔检查，确认无水无砂后，再进行后续施工；
B2-3、注入高浓度泥浆，
在二次注浆过程中，通过脱出盾尾第一环管片的径向注浆口以及盾构机径向注浆口注入高浓度泥浆，注浆压力为二次注浆压力的1.1~1.2倍。
4.根据权利要求3所述过井不开挖常压换刀作业方法，其特征是：所述步骤C的常压进仓中，
待地下水位降低至盾构机底时，通过泥水仓内液位计观察地下水位是否增加，当地下水位不再增加时，开仓门进仓，进行泥水仓、气垫仓、刀盘、刀具检修更换工作。
5.根据权利要求3所述过井不开挖常压换刀作业方法，其特征是：所述步骤B2-2中二次注浆采用水泥-水玻璃双液浆，其中，
水泥浆的质量比为，水∶水泥=1∶1；
双液浆的体积比为，水泥浆∶水玻璃=1∶1。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210611 |
|
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