CN113417644A - 一种盾构施工过程中溶洞探测方法 - Google Patents
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Abstract
一种盾构施工过程中溶洞探测方法，适用于盾构施工穿越既有建筑群或江河湖底下的岩溶地质区域时遇到未知的溶洞，根据盾构施工掌子面进行钻孔，运用管波法探测掌子面前面沿盾构隧道周边一定深度范围内的溶洞分布情况，消除潜在的较大的未知的溶、土洞会对盾构安全施工造成影响，保证施工安全环保，施工质量高，可提升施工效率，降低施工成本。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种盾构施工过程中溶洞探测方法。
背景技术
在岩溶地区修建地铁盾构隧道时，遇到未探明的溶洞，若处理不当，会使盾构机会发生沉降、轴线偏移、磕头等现象，同时岩溶区的地下水较为丰富，当溶洞位于隧道顶板以上及洞身部位时,由于溶洞、溶隙中富含岩溶水或充填有软塑状黏性土,地铁施工中溶洞地下水可能涌入或击穿洞壁,产生突水、涌泥问题，虽采用盾构法施工,当隧道从岩层中通过时,由于盾构机本身的密封性较好,突水涌泥问题可能不大，但可能会影响盾构施工开挖面的压力平衡,进而影响盾构机的正常掘进以及开仓换刀作业。除此之外，地铁施工活动有可能改变局部的水文地质环境条件而产生吸蚀和潜蚀作用,从而导至岩溶活动的加剧或加速发展，在土层与灰岩界面附近形成土洞并进一步发展为塌陷地质灾害,工程设计与施工治理需要引起足够的重视，对施工进度造成影响，并且可能造成盾构机的破坏，造成巨大的经济损失。
在岩溶地区修建地铁盾构隧道时，在施工过程中可能遇到较大的未知的溶、土洞，威胁盾构施工安全，常需从地面向下做补充勘察，明确溶、土洞的位置、三维尺寸及填充情况，然后做溶、土洞处理，再继续施工。经过长期探索发展，现有的溶洞探测技术有：电磁波CT扫描成像，其精度高，勘测信息丰富，并且抗干扰能力强，但需要在地面钻取多个孔位确保成像的准确性；地质雷达，依靠发射与接受电磁波探测地下情况；管波法，将发射装置放在已充满液体的钻孔中，探测孔旁一定范围内的地质情况；钻探等。探明即将施工区域的情况后，对溶洞进行处理，溶洞处理的方法目前以灌浆为主，对溶洞处理完全后进行盾构施工。
现有的溶洞探测方法都需要在地表进行探测，需要有足够的施工场地放置仪器以及开展工作，然而盾构机穿越既有建筑群或江河湖底下的岩溶地质区域时，难于从地面向下进行地质补充勘探时，潜在的较大的未知的溶、土洞会对盾构安全施工造成影响。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的在于提供一种盾构施工过程中溶洞探测方法，旨在解决现有技术存在的问题。
本发明为达到其目的，所采用的技术方案如下：
一种盾构施工过程中溶洞探测方法，对施工区域前方地质情况进行判断：若情况正常，进行正常施工；若判断前方有可能出现溶洞，开始对溶洞分布情况进行详细探测，包括以下步骤：
S1、判断溶洞洞穴的方位；
S2、在土压平衡盾构机土压仓隔板上预留钻孔用预留孔，旋转盾构机的刀盘孔隙至溶洞洞穴的判断方位位置；
S3、架设钻机施工平台；
S4、打开土压仓隔板上的预留孔；
S5、架设钻机，并密封钻机与土压仓隔板上的预留孔连接处的空隙；
S6、按预定角度施工钻孔，出渣直接到土仓；
S7、在钻孔处设置套管，所述套管穿越土压仓；
S8、在钻孔处的套管及钻孔孔洞内设置管波法所需的发射器与接收器进行探测；
S9、通过管波法的结果分析，形成溶洞沿盾构外边缘分布图。
优选的，根据盾构机掘进参数的变化判断施工隧道前方是否可能存在溶洞，所述盾构机的掘进参数包括盾构总推力、刀盘扭矩与刀盘转速，掘进转速与螺旋机转速，土仓压力，轴线偏差。
优选的，所述盾构机的掘进参数变化如下：盾构机总推力在均匀地层中时随着推进，总推力增大，当地层情况明确，总推力出现波动变化，则前方有溶洞存在的可能；刀盘扭矩与刀盘转速与总推力大致呈线性关系变化，因此当刀盘扭矩与转速发生波动时，前方也可能存在溶洞；掘进速度的主要决定因素是推进力，推进力越大，贯入度越高，掘进速度越快，掘进速度同时受地层情况的影响，因此当掘进速度高于设定值时，前方可能存在溶洞；土仓压力一般保持在稳定水平，当土仓压力降低，出土量减少时，前方可能出现溶洞，因此当上述参数发生异常变化时，则可初步判断盾构施工前方可能存在溶洞。
优选的，在步骤S2中，所述预留孔沿所述盾构机刀盘圆周布置，并对预留孔做好密封处理。
优选的，在步骤S2中，所述预留孔采用螺旋式结构实现开启与关闭状态，在预留孔内放置橡胶止水垫进行密封处理，在进行钻孔作业时在与钻孔连接处用环形止水垫止水。
优选的，在步骤S6中，钻孔直径为100-150mm，具体的，根据后期灌浆与灌砂取值，钻孔深度从掌子面处起为4-6m，为了保证管波法的正常应用，保证孔内充满液体，钻孔倾斜角度为15-25度。
优选的，在步骤S7中，所述套管采用钢制套管，其表面刻有螺纹，用于连接土仓隔板的预留孔与掌子面，在预留孔处通过螺母对套管起固定于支撑作用，保证套管与掌子面连接紧密。
优选的，在步骤S7中，所述套管与预留孔的密封方式采用橡胶止水垫。
优选的，在步骤S8中，在所述钻孔处的套管设有用于放置发射器与接收器的辅助装置，所述辅助装置包括钢筋，在所述钢筋上设置有若干个直径小于钻孔直径的钢制圆盘，所述传感器与钢筋末端连接。
优选的，在步骤S9中，根据管波法所探测到的圆环形地质情况展开为平面图形，画出溶洞的分布位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出的盾构施工过程中溶洞探测方法，适用于盾构施工穿越既有建筑群或江河湖底下的岩溶地质区域时遇到未知的溶洞，根据盾构施工掌子面进行钻孔，运用管波法探测掌子面前面沿盾构隧道周边一定深度范围内的溶洞分布情况，可以从地面向下进行地质补充勘探时，消除潜在的较大的未知的溶、土洞会对盾构安全施工造成影响，保证施工安全环保，施工质量高，可提升施工效率，降低施工成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的预留孔的分布图；
图3为本发明的辅助装置的结构图；
图4为本发明的预留孔的结构图；
附图标记说明：
1-土压仓隔板，2-预留孔，3-钢制圆盘，4-钢筋，5-门体，6-把手部，7-橡胶止水垫。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，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，本领域技术人员在没有作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，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
参照图1至图4，本发明实施例提供一种盾构施工过程中溶洞探测方法，对施工区域前方地质情况进行判断：若情况正常，进行正常施工；若判断前方有可能出现溶洞，开始对溶洞分布情况进行详细探测，包括以下步骤：
S1、判断溶洞洞穴的方位；
S2、在土压平衡盾构机土压仓隔板1上预留钻孔用预留孔2，旋转盾构机的刀盘孔隙至溶洞洞穴的判断方位位置；
S3、架设钻机施工平台；
S4、打开土压仓隔板1上的预留孔2；
S5、架设钻机，并密封钻机与土压仓隔板1上的预留孔2连接处的空隙；
S6、按预定角度施工钻孔，出渣直接到土仓；
S7、在钻孔处设置套管，所述套管穿越土压仓；
S8、在钻孔处的套管及钻孔孔洞内设置管波法所需的发射器与接收器进行探测；
S9、通过管波法的结果分析，形成溶洞沿盾构外边缘分布图。
针对本方案具体的改进，根据盾构机掘进参数的变化判断施工隧道前方是否可能存在溶洞，所述盾构机的掘进参数包括盾构总推力、刀盘扭矩与刀盘转速，掘进转速与螺旋机转速，土仓压力，轴线偏差。
针对本方案具体的改进，所述盾构机的掘进参数变化如下：盾构机总推力在均匀地层中时随着推进，总推力增大，当地层情况明确，总推力出现波动变化，则前方有溶洞存在的可能；刀盘扭矩与刀盘转速与总推力大致呈线性关系变化，因此当刀盘扭矩与转速发生波动时，前方也可能存在溶洞；掘进速度的主要决定因素是推进力，推进力越大，贯入度越高，掘进速度越快，掘进速度同时受地层情况的影响，因此当掘进速度高于设定值时，前方可能存在溶洞；土仓压力一般保持在稳定水平，当土仓压力降低，出土量减少时，前方可能出现溶洞，因此当上述参数发生异常变化时，则可初步判断盾构施工前方可能存在溶洞。
针对本方案具体的改进，在步骤S2中，所述预留孔2沿所述盾构机刀盘圆周布置，并对预留孔2做好密封处理，根据管波法的探测范围约为2米左右，因此预留孔2与预留孔2之间的间距约为两米。
针对本方案具体的改进，在步骤S2中，所述预留孔2采用螺旋式结构实现开启与关闭状态，具体的预留孔2处设有与其螺纹配合的门体5，在门体5上设有把手部6，在，在预留孔2内放置橡胶止水垫7进行密封处理，在进行钻孔作业时在与钻孔连接处用环形止水垫止水。
针对本方案具体的改进，在步骤S6中，钻孔直径为100-150mm，具体的，根据后期灌浆与灌砂取值，钻孔深度从掌子面处起为4-6m，为了保证管波法的正常应用，保证孔内充满液体，钻孔倾斜角度为15-25度。
针对本方案具体的改进，在步骤S7中，所述套管采用钢制套管，其表面刻有螺纹，用于连接土仓隔板的预留孔2与掌子面，在预留孔2处通过螺母对套管起固定于支撑作用，保证套管与掌子面连接紧密。
针对本方案具体的改进，在步骤S7中，所述套管与预留孔2的密封方式采用橡胶止水垫。
针对本方案具体的改进，在步骤S8中，在所述钻孔处的套管设有用于放置发射器与接收器的辅助装置，所述辅助装置包括钢筋4，在所述钢筋4上设置有若干个直径小于钻孔直径的钢制圆盘3，所述传感器与钢筋4末端连接。
针对本方案具体的改进，在步骤S9中，根据管波法所探测到的圆环形地质情况展开为平面图形，画出溶洞的分布位置。
本发明提出的盾构施工过程中溶洞探测方法，适用于盾构施工穿越既有建筑群或江河湖底下的岩溶地质区域时遇到未知的溶洞，根据盾构施工掌子面进行钻孔，运用管波法探测掌子面前面沿盾构隧道周边一定深度范围内的溶洞分布情况，可以从地面向下进行地质补充勘探时，消除潜在的较大的未知的溶、土洞会对盾构安全施工造成影响，保证施工安全环保，施工质量高，可提升施工效率，降低施工成本。
于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系,仅是为了便于描述和简化操作，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”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种盾构施工过程中溶洞探测方法，其特征在于，对施工区域前方地质情况进行判断：若情况正常，进行正常施工；若判断前方有可能出现溶洞，开始对溶洞分布情况进行详细探测，包括以下步骤：
S1、判断溶洞洞穴的方位；
S2、在土压平衡盾构机土压仓隔板上预留钻孔用预留孔，旋转盾构机的刀盘孔隙至溶洞洞穴的判断方位位置；
S3、架设钻机施工平台；
S4、打开土压仓隔板上的预留孔；
S5、架设钻机，并密封钻机与土压仓隔板上的预留孔连接处的空隙；
S6、按预定角度施工钻孔，出渣直接到土仓；
S7、在钻孔处设置套管，所述套管穿越土压仓；
S8、在钻孔处的套管及钻孔孔洞内设置管波法所需的发射器与接收器进行探测；
S9、通过管波法的结果分析，形成溶洞沿盾构外边缘分布图。
2.根据权利要求1所述的盾构施工过程中溶洞探测方法，其特征在于，根据盾构机掘进参数的变化判断施工隧道前方是否可能存在溶洞，所述盾构机的掘进参数包括盾构总推力、刀盘扭矩与刀盘转速，掘进转速与螺旋机转速，土仓压力，轴线偏差。
3.根据权利要求2所述的盾构施工过程中溶洞探测方法，其特征在于，所述盾构机的掘进参数变化如下：盾构机总推力在均匀地层中时随着推进，总推力增大，当地层情况明确，总推力出现波动变化，则前方有溶洞存在的可能；刀盘扭矩与刀盘转速与总推力大致呈线性关系变化，因此当刀盘扭矩与转速发生波动时，前方也可能存在溶洞；掘进速度的主要决定因素是推进力，推进力越大，贯入度越高，掘进速度越快，掘进速度同时受地层情况的影响，因此当掘进速度高于设定值时，前方可能存在溶洞；土仓压力一般保持在稳定水平，当土仓压力降低，出土量减少时，前方可能出现溶洞，因此当上述参数发生异常变化时，则可初步判断盾构施工前方可能存在溶洞。
4.根据权利要求1所述的盾构施工过程中溶洞探测方法，其特征在于，在步骤S2中，所述预留孔沿所述盾构机刀盘圆周布置，并对预留孔做好密封处理。
5.根据权利要求4所述的盾构施工过程中溶洞探测方法，其特征在于，在步骤S2中，所述预留孔采用螺旋式结构实现开启与关闭状态，在预留孔内放置橡胶止水垫进行密封处理，在进行钻孔作业时在与钻孔连接处用环形止水垫止水。
6.根据权利要求1所述的盾构施工过程中溶洞探测方法，其特征在于，在步骤S6中，钻孔直径为100-150mm，具体的，根据后期灌浆与灌砂取值，钻孔深度从掌子面处起为4-6m，为了保证管波法的正常应用，保证孔内充满液体，钻孔倾斜角度为15-25度。
7.根据权利要求1所述的盾构施工过程中溶洞探测方法，其特征在于，在步骤S7中，所述套管采用钢制套管，其表面刻有螺纹，用于连接土仓隔板的预留孔与掌子面，在预留孔处通过螺母对套管起固定于支撑作用，保证套管与掌子面连接紧密。
8.根据权利要求7所述的盾构施工过程中溶洞探测方法，其特征在于，在步骤S7中，所述套管与预留孔的密封方式采用橡胶止水垫。
9.根据权利要求1所述的盾构施工过程中溶洞探测方法，其特征在于，在步骤S8中，在所述钻孔处的套管设有用于放置发射器与接收器的辅助装置，所述辅助装置包括钢筋，在所述钢筋上设置有若干个直径小于钻孔直径的钢制圆盘，所述传感器与钢筋末端连接。
10.根据权利要求1所述的盾构施工过程中溶洞探测方法，其特征在于，在步骤S9中，根据管波法所探测到的圆环形地质情况展开为平面图形，画出溶洞的分布位置。
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