CN116464461A - 掘进过程中超大盾构壳体砂浆固结层清理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种掘进过程中超大盾构壳体砂浆固结层清理方法,其包括如下步骤:测量确定盾构机在地下的位置;地面钻孔取样,获得砂浆固结层的厚度及范围;通过打桩机向地层中打入钢板桩,所述钢板桩的下端与盾构机上部圆弧外壳间隙1‑3cm;砂浆固结层前后范围注入聚氨酯,直到砂浆固结层前后止水隔离后停止注入;盾构机向前推进,打桩机依次震动所有钢板桩,使得钢板桩先震碎砂浆固结层,再将砂浆固结层从盾构机上刮下;砂浆固结层脱离钢板桩后注入膨润土,防止砂浆再次凝结;盾构机持续推进,剩余砂浆固结层通过地层摩擦力逐渐刮除;盾构机盾尾完全离开钢板桩后,拔出钢板桩,回填桩坑。本发明具有低成本、高效率、高安全解决问题的效果。
Description
技术领域
本发明涉及盾构机地下清理技术领域,更具体地说,它涉及一种掘进过程中超大盾构壳体砂浆固结层清理方法。
背景技术
盾构法隧道建设过程中,通过盾构机前端刀盘位置开挖洞穴,于此同时在盾构机盾尾处拼装管片,每挖一个管片的宽度,停止掘进开始拼装管片。盾构机开挖直径大于管片,因此管片拼装完成后需要在管片外注砂浆,由于地层松软或者盾构机外壳与地层之间有间隙,就会导致砂浆从盾尾向刀盘出流动并且凝固包裹盾构机。
如图1所示,一种开挖直径15710mm的超大盾构机地下施工图,管片拼装完成后,盾尾处在管片外侧注浆。土层覆土深度浅,11m左右,不足盾构机开挖直径,(即覆土率不足一倍)土层自身稳定性差,覆土松散,砂浆(从图中箭头所示)从盾壳与土层的间隙留到盾体中部并固结,导致盾体直径大于开挖直径引发地面隆起,由于此时盾构机在地下,人工难以清理,地面垂直开挖洞穴的,人工进行清理,工期长、人工大,导致成本非常高昂。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种掘进过程中超大盾构壳体砂浆固结层清理方法,其优点是,低成本、高效率、高安全。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:一种掘进过程中超大盾构壳体砂浆固结层清理方法,包括以下步骤:
测量确定盾构机在地下的位置;
地面钻孔取样,获得砂浆固结层的厚度及范围;
通过打桩机向地层中打入钢板桩,所述钢板桩的下端与盾构机上部圆弧外壳间隙1-3cm;
砂浆固结层前后范围注入聚氨酯,直到砂浆固结层前后止水隔离后停止注入;
盾构机向前推进,打桩机依次震动所有钢板桩,使得钢板桩先震碎砂浆固结层,再将砂浆固结层从盾构机上刮下;
砂浆固结层脱离钢板桩后注入膨润土,防止砂浆再次凝结;
盾构机持续推进,剩余砂浆固结层通过地层摩擦力逐渐刮除;
盾构机盾尾完全离开钢板桩后,拔出钢板桩,回填桩坑。
进一步设置:所述钢板桩震动方法采用交替停机多点震动和边掘进边震动相结合;具体步骤如下:
震动遵循先中间后两侧交替进行,掘进过程中保持推进速度8-12mm/min,每掘进5-10min后钢板桩逐次振动10-15次进完成。
进一步设置:所述钢板桩中心距间隔700-1000mm,每次钢板桩震动时间为30-40秒。
进一步设置:所述钢板桩震动方法采用所有钢板桩同步震动,当所有所述钢板桩距离盾壳0-3cm后,所有的钢板桩水平同时固定设置横杆,打桩机震动其中一个钢板桩,通过横杆带动所有的钢板桩同时震动。
进一步设置:所述横杆通过焊接的方式与所有的钢板桩固定。
进一步设置:所述钢板桩下沉方法如下:
通过测量初步获取每个桩基理论下沉深度S1cm;
打桩机快速将钢板桩打入地层深度S2,S2=S1-20cm;
打桩机缓慢将钢板桩打入地层并触碰到盾壳后停止;
打桩机将钢板桩拔高1-3cm。
进一步设置:所述钢板桩位于砂浆固结层前段一米位置。
进一步设置:所述钢板桩设置两排,前后间隔设置4-6米,两排所述钢板桩间隔错开。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、经济性、效率高、效果直观
投入的机具只有打桩机一台和钢板桩若干,进而成本低;打桩时间耗费3天,时效处理快,盾构机推过钢板桩即可清理掉砂浆固结层,效果明显直观。
2、全机械化作业、施工安全性高
采用全机械化作业,选用常用的机械设备,易于寻找租赁,不需要单独采购。施工技术成熟,安全风险低,并且互换性良好,可重复使用。
3、施工范围小、社会影响面小
在现有的施工区域合理规划作业范围,对周围环境以及道路交通没有干扰,大量减少了取土量和混凝土的使用量,有效地保护了土地资源。
4、对地层影响小,可行性高
通常盾构机出隧道后,盾壳上都会有少量砂浆固结一起其他附着物,通常是通过高压水枪对盾壳进行清下,本申请文件记载的工况无法借鉴高压冲洗的方法的来清除盾构机的砂浆固结层。由于地下对盾构机高压冲洗,将导致地层水土流失,地层空洞,同时增大地层与盾构机之间的间隙,本申请文件记载的方案,基于对地层的最小的影响,完成对盾构机外壳的清理。
附图说明
图1是背景技术的结构示意图;
图2是本实施例的体现第一排钢板桩与盾构机位置的纵剖示意图;
图3是本实施例的体现钢板桩户型分布的结构示意图;
图4是本实施例的体现第二排钢板桩与盾构机位置的纵剖示意图;
图5是本实施例2体现横杆的结构示意图。
实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1:参考图2-4,一种掘进过程中超大盾构壳体砂浆固结层清理方法,包括以下步骤:
01选取施工位置,避开学校、医院、桥梁以及其他建筑物等无法施工的位置。
02通过探测器、地勘或者钻孔的方式确定盾构机在地层中所处的位置。
03地面钻孔取样,获得砂浆固结层在盾壳上的位置、自身厚度及覆盖范围。
04通过打桩机向地层中打入钢板桩,钢板桩位于砂浆固结层前段一米位置,钢板桩的下端与盾构机上部圆弧外壳间隙1-3cm,钢板桩一共为12个,中心间距为700-1000mm,本实施例间距为1000mm。
钢板桩下沉方法如下:
⑴通过测量初步获取每个钢板桩理论下沉深度S1cm;
⑵打桩机快速将钢板桩打入地层深度S2,S2=S1-20cm;
⑶打桩机缓慢将钢板桩打入地层并触碰到盾壳后停止;
⑷打桩机将钢板桩拔高1-3cm。
钢板桩的截面成U型,每个钢板桩的方位参照图所示。
05砂浆固结层前后范围注入聚氨酯,直到砂浆固结层前后止水隔离后停止注入。
06盾构机向前推进,打桩机依次震动所有钢板桩,使得钢板桩先震碎砂浆固结层,再将砂浆固结层从盾构机上刮下。
钢板桩震动方法采用交替停机多点震动和边掘进边震动相结合;具体步骤如下:
震动遵循先中间后两侧交替进行,掘进过程中保持推进速度8-12mm/min,每掘进5-10min后钢板桩逐次振动10-15次进完成。
例如:推进速度10mm/min,掘进8分钟,每个钢板桩震动30秒,更换装夹10秒,12个钢板桩各震动一次,一共为12次;震动顺序参照如图所示的序号从小至大逐个执行。15m级别的盾构机自身推力极大,由于地层的松软不稳定性,钢板桩不能设置太密,防止砂浆固结层对钢板桩的力太大而地层开裂,同时微弱的震动,减小钢板桩对砂浆固结层的挤压刮除力,进一步保护地层的稳定性。
07重复步骤06,直到盾构机向前掘进4米后停机,按照步骤04的方法,开始打入第二排钢板桩,第二排钢板桩与第一排钢板桩间隔4米,并且与第一排钢管桩间隔错开设置;
第二排钢板桩完成后,第二排钢板桩的震动方法按照步骤06执行,直至砂浆固结层完全脱离第二排钢管桩后,停止对所有钢板桩震动。
由于钢板桩间隔大,存在局部地方刮除不完全的风险,通过二次钢板桩,并且与第一排钢板桩间隔设置,起到查漏补缺的作用,确保将盾壳清理干净。
08砂浆固结层脱离钢板桩后注入膨润土,防止砂浆再次凝结,膨润土直接从盾构机内部向外部注入(盾构机自身具备注浆孔,位于中盾与前盾交汇位置)。
10盾构机持续推进,剩余砂浆固结层通过地层摩擦力逐渐刮除。
11盾构机盾尾完全离开钢板桩后,拔出钢板桩,回填桩坑。
实施例2,参考图2-5,一种掘进过程中超大盾构壳体砂浆固结层清理方法,与实施例1的区别之处在于钢板桩的震动方法不同。
钢板桩震动方法采用所有钢板桩同步震动,当所有钢板桩距离盾壳0-3cm后,所有的钢板桩水平固定设置横杆,打桩机震动其中一个钢板桩,通过横杆带动所有的钢板桩同时震动,横杆通过焊接的方式与所有的钢板桩固定。
上述实施例的实施原理为:由于砂浆固结层的覆盖范围有八米多,如果钢板桩不震动直接刮除砂浆固结层,难以将砂浆固结层破碎,反而对地层带来非常大的扰动,容易引发其地层坍塌、隆起等其他危害。砂浆固结层的破碎原理在于砂浆固结层的韧性能力很弱,钢板桩的振幅在0-5mm,通过外力使得砂浆固结层产生裂纹,然后再刮出,将砂浆固结层破碎后再刮去,更加安全可靠。盾构机每分钟推进1cm,每推进8cm,所有的钢板桩均震动过一次,确保地层的稳定性。由于钢板桩中心间隔1米,存在清理不够彻底的情况,双排钢板桩并间隔错开设置,两次刮除,确保清理的更加彻底。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种掘进过程中超大盾构壳体砂浆固结层清理方法,其特征在于:包括以下步骤:
测量确定盾构机在地下的位置;
地面钻孔取样,获得砂浆固结层的厚度及范围;
通过打桩机向地层中打入钢板桩,所述钢板桩的下端与盾构机上部圆弧外壳间隙1-3cm;
砂浆固结层前后范围注入聚氨酯,直到砂浆固结层前后止水隔离后停止注入;
盾构机向前推进,打桩机依次震动所有钢板桩,使得钢板桩先震碎砂浆固结层,再将砂浆固结层从盾构机上刮下;
砂浆固结层脱离钢板桩后注入膨润土,防止砂浆再次凝结;
盾构机持续推进,剩余砂浆固结层通过地层摩擦力逐渐刮除;
盾构机盾尾完全离开钢板桩后,拔出钢板桩,回填桩坑。
2.根据权利要求1所述的掘进过程中超大盾构壳体砂浆固结层清理方法,其特征在于:
所述钢板桩震动方法采用交替停机多点震动和边掘进边震动相结合;具体步骤如下:
震动遵循先中间后两侧交替进行,掘进过程中保持推进速度8-12mm/min,每掘进5-10min后钢板桩逐次振动10-15次进完成。
3.根据权利要求2所述的掘进过程中超大盾构壳体砂浆固结层清理方法,其特征在于:所述钢板桩中心距间隔700-1000mm,每次钢板桩震动时间为30-40秒。
4.根据权利要求1所述的掘进过程中超大盾构壳体砂浆固结层清理方法,其特征在于:所述钢板桩震动方法采用所有钢板桩同步震动,当所有所述钢板桩距离盾壳0-3cm后,所有的钢板桩水平同时固定设置横杆,打桩机震动其中一个钢板桩,通过横杆带动所有的钢板桩同时震动。
5.根据权利要求4所述的掘进过程中超大盾构壳体砂浆固结层清理方法,其特征在于:所述横杆通过焊接的方式与所有的钢板桩固定。
6.根据权利要求1所述的掘进过程中超大盾构壳体砂浆固结层清理方法,其特征在于:
所述钢板桩下沉方法如下:
通过测量初步获取每个桩基理论下沉深度S1cm;
打桩机快速将钢板桩打入地层深度S2,S2=S1-20cm;
打桩机缓慢将钢板桩打入地层并触碰到盾壳后停止;
打桩机将钢板桩拔高1-3cm。
7.根据权利要求1所述的掘进过程中超大盾构壳体砂浆固结层清理方法,其特征在于:所述钢板桩位于砂浆固结层前段一米位置。
8.根据权利要求1所述的掘进过程中超大盾构壳体砂浆固结层清理方法,其特征在于:所述钢板桩设置两排,前后间隔设置4-6米,两排所述钢板桩间隔错开。
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