CN114483063A - 一种用于泥水盾构河道的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于泥水盾构河道的施工方法，包括钻机钻设超前钻孔、配置浆液、配置制浆剂、注浆加固并测试、制浆剂建泥膜、开仓作业。本发明的有益效果是：使用洞内超前加固注浆，避免了传统注浆受河水和周边环境限制的弊端，在掌子面及刀盘上方形成一层保护体，在一段时间内保证掌子面的稳定，给换刀作业提供一个稳定的作业环境，同时使用新型材料制浆剂注入盾构周围和土仓在掌子面形成致密的具有良好气密性的泥膜，保证了作业时隔断地下水涌入、保护掌子面稳定，为河底不利条件下开仓提供了一套其实可行的方案。

Description

一种用于泥水盾构河道的施工方法

技术领域

本发明涉及一种盾构河道的施工方法，具体为一种用于泥水盾构河道的施工方法，属于河道施工技术领域。

背景技术

在河底进行开仓作业，技术难度大危险性高，因此应当在穿越河道前就对盾构机进行全面检修，同时要对河底地层进行详勘，充分掌握施工环境有针对性的制定安全施工方案，总之应当主动选择好的地层和周边环境，尽量避免在河底换刀的不利情形。

泥水平衡盾构机主要适用于地下水压大，土体渗透系数大的地质状况，广泛用于过江过海等地铁隧道的施工，盾构机出现意外在河底停机后，直接建泥膜带压开仓通常不能成功；而传统地面加固方法受到河水限制难以进行，勉强施工往往工期长、代价大、且难以保证效果。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决问题而提供一种用于泥水盾构河道的施工方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种用于泥水盾构河道的施工方法，包括以下步骤

步骤一、钻机钻设超前钻孔，将钻机放至脚手架的平台上，在盾体上钻设钻孔，并在孔口位置设置法兰盘进行连接固定；

步骤二、配置浆液，注浆浆液采用水泥—水玻璃浆液，水泥采用PO.42.5普通硅酸盐水泥，水泥浆的水灰比为1:1；水玻璃原浆浓度40波美度，用水调配出水玻璃稀释液；水泥浆：水玻璃稀释液＝1:1；

步骤三、配置制浆剂，在浆车内加入清水，并启动搅拌器；起动制浆泵，运行正常后向漏斗中缓慢加入1.5～2包盾构制浆剂HS-1后，再加入1.5～2包盾构制浆剂HS-3，等盾构制浆剂HS-1和盾构制浆剂HS-3充分溶解没有疙瘩后，再加入8包盾构制浆剂HS-2，加料完毕后，制浆泵运行10分钟后停止即可；

步骤四、注浆加固并测试，采用后退式注浆，待钻孔完成后，先注入磷酸水玻璃进行封口防止注浆过程中浆液喷涌流失，待封口浆凝结开始注入水泥-水玻璃双液浆，压力达到2～2.5MPa后，后退钻杆，进行下一段的注浆作业，如此循环，直至该孔结束，并在所有钻孔注浆完成后进行保压测试；

步骤五、制浆剂建泥膜，利用盾构机中盾的注入口注入配制好的制浆剂浆液，进行填充并包裹整个盾构机体周围的土层孔隙；

步骤六、开仓作业，保压测试成功后，依照带压开仓规程进行作业。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤一中，具体包括：

①脚手架平台根据现场实际情况调，作业平台利用两侧伸出的油缸、两侧的管片及中间的桥架作为支撑点，平台板为满铺不锈钢走道板，为抵消钻孔时的冲击力，需要在平台后侧根据实际条件设置平台抛撑，平台搭设完成后，在平台四周设置安全护栏；

②将钻机放至平台，并在钻机底部垫设方木调整至满足钻孔角度，即保证钻杆方向与盾体预留的孔道方向一致；并在钻孔前调试钻机，使设备运转正常；

③盾构机盾体上预留孔的直径为125mm，钻机钻杆及钻头直径为42mm，钻孔深度为15m，当钻杆后退至切口附近时必须密切监测土仓压力变化，如土仓上涨则停止注入回抽钻杆，同时刀盘转动1-2圈防止浆液进入土仓后抱死刀盘。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤二中，具体包括：

①制浆设备为叶片式搅拌机，为了保证浆液的均匀性和在注浆间隙时不沉淀，并自行加工搅拌储浆桶两台，容量0.4立方米，为了方便吸浆，在储浆桶外侧设两个以上取浆口，以保证大流量注浆时浆液的供应；

②根据选定浆液的配比参数拌好浆液，其中水泥浆拌好后用1×1mm网筛过滤，确保浆液均匀，单孔注浆结束标准以定量定压相结合的方式控制。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤三中，制浆剂具体包括：

盾构制浆剂HS-1：由大、中分子量的聚丙烯酸盐类、纤维素盐类、聚丙烯腈盐类、抗钙剂、改性土、增效添加剂等组成，用于配制初始基础浆液；

盾构制浆剂HS-2：由不同颗粒级配的惰性矿物质及原植物纤维、橡胶粉、单封、石棉颗粒等物质组成；

盾构制浆剂HS-3：由不同的大、中分子量的聚丙烯酸盐类、聚丙烯腈盐类、纤维素盐类、乙烯基多元单体共聚物类、正电胶、堵塞微孔膨胀剂、改性土和增效添加剂等组成。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤四中，对于注浆操作，具体包括：

①注浆过程自上而下完成上部4个孔的注浆作业后即可进行保压测试。打开自动保压系统，将压力调整至确认准备阶段计算的理论开仓压力值，使用土仓预留孔排出仓内泥浆，液位下降至3-9点位置时停止排浆，开始记录空压机加载数据进行保压能力测试；

②保压测试需要持续进行2小时，2小时内空压机加载时间/空压机卸载时间+空压机加载时间<10％，则证明气密性良好，过程中加强河面巡视，巡视检查未发现冒泥浆或河面出现明显的气泡，则说明保压测试成功，后续可进行盾构机继续掘进或进行带压进仓作业；

③若保压测试失败，则继续向剩余下部孔注浆施工，直到保压测试成功为止。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤四中，对于注浆标准，具体包括：

①定量标准：当注浆量达到设计注浆量的1.5～2倍，压力仍然不上升，可采取速凝浆液等措施结束该孔注浆；

②定压标准：注浆过程中，压力逐渐上升，流量逐渐下降，当注浆压力达到设计注浆压力后，吸浆量很少或不吸浆时，可结束本孔注浆。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤五中，对于制浆剂注入，具体包括：

①土仓的注入：注入点位首先选用从盾构机上部注浆口注入泥水仓，注浆时可以边注入制浆剂边排放一部分原来在泥水仓的泥浆，但排放的量一定要少于注入的量，把部分泥浆挤入在地层中；

②当注入的制浆剂的量达到土仓的容量或泥水压力上升到大于地层压力时，开启刀盘缓慢转动几圈后停止，如果泥水压力能够保持稳定，则可以停止注入，保压力2个小时不下降就可以排浆进仓。

本发明的有益效果是：使用洞内超前加固注浆，避免了传统注浆受河水和周边环境限制的弊端，在掌子面及刀盘上方形成一层保护体，在一段时间内保证掌子面的稳定，给换刀作业提供一个稳定的作业环境，同时使用新型材料制浆剂注入盾构周围和土仓在掌子面形成致密的具有良好气密性的泥膜，保证了作业时隔断地下水涌入、保护掌子面稳定，为河底不利条件下开仓提供了一套其实可行的方案。

附图说明

图1为本发明施工流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

实施例一

请参阅图1，一种用于泥水盾构河道的施工方法，包括以下步骤

步骤一、钻机钻设超前钻孔，将钻机放至脚手架的平台上，在盾体上钻设钻孔，并在孔口位置设置法兰盘进行连接固定；

步骤二、配置浆液，注浆浆液采用水泥—水玻璃浆液，水泥采用PO.42.5普通硅酸盐水泥，水泥浆的水灰比为1:1；水玻璃原浆浓度40波美度，用水调配出水玻璃稀释液；水泥浆：水玻璃稀释液＝1:1；

步骤三、配置制浆剂，在浆车内加入清水，并启动搅拌器；起动制浆泵，运行正常后向漏斗中缓慢加入1.5～2包盾构制浆剂HS-1后，再加入1.5～2包盾构制浆剂HS-3，等盾构制浆剂HS-1和盾构制浆剂HS-3充分溶解没有疙瘩后，再加入8包盾构制浆剂HS-2，加料完毕后，制浆泵运行10分钟后停止即可；

步骤四、注浆加固并测试，采用后退式注浆，待钻孔完成后，先注入磷酸水玻璃进行封口防止注浆过程中浆液喷涌流失，待封口浆凝结开始注入水泥-水玻璃双液浆，压力达到2～2.5MPa后，后退钻杆，进行下一段的注浆作业，如此循环，直至该孔结束，并在所有钻孔注浆完成后进行保压测试；

步骤五、制浆剂建泥膜，利用盾构机中盾的注入口注入配制好的制浆剂浆液，进行填充并包裹整个盾构机体周围的土层孔隙；

步骤六、开仓作业，保压测试成功后，依照带压开仓规程进行作业。

在本发明实施例中，所述步骤一中，具体包括：

①脚手架平台根据现场实际情况调，作业平台利用两侧伸出的油缸、两侧的管片及中间的桥架作为支撑点，平台板为满铺不锈钢走道板，为抵消钻孔时的冲击力，需要在平台后侧根据实际条件设置平台抛撑，平台搭设完成后，在平台四周设置安全护栏；

②将钻机放至平台，并在钻机底部垫设方木调整至满足钻孔角度，即保证钻杆方向与盾体预留的孔道方向一致；并在钻孔前调试钻机，使设备运转正常；

③盾构机盾体上预留孔的直径为125mm，钻机钻杆及钻头直径为42mm，钻孔深度为15m，当钻杆后退至切口附近时必须密切监测土仓压力变化，如土仓上涨则停止注入回抽钻杆，同时刀盘转动1-2圈防止浆液进入土仓后抱死刀盘。

在本发明实施例中，所述步骤二中，具体包括：

①制浆设备为叶片式搅拌机，为了保证浆液的均匀性和在注浆间隙时不沉淀，并自行加工搅拌储浆桶两台，容量0.4立方米，为了方便吸浆，在储浆桶外侧设两个以上取浆口，以保证大流量注浆时浆液的供应；

②根据选定浆液的配比参数拌好浆液，其中水泥浆拌好后用1×1mm网筛过滤，确保浆液均匀，单孔注浆结束标准以定量定压相结合的方式控制。

在本发明实施例中，所述步骤三中，制浆剂具体包括：

盾构制浆剂HS-1：由大、中分子量的聚丙烯酸盐类、纤维素盐类、聚丙烯腈盐类、抗钙剂、改性土、增效添加剂等组成，用于配制初始基础浆液；大、中分子量的聚合物材料与有益颗粒(切削下的活性土或膨润土)之间，颗粒与颗粒之间相互吸附，形成布满整个泥水空间的网状结构框架，将自由水和土颗粒包围其结构中，以提高泥浆的粘度切力，降低滤失量，完成造浆护壁的初始浆液。

盾构制浆剂HS-2：由不同颗粒级配的惰性矿物质及原植物纤维、橡胶粉、单封、石棉颗粒等物质组成；用途是封堵砂土层、砾石层、风化岩层等孔隙，配合其他材料形成致密的泥膜，防止垮塌和稳定开挖面的作用。

盾构制浆剂HS-3：由不同的大、中分子量的聚丙烯酸盐类、聚丙烯腈盐类、纤维素盐类、乙烯基多元单体共聚物类、正电胶、堵塞微孔膨胀剂、改性土和增效添加剂等组成。在掘进时，利用刀盘与切削土体中的有益颗粒相结合，增强泥水内部的结构性和流变性，利于悬浮、携带钻屑，而微孔堵塞材料进入土层孔隙中，微胀的作用增强护壁性和稳定开挖面。

在本发明实施例中，所述步骤四中，对于注浆操作，具体包括：

①注浆过程自上而下完成上部4个孔的注浆作业后即可进行保压测试。打开自动保压系统，将压力调整至确认准备阶段计算的理论开仓压力值，使用土仓预留孔排出仓内泥浆，液位下降至3-9点位置时停止排浆，开始记录空压机加载数据进行保压能力测试；

②保压测试需要持续进行2小时，2小时内空压机加载时间/空压机卸载时间+空压机加载时间<10％，则证明气密性良好，过程中加强河面巡视，巡视检查未发现冒泥浆或河面出现明显的气泡，则说明保压测试成功，后续可进行盾构机继续掘进或进行带压进仓作业；

③若保压测试失败，则继续向剩余下部孔注浆施工，直到保压测试成功为止。

在本发明实施例中，所述步骤四中，对于注浆标准，具体包括：

①定量标准：当注浆量达到设计注浆量的1.5～2倍，压力仍然不上升，可采取速凝浆液等措施结束该孔注浆；

②定压标准：注浆过程中，压力逐渐上升，流量逐渐下降，当注浆压力达到设计注浆压力后，吸浆量很少或不吸浆时，可结束本孔注浆。

在本发明实施例中，所述步骤五中，对于制浆剂注入，具体包括：

①土仓的注入：注入点位首先选用从盾构机上部注浆口注入泥水仓，注浆时可以边注入制浆剂边排放一部分原来在泥水仓的泥浆，但排放的量一定要少于注入的量，把部分泥浆挤入在地层中；

②当注入的制浆剂的量达到土仓的容量或泥水压力上升到大于地层压力时，开启刀盘缓慢转动几圈后停止，如果泥水压力能够保持稳定，则可以停止注入，保压力2个小时不下降就可以排浆进仓。

实施例二

请参阅图1，一种用于泥水盾构河道的施工方法，以广州地铁十八号线横番区间1#中间风井～横番区间2#盾构井区间采用8.8米泥水盾构掘进施工为例，广州地铁十八号线横番区间1#中间风井～横番区间2#盾构井区间盾构长度2834.957m，需穿越蕉门水道(河面宽约330m，穿越长度约505m，隧道顶距离河床约16m)，细沥水道(河面宽约200m，穿越长度约471m，隧道顶距离河床约17m)，盾构隧道埋深19.2m～27.8m，线路大体呈南北走向，盾构开挖断面8.8m，最高运营时速达160km/h。

水文地质概况

盾构在西沥水道下方停机，地质图显示从上至下地层分别为：<2-2>淤泥质粉细砂、<2-3>淤泥质中粗砂、<2-1B>淤泥质土、<2-3>淤泥质中粗砂。隧道洞身主要穿越地层：<2-3>淤泥质中粗砂、<7H>强风化花岗岩。隧道顶至西沥水道河床约17m，水深约5-7米，河道中通航捕捞等水事活动频繁不具备垂直加固条件，因此必须利用盾构机预留超前注浆孔进行洞内超前加固。

盾构机设计预留超前注浆孔发挥了重要作用。盾构超前孔的保护至关重要，通常在始发前向所有预留注浆孔注入优质盾尾油脂直至油脂从盾体外挤出，盾体外出口处可涂抹少量快速水泥将孔口抹平，防止地层中杂物进入预留注浆孔道。

超前注浆过程应注意浆液从孔口反向喷出污染设备。钻杆深入孔道后应先注入磷酸水玻璃进行封口，注浆过程中操作工应严密监视压力变化，防止喷涌；同时应使用篷布将盾构机上设备进行覆盖，防止发生浆液喷涌时造成污染和损坏。

注浆过程中浆液不可避免的流入土仓，因此刀盘应当间歇性转动，并依据现场实际用新制备泥浆置换土仓内原有浆液，以免大量双液浆在仓内凝固抱死刀盘。同时封口浆液采用磷酸水玻璃具有腐蚀性，进仓作业人员应穿防护服避免被残留酸性浆液腐蚀伤害。

淤泥地层、砂层(富水粉细砂)、卵砾石层、软硬不均地层、断裂带、复合地层等自稳性差，容易发生坍塌，开仓难度大，本工艺对该类不良地层的开仓换刀也可适用。

工作原理：通过盾构机预留超前注浆孔，将双液浆注入刀盘前方和上方土体起到加固作用，在加固体的保护下进行开仓作业。首先向开挖仓注入高浓度膨润土保压；利用盾体预留径向孔向盾体四周注入膨润土泥浆，对盾体进行防护，避免浆液包裹盾体造成复推困难；利用盾体顶部预留超前注浆孔对刀盘前端地层注浆加固。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

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经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种用于泥水盾构河道的施工方法，其特征在于：包括以下步骤

步骤一、钻机钻设超前钻孔，将钻机放至脚手架的平台上，在盾体上钻设钻孔，并在孔口位置设置法兰盘进行连接固定；

步骤二、配置浆液，注浆浆液采用水泥—水玻璃浆液，水泥采用PO.42.5普通硅酸盐水泥，水泥浆的水灰比为1:1；水玻璃原浆浓度40波美度，用水调配出水玻璃稀释液；水泥浆：水玻璃稀释液＝1:1；

步骤三、配置制浆剂，在浆车内加入清水，并启动搅拌器；起动制浆泵，运行正常后向漏斗中缓慢加入1.5～2包盾构制浆剂HS-1后，再加入1.5～2包盾构制浆剂HS-3，等盾构制浆剂HS-1和盾构制浆剂HS-3充分溶解没有疙瘩后，再加入8包盾构制浆剂HS-2，加料完毕后，制浆泵运行10分钟后停止即可；

步骤四、注浆加固并测试，采用后退式注浆，待钻孔完成后，先注入磷酸水玻璃进行封口防止注浆过程中浆液喷涌流失，待封口浆凝结开始注入水泥-水玻璃双液浆，压力达到2～2.5MPa后，后退钻杆，进行下一段的注浆作业，如此循环，直至该孔结束，并在所有钻孔注浆完成后进行保压测试；

步骤五、制浆剂建泥膜，利用盾构机中盾的注入口注入配制好的制浆剂浆液，进行填充并包裹整个盾构机体周围的土层孔隙；

步骤六、开仓作业，保压测试成功后，依照带压开仓规程进行作业。

2.根据权利要求1所述的一种用于泥水盾构河道的施工方法，其特征在于：所述步骤一中，具体包括：

①脚手架平台根据现场实际情况调，作业平台利用两侧伸出的油缸、两侧的管片及中间的桥架作为支撑点，平台板为满铺不锈钢走道板，为抵消钻孔时的冲击力，需要在平台后侧根据实际条件设置平台抛撑，平台搭设完成后，在平台四周设置安全护栏；

②将钻机放至平台，并在钻机底部垫设方木调整至满足钻孔角度，即保证钻杆方向与盾体预留的孔道方向一致；并在钻孔前调试钻机，使设备运转正常；

③盾构机盾体上预留孔的直径为125mm，钻机钻杆及钻头直径为42mm，钻孔深度为15m，当钻杆后退至切口附近时必须密切监测土仓压力变化，如土仓上涨则停止注入回抽钻杆，同时刀盘转动1-2圈防止浆液进入土仓后抱死刀盘。

3.根据权利要求1所述的一种用于泥水盾构河道的施工方法，其特征在于：所述步骤二中，具体包括：

①制浆设备为叶片式搅拌机，并自行加工搅拌储浆桶两台，容量0.4立方米，在储浆桶外侧设两个以上取浆口，以保证大流量注浆时浆液的供应；

②根据选定浆液的配比参数拌好浆液，其中水泥浆拌好后用1×1mm网筛过滤，确保浆液均匀，单孔注浆结束标准以定量定压相结合的方式控制。

4.根据权利要求1所述的一种用于泥水盾构河道的施工方法，其特征在于：所述步骤三中，制浆剂具体包括：

盾构制浆剂HS-1：由大、中分子量的聚丙烯酸盐类、纤维素盐类、聚丙烯腈盐类、抗钙剂、改性土、增效添加剂组成，用于配制初始基础浆液；

盾构制浆剂HS-2：由不同颗粒级配的惰性矿物质及原植物纤维、橡胶粉、单封、石棉颗粒物质组成；

盾构制浆剂HS-3：由不同的大、中分子量的聚丙烯酸盐类、聚丙烯腈盐类、纤维素盐类、乙烯基多元单体共聚物类、正电胶、堵塞微孔膨胀剂、改性土和增效添加剂组成。

5.根据权利要求1所述的一种用于泥水盾构河道的施工方法，其特征在于：所述步骤四中，对于注浆操作，具体包括：

①注浆过程自上而下完成上部4个孔的注浆作业后即可进行保压测试。打开自动保压系统，将压力调整至确认准备阶段计算的理论开仓压力值，使用土仓预留孔排出仓内泥浆，液位下降至3-9点位置时停止排浆，开始记录空压机加载数据进行保压能力测试；

②保压测试需要持续进行2小时，2小时内空压机加载时间/空压机卸载时间+空压机加载时间<10％，则证明气密性良好，过程中加强河面巡视，巡视检查未发现冒泥浆或河面出现明显的气泡，则说明保压测试成功，后续可进行盾构机继续掘进或进行带压进仓作业；

③若保压测试失败，则继续向剩余下部孔注浆施工，直到保压测试成功为止。

6.根据权利要求1所述的一种用于泥水盾构河道的施工方法，其特征在于：所述步骤四中，对于注浆标准，具体包括：

①定量标准：当注浆量达到设计注浆量的1.5～2倍，压力仍然不上升，采取速凝浆液措施结束该孔注浆；

②定压标准：注浆过程中，压力逐渐上升，流量逐渐下降，当注浆压力达到设计注浆压力后，吸浆量很少或不吸浆时，可结束本孔注浆。

7.根据权利要求1所述的一种用于泥水盾构河道的施工方法，其特征在于：所述步骤五中，对于制浆剂注入，具体包括：

①土仓的注入：注入点位首先选用从盾构机上部注浆口注入泥水仓，注浆时可以边注入制浆剂边排放一部分原来在泥水仓的泥浆，但排放的量一定要少于注入的量，把部分泥浆挤入在地层中；

②当注入的制浆剂的量达到土仓的容量或泥水压力上升到大于地层压力时，开启刀盘缓慢转动几圈后停止，如果泥水压力能够保持稳定，则可以停止注入，保压力2个小时不下降就可以排浆进仓。

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