CN113107501A - 一种洞门延长钢环始发掘进施工工法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种洞门延长钢环始发掘进施工工法，包括如下步骤：1)盾构始发端头加固；2)密集建筑物群地基加固；3)始发井口后配套台车的轨道铺设；4)洞门延长钢环安装；5)制作洞门延长钢环；6)盾构钢环安装；7)洞口密封安装；8)定位安装始发架和反力架；9)负环拼装；10)盾构始发试掘进。本发明属于盾构始发掘进技术领域，具体是一种洞门延长钢环始发掘进施工工法，针对超浅覆土安全风险进行大管棚、地面袖阀管注浆加固以及结合延长钢环技术避免盾构掘进过程中进行凿桩造成掌子面塌陷等风险。

Description

一种洞门延长钢环始发掘进施工工法

技术领域

本发明属于盾构始发掘进技术领域，具体是指一种洞门延长钢环始发掘进施工工法。

背景技术

随着城市地铁建设的发展，在轨道交通线路的选择上，受规划及周边建、构筑物的制约，线路线性越来越复杂，地铁工程建设中有时会碰到始发就下穿建构筑物的情况。尤其是地铁线路较长、地铁线路的联络线、地铁线路的中间风井等施工部位，常存在盾构始发面临各种风险的情况。而应对始发的各种工法也常有诸如：冬季始发、分体始发等。针对较为常见的盾构始发掘进往往存在一种不利因素，但这种普通的盾构始发掘进工法远远满足不了现正在快速发展的地铁进程，故地铁施工缺乏盾构始发下穿建构筑物的始发掘进工法。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种洞门延长钢环始发掘进施工工法，针对超浅覆土安全风险进行大管棚、地面袖阀管注浆加固以及结合延长钢环技术避免盾构掘进过程中进行凿桩造成掌子面塌陷等风险。

本发明采取的技术方案如下：本发明一种洞门延长钢环始发掘进施工工法，包括如下步骤：

1)盾构始发端头加固

①加固方案选择：工程实施过程中，综合采用大管棚+袖阀管注浆加固技术，同时加固隧道拱顶地层及始发端地面，同时对端头地层进行管井降水；

②大管棚注浆加固：始发端头洞门拱顶120°范围采用大管棚注浆加固；管棚采用φ108mm、壁厚6mm、无缝钢管，单根管棚长10m，管棚孔口位于洞门拱部开挖轮廓线外200mm位置，钢管环向中心间距400mm、外插角1°；管棚采用分节加工制作，分节长度为3m×2+4m，节与节之间采用丝扣法连接，相邻两根管棚接头的错接长度不小于1.0m；

③袖阀管注浆加固：始发段隧道埋深较浅，隧道拱顶覆盖土大部分为杂填土，为有效降低盾构始发过程中地面沉降过大，对始发段地面进行袖阀管注浆加固；加固平面范围：长度8m、宽度12m，加固深度范围：自地面至隧道中心深度范围；孔眼直径80mm、孔间距800mm，呈梅花型布置；

④管井降水：盾构始发端头主要稳定含水层为上部粉质粘土与下伏泥岩之间的砂卵土层，最深基坑底位于卵石层中，卵石层渗透系数约为20m/d，水量比较丰富；为保证始发安全，盾构始发前将地下水水位降至基底1m以下，盾构始发端地层采用管井降水，降水井底位于含水层，通过降水参数计算，始发端头布置4口管井，降水参数计算采用潜水完整井模型；管井采用φ300mm的混凝土管，井深为20m，沿始发井基坑两侧对称布置；

2)密集建筑物群地基加固

盾构通过前对上述房屋地基采用地面袖阀管劈裂注浆法进行加固，劈裂注浆加固采用预注浆和跟踪注浆两种方式；盾构通过之前施作袖阀管，对房屋基础及地层进行预加固；加固范围根据隧道的埋深情况，从隧道外侧结构外延15m；房屋基础周边设两排注浆孔，第一排距离房屋基础1～1.5m，第二排距离房屋基础2.5～4m；在距离隧道1倍洞径6m范围内袖阀管钻孔间距为1m，在1倍洞径至15m间袖阀管钻孔间距为2m；在靠近房屋的第一排钻孔加密至1m，直接加固房屋基础下地层，其中预埋管搭设范围覆盖整个加固区域；钻孔的深度直孔为3～4m；袖阀管注浆完成一周后，对注浆加固区进行随机钻孔取芯检测，无侧限抗压强度达到1MPa以上即达到加固效果；盾构到达房屋下方、盾构通过后，地表根据监测情况进行跟踪注浆；

3)始发井口后配套台车的轨道铺设

盾构机后配套台车吊装下井后，用电机车将其依次拖引至指定位置，进行连接、组装；在盾体下井前及负环拆除后，始发井口位置需要进行轨道铺设，为弥补高差，本工程拟将轨道铺设于自加工“马镫”上。马镫高度H根据现场实测数据进行调整；隧道轨枕采用150H型钢轨枕，轴向间距为1米布置；压板与轨道连接方式：压板螺栓直径20mm，长度60mm；轨道压板长度为80mm、宽度60mm、厚度15mm，压板孔位于压板中心位置，直径为22mm；带开口的压板开口长度20mm，开口深度7.5mm；

4)洞门延长钢环安装

盾构隧道范围内围护桩均采用玻璃纤维筋，围护桩桩径1500mm，间距1800mm，为减少了进出洞风险，同时为了避免施工过程中掌子面塌陷不利影响，我部采用洞门延长钢环施工技术，可降低掌子面暴露风险，避免掌子面暴露太久发生失稳坍塌；同时考虑到本标段是最后一个始发的标段，施工工期压力较大，通过使用延长钢环技术，可有效提高盾构始发进度，与盾构始发凿桩相比，效率可提前3天；延长钢环长度为700mm；

5)制作洞门延长钢环

加工制作盾构钢环，按工程结构图纸制作盾构钢环，钢环采用10mm厚的A3钢板制作而成，其内径为Φ6700mm，制作精度直径允差20mm；由于运输和安装的需要，钢环分成四块等份制作，即每分块90°圆弧，每块重约0.35t，钢环内侧及边缘沿端墙与内衬墙预埋钢环焊接成整体，安装盾构延长环钢中必须与隧道中心相吻合，

6)盾构钢环安装

洞门中心测量定位→钢环轮廓测量定位→下半环钢环下井拼装定位→测量复核检查→下半环两块钢环接缝焊接→上半环钢环下井拼装定位→测量整环复核检查→上、下半环接缝焊接连接→安装完成；

7)洞口密封安装

在盾构始发掘进时，为了防止洞内水和回填注浆沿着盾构机外壳向洞口方向流出，在内衬墙上的盾构机入口洞圈周围安装环行密封橡胶板止水装置，该装置在内衬墙入口洞圈周围安装设有M20螺孔的预埋板A，用螺栓将密封橡胶板、压紧环板B和折叶压板栓连在预埋环板A上，考虑到使用了延长钢环，这些相应的都安装在洞门延长钢环上，延长钢环与之前端墙施工进行螺栓连接；当盾构机沿推进方向掘进时，带铰接的扇形压板被盾构机带动向顺时针方向转动，并支撑密封橡胶板，封闭在Φ6250mm的盾体外径处，止住水向始发井内流入；当盾体通过洞门密封装置后，橡胶帘布紧缩，压住扇形压板，防止水流沿管片外径向始发井内流入，同时也防止同步注浆浆液外溢；在试掘进100m完成后、拆除负环管片后，将B压板、扇形压板、密封橡胶帘布和螺栓拆除清洁后，按同样的安装方法将密封装置安装至到达洞门，为盾构机到站的密封止水使用；密封环的安装安排在盾构机下井组装调试完成、洞门外层砼凿除之后、围护桩最后一层钢筋拆除之前进行；洞门密封装置安装时，需注意橡胶帘布及扇形压板的安装方向，橡胶帘布端头的凸起方向与盾构掘进方向相同；

8)定位安装始发架和反力架

盾构始发托架的安装应注意出洞段隧道所处的线路平、纵面曲线条件、确保盾构中心轴线的坡度与隧道设计轴线度相适应；结合始发井、洞门环梁实测尺寸标高、盾构机盾体尺寸、既有始发架尺寸，对始发架进行平面、高程定位计算，以此作为始发架安装、加固的依据；考虑后续洞门延长钢环、反力架基准环安装，始发架沿线路方向定位：前端(大里程)距始发端墙700mm、以便后续延长钢环(长度600mm)安装，末端(小里程)距拟定反力架基准环100mm、以便后续反力架基准环安装；始发架沿隧道断面方向定位：始发架中线与隧道中线重合；考虑到始发后盾构机的“栽头”沉降因素，结合洞门实测圆心高程，始发架前端(大里程)高程按盾构中心较设计轴线抬高24mm控制；根据设计线路纵坡、洞门实测圆心高程计算盾体后端圆心高程来控制始发架后端(小里程)高程；反力架的安装关键在于确保反力架加固效果并控制基准环圆心高程、反力架立柱倾斜角度；按设计对反力架进行精确的定位，反力架的整体倾斜度应与始发架的安装坡度一致，以保证盾构机始发姿态的准确；因始发井底板纵坡达到35％，为确保反力架基准环与盾构机千斤顶垂直接触，利用自制角度检测器严格控制反力架立柱倾斜角度，同时，采用型钢加固反力架防止其受力后变形；为确保反力架加固效果，保证始发安全，结合盾构机始发阶段推力，对加固后的反力架结构进行安全验算；

9)负环拼装

始发拼装7环负环+1环0环，采用通缝拼装，封顶块点位为11点；负7环管片通过特殊短螺栓连接加工好的墩柱后在与反力架焊接，在拼装L1、L2块时需要将墩柱通过事先加工的“7”字板加固，然后再在拆入封顶快；负7环管片与反力架连接牢固；0环及以后进洞管片拼装相同，采用错缝拼装；拼装第一环负环需现场施工人员仔细复核好测量班已给的标记点位置；确保一次成型，不返工；当继续拼装负环管片时，盾尾内的负环管片将陆续移出，在盾构机前段焊接顶撑，每环一次焊接和割除工作(因为下坡，盾尾不易受力，必须靠反力以确保管片焊接牢固而不下落)，除利用木楔将管片支垫于始发托架上，在每环管片推出盾尾后，在管片外的支撑三角架纵向工字钢及始发台轨道上用木制楔子及时进行支垫，将管片压力均匀的传递给三角架和托架；为了负环管片安装稳定和承担掘进时的推力，除采用三角支撑架稳定负环管片外，每环管片还采用钢丝绳，组装成紧箍负环管片绳具，绳具两端钩在始发托架上，将管片环箍紧；盾构始发阶段80m，盾构在始发段掘进，对地面沉降控制尤为重要；盾构始发推进时保证姿态，匀速通过，同时控制同步注浆和二次补浆，必要时采取地面加固措施，盾构机在直线上始发，但盾构机掘进至LLXDK0+333.4时进入缓和曲线，此时盾构机掘进至第8环，洞门封堵刚刚结束，施工时应提前考虑，保证盾构机姿态以及管片姿态在规范规定范围内；盾构始发时为35％大下坡，始发时应注意防止电瓶车溜车，提前做好电瓶车防溜车措施，确保联络线盾构机的安全顺利始发为保证盾构机在以3-6-2稍密卵石、3-6-3中密卵石、3-6-4密实卵石为主要地层的顺利掘进，在始发掘进前检查滚刀的转动情况，确保所有滚刀可以人力扳转，不能人力扳转(或大于25N·m)的滚刀予以替换；

10)盾构始发试掘进

始发时盾构机的掘进参数如推力、扭矩等受托架和反力架限制，因此始发段的土体稳定主要由土仓内碴土的土压支撑来保证；土仓压力由地层变化测量反复对照设定，或者采用停止掘进时密闭土仓内的土压力为基础，设定土仓内的平衡土压值；在刀盘面板上喷注泡沫以减小掘进时与前方岩体的摩擦及土仓内碴土与刀盘、土仓壁的摩擦，可减小刀盘的驱动力矩；始发时刀盘接触工作面初期，事先关闭螺旋输送机出土闸门，通过预先往土仓注入1/2土仓容积的膨润土，启动刀盘掘进，当土仓充满2/3的渣土时，逐步启动螺旋输送机，打开出土闸门排土，在掘进过程中不断将实际出土量与理论出土量进行比较，是土压管理的重要措施；如遇断带裂隙水较多时，若清水涌来，以卸压排放为主；如遇水中带泥含沙可将土仓碴土量增加至满仓土，掘进通过；总推力以不超过8000KN考虑。

进一步地，步骤1的②)所述的大管棚注浆加固采用水泥单液浆、水灰比1:1、注浆压力0.2～0.4Mpa；管棚单孔注浆结束条件为：注浆压力达到设计终压，浆液注入量已达到计算值80％以上；全地段注浆结束条件为：所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注浆情况；注浆加固完成28天后采用取芯法检验是否已达到加固效果。

进一步地，步骤1的③)所述的袖阀管注浆加固采用水泥单液浆，水灰比1:1，注浆压力0.2～0.4Mpa；采取分段式注浆，注浆步距0.5m；注浆完毕28填后，在注浆孔间钻孔取芯检测地层加固效果。

进一步地，步骤10)所述的土仓压力范围为0.07～0.1Mpa。

进一步地，步骤10)所述的推力初始值为4000KN，增加量为500KN。

进一步地，步骤10)所述的盾构始发试掘进的速度为10～20mm/min。

进一步地，步骤10)所述的理论出土量和实际出图量的计算公式分别为：

V_虚＝K×π×D²×L/4

V_实＝π×D²×L/4

其中：K—土体松散系数；D—盾构机直径；L—掘进长度。

采用上述结构本发明取得的有益效果如下：本方案一种洞门延长钢环始发掘进施工工法，针对超浅覆土安全风险进行大管棚、地面袖阀管注浆加固以及结合延长钢环技术避免盾构掘进过程中进行凿桩造成掌子面塌陷等风险。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明洞门延长钢环始发掘进施工工法，包括如下步骤：

1)盾构始发端头加固

①加固方案选择：工程实施过程中，综合采用大管棚+袖阀管注浆加固技术，同时加固隧道拱顶地层及始发端地面，同时对端头地层进行管井降水；

②大管棚注浆加固：始发端头洞门拱顶120°范围采用大管棚注浆加固；管棚采用φ108mm、壁厚6mm、无缝钢管，单根管棚长10m，管棚孔口位于洞门拱部开挖轮廓线外200mm位置，钢管环向中心间距400mm、外插角1°；管棚采用分节加工制作，分节长度为3m×2+4m，节与节之间采用丝扣法连接，相邻两根管棚接头的错接长度不小于1.0m；

③袖阀管注浆加固：始发段隧道埋深较浅，隧道拱顶覆盖土大部分为杂填土，为有效降低盾构始发过程中地面沉降过大，对始发段地面进行袖阀管注浆加固；加固平面范围：长度8m、宽度12m，加固深度范围：自地面至隧道中心深度范围；孔眼直径80mm、孔间距800mm，呈梅花型布置；

④管井降水：盾构始发端头主要稳定含水层为上部粉质粘土与下伏泥岩之间的砂卵土层，最深基坑底位于卵石层中，卵石层渗透系数约为20m/d，水量比较丰富；为保证始发安全，盾构始发前将地下水水位降至基底1m以下，盾构始发端地层采用管井降水，降水井底位于含水层，通过降水参数计算，始发端头布置4口管井，降水参数计算采用潜水完整井模型；管井采用φ300mm的混凝土管，井深为20m，沿始发井基坑两侧对称布置；

2)密集建筑物群地基加固

盾构通过前对上述房屋地基采用地面袖阀管劈裂注浆法进行加固，劈裂注浆加固采用预注浆和跟踪注浆两种方式；盾构通过之前施作袖阀管，对房屋基础及地层进行预加固；加固范围根据隧道的埋深情况，从隧道外侧结构外延15m；房屋基础周边设两排注浆孔，第一排距离房屋基础1～1.5m，第二排距离房屋基础2.5～4m；在距离隧道1倍洞径6m范围内袖阀管钻孔间距为1m，在1倍洞径至15m间袖阀管钻孔间距为2m；在靠近房屋的第一排钻孔加密至1m，直接加固房屋基础下地层，其中预埋管搭设范围覆盖整个加固区域；钻孔的深度直孔为3～4m；袖阀管注浆完成一周后，对注浆加固区进行随机钻孔取芯检测，无侧限抗压强度达到1MPa以上即达到加固效果；盾构到达房屋下方、盾构通过后，地表根据监测情况进行跟踪注浆；

3)始发井口后配套台车的轨道铺设

盾构机后配套台车吊装下井后，用电机车将其依次拖引至指定位置，进行连接、组装；在盾体下井前及负环拆除后，始发井口位置需要进行轨道铺设，为弥补高差，本工程拟将轨道铺设于自加工“马镫”上。马镫高度H根据现场实测数据进行调整；隧道轨枕采用150H型钢轨枕，轴向间距为1米布置；压板与轨道连接方式：压板螺栓直径20mm，长度60mm；轨道压板长度为80mm、宽度60mm、厚度15mm，压板孔位于压板中心位置，直径为22mm；带开口的压板开口长度20mm，开口深度7.5mm；

4)洞门延长钢环安装

盾构隧道范围内围护桩均采用玻璃纤维筋，围护桩桩径1500mm，间距1800mm，为减少了进出洞风险，同时为了避免施工过程中掌子面塌陷不利影响，我部采用洞门延长钢环施工技术，可降低掌子面暴露风险，避免掌子面暴露太久发生失稳坍塌；同时考虑到本标段是最后一个始发的标段，施工工期压力较大，通过使用延长钢环技术，可有效提高盾构始发进度，与盾构始发凿桩相比，效率可提前3天；延长钢环长度为700mm；

5)制作洞门延长钢环

加工制作盾构钢环，按工程结构图纸制作盾构钢环，钢环采用10mm厚的A3钢板制作而成，其内径为Φ6700mm，制作精度直径允差20mm；由于运输和安装的需要，钢环分成四块等份制作，即每分块90°圆弧，每块重约0.35t，钢环内侧及边缘沿端墙与内衬墙预埋钢环焊接成整体，安装盾构延长环钢中必须与隧道中心相吻合，

6)盾构钢环安装

洞门中心测量定位→钢环轮廓测量定位→下半环钢环下井拼装定位→测量复核检查→下半环两块钢环接缝焊接→上半环钢环下井拼装定位→测量整环复核检查→上、下半环接缝焊接连接→安装完成；

7)洞口密封安装

在盾构始发掘进时，为了防止洞内水和回填注浆沿着盾构机外壳向洞口方向流出，在内衬墙上的盾构机入口洞圈周围安装环行密封橡胶板止水装置，该装置在内衬墙入口洞圈周围安装设有M20螺孔的预埋板A，用螺栓将密封橡胶板、压紧环板B和折叶压板栓连在预埋环板A上，考虑到使用了延长钢环，这些相应的都安装在洞门延长钢环上，延长钢环与之前端墙施工进行螺栓连接；当盾构机沿推进方向掘进时，带铰接的扇形压板被盾构机带动向顺时针方向转动，并支撑密封橡胶板，封闭在Φ6250mm的盾体外径处，止住水向始发井内流入；当盾体通过洞门密封装置后，橡胶帘布紧缩，压住扇形压板，防止水流沿管片外径向始发井内流入，同时也防止同步注浆浆液外溢；在试掘进100m完成后、拆除负环管片后，将B压板、扇形压板、密封橡胶帘布和螺栓拆除清洁后，按同样的安装方法将密封装置安装至到达洞门，为盾构机到站的密封止水使用；密封环的安装安排在盾构机下井组装调试完成、洞门外层砼凿除之后、围护桩最后一层钢筋拆除之前进行；洞门密封装置安装时，需注意橡胶帘布及扇形压板的安装方向，橡胶帘布端头的凸起方向与盾构掘进方向相同；

8)定位安装始发架和反力架

盾构始发托架的安装应注意出洞段隧道所处的线路平、纵面曲线条件、确保盾构中心轴线的坡度与隧道设计轴线度相适应；结合始发井、洞门环梁实测尺寸标高、盾构机盾体尺寸、既有始发架尺寸，对始发架进行平面、高程定位计算，以此作为始发架安装、加固的依据；考虑后续洞门延长钢环、反力架基准环安装，始发架沿线路方向定位：前端(大里程)距始发端墙700mm、以便后续延长钢环(长度600mm)安装，末端(小里程)距拟定反力架基准环100mm、以便后续反力架基准环安装；始发架沿隧道断面方向定位：始发架中线与隧道中线重合；考虑到始发后盾构机的“栽头”沉降因素，结合洞门实测圆心高程，始发架前端(大里程)高程按盾构中心较设计轴线抬高24mm控制；根据设计线路纵坡、洞门实测圆心高程计算盾体后端圆心高程来控制始发架后端(小里程)高程；反力架的安装关键在于确保反力架加固效果并控制基准环圆心高程、反力架立柱倾斜角度；按设计对反力架进行精确的定位，反力架的整体倾斜度应与始发架的安装坡度一致，以保证盾构机始发姿态的准确；因始发井底板纵坡达到35％，为确保反力架基准环与盾构机千斤顶垂直接触，利用自制角度检测器严格控制反力架立柱倾斜角度，同时，采用型钢加固反力架防止其受力后变形；为确保反力架加固效果，保证始发安全，结合盾构机始发阶段推力，对加固后的反力架结构进行安全验算；

9)负环拼装

始发拼装7环负环+1环0环，采用通缝拼装，封顶块点位为11点；负7环管片通过特殊短螺栓连接加工好的墩柱后在与反力架焊接，在拼装L1、L2块时需要将墩柱通过事先加工的“7”字板加固，然后再在拆入封顶快；负7环管片与反力架连接牢固；0环及以后进洞管片拼装相同，采用错缝拼装；拼装第一环负环需现场施工人员仔细复核好测量班已给的标记点位置；确保一次成型，不返工；当继续拼装负环管片时，盾尾内的负环管片将陆续移出，在盾构机前段焊接顶撑，每环一次焊接和割除工作(因为下坡，盾尾不易受力，必须靠反力以确保管片焊接牢固而不下落)，除利用木楔将管片支垫于始发托架上，在每环管片推出盾尾后，在管片外的支撑三角架纵向工字钢及始发台轨道上用木制楔子及时进行支垫，将管片压力均匀的传递给三角架和托架；为了负环管片安装稳定和承担掘进时的推力，除采用三角支撑架稳定负环管片外，每环管片还采用钢丝绳，组装成紧箍负环管片绳具，绳具两端钩在始发托架上，将管片环箍紧；盾构始发阶段80m，盾构在始发段掘进，对地面沉降控制尤为重要；盾构始发推进时保证姿态，匀速通过，同时控制同步注浆和二次补浆，必要时采取地面加固措施，盾构机在直线上始发，但盾构机掘进至LLXDK0+333.4时进入缓和曲线，此时盾构机掘进至第8环，洞门封堵刚刚结束，施工时应提前考虑，保证盾构机姿态以及管片姿态在规范规定范围内；盾构始发时为35％大下坡，始发时应注意防止电瓶车溜车，提前做好电瓶车防溜车措施，确保联络线盾构机的安全顺利始发为保证盾构机在以3-6-2稍密卵石、3-6-3中密卵石、3-6-4密实卵石为主要地层的顺利掘进，在始发掘进前检查滚刀的转动情况，确保所有滚刀可以人力扳转，不能人力扳转(或大于25N·m)的滚刀予以替换；

10)盾构始发试掘进

始发时盾构机的掘进参数如推力、扭矩等受托架和反力架限制，因此始发段的土体稳定主要由土仓内碴土的土压支撑来保证；土仓压力由地层变化测量反复对照设定，或者采用停止掘进时密闭土仓内的土压力为基础，设定土仓内的平衡土压值；在刀盘面板上喷注泡沫以减小掘进时与前方岩体的摩擦及土仓内碴土与刀盘、土仓壁的摩擦，可减小刀盘的驱动力矩；始发时刀盘接触工作面初期，事先关闭螺旋输送机出土闸门，通过预先往土仓注入1/2土仓容积的膨润土，启动刀盘掘进，当土仓充满2/3的渣土时，逐步启动螺旋输送机，打开出土闸门排土，在掘进过程中不断将实际出土量与理论出土量进行比较，是土压管理的重要措施；如遇断带裂隙水较多时，若清水涌来，以卸压排放为主；如遇水中带泥含沙可将土仓碴土量增加至满仓土，掘进通过；总推力以不超过8000KN考虑；

步骤1的②)所述的大管棚注浆加固采用水泥单液浆、水灰比1:1、注浆压力0.2～0.4Mpa；管棚单孔注浆结束条件为：注浆压力达到设计终压，浆液注入量已达到计算值80％以上；全地段注浆结束条件为：所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注浆情况；注浆加固完成28天后采用取芯法检验是否已达到加固效果。

步骤1的③)所述的袖阀管注浆加固采用水泥单液浆，水灰比1:1，注浆压力0.2～0.4Mpa；采取分段式注浆，注浆步距0.5m；注浆完毕28填后，在注浆孔间钻孔取芯检测地层加固效果。

步骤10)所述的土仓压力范围为0.07～0.1Mpa。

步骤10)所述的推力初始值为4000KN，增加量为500KN。

步骤10)所述的盾构始发试掘进的速度为10～20mm/min。

步骤10)所述的理论出土量和实际出图量的计算公式分别为：

V_虚＝K×π×D²×L/4

V_实＝π×D²×L/4

其中：K—土体松散系数；D—盾构机直径；L—掘进长度。

需要说明的是，在本文中，诸如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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，只是本发明的实施方式之一，并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种洞门延长钢环始发掘进施工工法，其特征在于：包括如下步骤：

1)盾构始发端头加固

①加固方案选择：工程实施过程中，综合采用大管棚和袖阀管注浆加固技术，同时加固隧道拱顶地层及始发端地面，同时对端头地层进行管井降水；

②大管棚注浆加固：始发端头洞门拱顶120°范围采用大管棚注浆加固；管棚采用φ108mm、壁厚6mm、无缝钢管，单根管棚长10m，管棚孔口位于洞门拱部开挖轮廓线外200mm位置，钢管环向中心间距400mm、外插角1°；管棚采用分节加工制作，分节长度为3m×2+4m，节与节之间采用丝扣法连接，相邻两根管棚接头的错接长度不小于1.0m；

③袖阀管注浆加固：始发段隧道埋深较浅，隧道拱顶覆盖土大部分为杂填土，为有效降低盾构始发过程中地面沉降过大，对始发段地面进行袖阀管注浆加固；加固平面范围：长度8m、宽度12m，加固深度范围：自地面至隧道中心深度范围；孔眼直径80mm、孔间距800mm，呈梅花型布置；

④管井降水：盾构始发端头主要稳定含水层为上部粉质粘土与下伏泥岩之间的砂卵土层，最深基坑底位于卵石层中，卵石层渗透系数约为20m/d，水量比较丰富；为保证始发安全，盾构始发前将地下水水位降至基底1m以下，盾构始发端地层采用管井降水，降水井底位于含水层，通过降水参数计算，始发端头布置4口管井，降水参数计算采用潜水完整井模型；管井采用φ300mm的混凝土管，井深为20m，沿始发井基坑两侧对称布置；

2)密集建筑物群地基加固

盾构通过前对上述房屋地基采用地面袖阀管劈裂注浆法进行加固，劈裂注浆加固采用预注浆和跟踪注浆两种方式；盾构通过之前施作袖阀管，对房屋基础及地层进行预加固；加固范围根据隧道的埋深情况，从隧道外侧结构外延15m；房屋基础周边设两排注浆孔，第一排距离房屋基础1～1.5m，第二排距离房屋基础2.5～4m；在距离隧道1倍洞径6m范围内袖阀管钻孔间距为1m，在1倍洞径至15m间袖阀管钻孔间距为2m；在靠近房屋的第一排钻孔加密至1m，直接加固房屋基础下地层，其中预埋管搭设范围覆盖整个加固区域；钻孔的深度直孔为3～4m；袖阀管注浆完成一周后，对注浆加固区进行随机钻孔取芯检测，无侧限抗压强度达到1MPa以上即达到加固效果；盾构到达房屋下方、盾构通过后，地表根据监测情况进行跟踪注浆；

3)始发井口后配套台车的轨道铺设

盾构机后配套台车吊装下井后，用电机车将其依次拖引至指定位置，进行连接、组装；在盾体下井前及负环拆除后，始发井口位置需要进行轨道铺设，为弥补高差，本工程拟将轨道铺设于自加工马镫上；马镫高度H根据现场实测数据进行调整；隧道轨枕采用150H型钢轨枕，轴向间距为1米布置；压板与轨道连接方式：压板螺栓直径20mm，长度60mm；轨道压板长度为80mm、宽度60mm、厚度15mm，压板孔位于压板中心位置，直径为22mm；带开口的压板开口长度20mm，开口深度7.5mm；

4)洞门延长钢环安装

盾构隧道范围内围护桩均采用玻璃纤维筋，围护桩桩径1500mm，间距1800mm，为减少了进出洞风险，同时为了避免施工过程中掌子面塌陷不利影响，我部采用洞门延长钢环施工技术，可降低掌子面暴露风险，避免掌子面暴露太久发生失稳坍塌；同时考虑到本标段是最后一个始发的标段，施工工期压力较大，通过使用延长钢环技术，可有效提高盾构始发进度，与盾构始发凿桩相比，效率可提前3天；延长钢环长度为700mm；

5)制作洞门延长钢环

加工制作盾构钢环，按工程结构图纸制作盾构钢环，钢环采用10mm厚的A3钢板制作而成，其内径为Φ6700mm，制作精度直径允差20mm；由于运输和安装的需要，钢环分成四块等份制作，即每分块90°圆弧，每块重约0.35t，钢环内侧及边缘沿端墙与内衬墙预埋钢环焊接成整体，安装盾构延长环钢中必须与隧道中心相吻合，

6)盾构钢环安装

洞门中心测量定位→钢环轮廓测量定位→下半环钢环下井拼装定位→测量复核检查→下半环两块钢环接缝焊接→上半环钢环下井拼装定位→测量整环复核检查→上、下半环接缝焊接连接→安装完成；

7)洞口密封安装

在盾构始发掘进时，为了防止洞内水和回填注浆沿着盾构机外壳向洞口方向流出，在内衬墙上的盾构机入口洞圈周围安装环行密封橡胶板止水装置，该装置在内衬墙入口洞圈周围安装设有M20螺孔的预埋板A，用螺栓将密封橡胶板、压紧环板B和折叶压板栓连在预埋环板A上，考虑到使用了延长钢环，这些相应的都安装在洞门延长钢环上，延长钢环与之前端墙施工进行螺栓连接；当盾构机沿推进方向掘进时，带铰接的扇形压板被盾构机带动向顺时针方向转动，并支撑密封橡胶板，封闭在Φ6250mm的盾体外径处，止住水向始发井内流入；当盾体通过洞门密封装置后，橡胶帘布紧缩，压住扇形压板，防止水流沿管片外径向始发井内流入，同时也防止同步注浆浆液外溢；在试掘进100m完成后、拆除负环管片后，将B压板、扇形压板、密封橡胶帘布和螺栓拆除清洁后，按同样的安装方法将密封装置安装至到达洞门，为盾构机到站的密封止水使用；密封环的安装安排在盾构机下井组装调试完成、洞门外层砼凿除之后、围护桩最后一层钢筋拆除之前进行；洞门密封装置安装时，需注意橡胶帘布及扇形压板的安装方向，橡胶帘布端头的凸起方向与盾构掘进方向相同；

8)定位安装始发架和反力架

盾构始发托架的安装应注意出洞段隧道所处的线路平、纵面曲线条件、确保盾构中心轴线的坡度与隧道设计轴线度相适应；结合始发井、洞门环梁实测尺寸标高、盾构机盾体尺寸、既有始发架尺寸，对始发架进行平面、高程定位计算，以此作为始发架安装、加固的依据；考虑后续洞门延长钢环、反力架基准环安装，始发架沿线路方向定位：前端距始发端墙700mm、以便后续延长钢环安装，末端距拟定反力架基准环100mm、以便后续反力架基准环安装；始发架沿隧道断面方向定位：始发架中线与隧道中线重合；考虑到始发后盾构机的“栽头”沉降因素，结合洞门实测圆心高程，始发架前端高程按盾构中心较设计轴线抬高24mm控制；根据设计线路纵坡、洞门实测圆心高程计算盾体后端圆心高程来控制始发架后端高程；反力架的安装关键在于确保反力架加固效果并控制基准环圆心高程、反力架立柱倾斜角度；按设计对反力架进行精确的定位，反力架的整体倾斜度应与始发架的安装坡度一致，以保证盾构机始发姿态的准确；因始发井底板纵坡达到35％，为确保反力架基准环与盾构机千斤顶垂直接触，利用自制角度检测器严格控制反力架立柱倾斜角度，同时，采用型钢加固反力架防止其受力后变形；为确保反力架加固效果，保证始发安全，结合盾构机始发阶段推力，对加固后的反力架结构进行安全验算；

9)负环拼装

始发拼装7环负环+1环0环，采用通缝拼装，封顶块点位为11点；负7环管片通过特殊短螺栓连接加工好的墩柱后在与反力架焊接，在拼装L1、L2块时需要将墩柱通过事先加工的“7”字板加固，然后再在拆入封顶快；负7环管片与反力架连接牢固；0环及以后进洞管片拼装相同，采用错缝拼装；拼装第一环负环需现场施工人员仔细复核好测量班已给的标记点位置；确保一次成型，不返工；当继续拼装负环管片时，盾尾内的负环管片将陆续移出，在盾构机前段焊接顶撑，每环一次焊接和割除工作，除利用木楔将管片支垫于始发托架上，在每环管片推出盾尾后，在管片外的支撑三角架纵向工字钢及始发台轨道上用木制楔子及时进行支垫，将管片压力均匀的传递给三角架和托架；为了负环管片安装稳定和承担掘进时的推力，除采用三角支撑架稳定负环管片外，每环管片还采用钢丝绳，组装成紧箍负环管片绳具，绳具两端钩在始发托架上，将管片环箍紧；盾构始发阶段80m，盾构在始发段掘进，对地面沉降控制尤为重要；盾构始发推进时保证姿态，匀速通过，同时控制同步注浆和二次补浆，必要时采取地面加固措施，盾构机在直线上始发，但盾构机掘进至LLXDK0+333.4时进入缓和曲线，此时盾构机掘进至第8环，洞门封堵刚刚结束，施工时应提前考虑，保证盾构机姿态以及管片姿态在规范规定范围内；盾构始发时为35％大下坡，始发时应注意防止电瓶车溜车，提前做好电瓶车防溜车措施，确保联络线盾构机的安全顺利始发为保证盾构机在以3-6-2稍密卵石、3-6-3中密卵石、3-6-4密实卵石为主要地层的顺利掘进，在始发掘进前检查滚刀的转动情况，确保所有滚刀可以人力扳转，不能人力扳转的滚刀予以替换；

10)盾构始发试掘进

始发时盾构机的掘进参数如推力、扭矩等受托架和反力架限制，因此始发段的土体稳定主要由土仓内碴土的土压支撑来保证；土仓压力由地层变化测量反复对照设定，或者采用停止掘进时密闭土仓内的土压力为基础，设定土仓内的平衡土压值；在刀盘面板上喷注泡沫以减小掘进时与前方岩体的摩擦及土仓内碴土与刀盘、土仓壁的摩擦，可减小刀盘的驱动力矩；始发时刀盘接触工作面初期，事先关闭螺旋输送机出土闸门，通过预先往土仓注入1/2土仓容积的膨润土，启动刀盘掘进，当土仓充满2/3的渣土时，逐步启动螺旋输送机，打开出土闸门排土，在掘进过程中不断将实际出土量与理论出土量进行比较，是土压管理的重要措施；如遇断带裂隙水较多时，若清水涌来，以卸压排放为主；如遇水中带泥含沙可将土仓碴土量增加至满仓土，掘进通过；总推力以不超过8000KN考虑。

2.根据权利要求1所述的一种洞门延长钢环始发掘进施工工法，其特征在于：步骤1的②)所述的大管棚注浆加固采用水泥单液浆、水灰比1:1、注浆压力0.2～0.4Mpa；管棚单孔注浆结束条件为：注浆压力达到设计终压，浆液注入量已达到计算值80％以上；全地段注浆结束条件为：所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注浆情况；注浆加固完成28天后采用取芯法检验是否已达到加固效果。

3.根据权利要求1所述的一种洞门延长钢环始发掘进施工工法，其特征在于：步骤1的③)所述的袖阀管注浆加固采用水泥单液浆，水灰比1:1，注浆压力0.2～0.4Mpa；采取分段式注浆，注浆步距0.5m；注浆完毕28填后，在注浆孔间钻孔取芯检测地层加固效果。

4.根据权利要求1所述的一种洞门延长钢环始发掘进施工工法，其特征在于：步骤10)所述的土仓压力范围为0.07～0.1Mpa。

5.根据权利要求1所述的一种洞门延长钢环始发掘进施工工法，其特征在于：步骤10)所述的推力初始值为4000KN，增加量为500KN。

6.根据权利要求1所述的一种洞门延长钢环始发掘进施工工法，其特征在于：步骤10)所述的盾构始发试掘进的速度为10～20mm/min。

7.根据权利要求1所述的一种洞门延长钢环始发掘进施工工法，其特征在于：步骤10)所述的理论出土量和实际出图量的计算公式分别为：

V_虚＝K×π×D²×L/4

V_买＝π×D²×L/4

其中：K—土体松散系数；D—盾构机直径；L—掘进长度。