一种地铁工程软土地层土压平衡盾构施工方法技术

本申请公开一种地铁工程软土地层土压平衡盾构施工方法，盾构机刀盘整体开口率为50%，开口在整个盘面均匀分布，避免在中掘进产生泥饼；盾构机出土口设置2个闸门，交替开启以降低喷涌压力，配置2台膨润土泵用于渣土改良，两台泵可通过单独管路注入刀盘前部，也可一路注入洞壳外。使用合适的渣土改良剂、材料配比，优化渣土改良效果，如采用高分子聚合物等进行渣土改良，较传统泡沫渣土改良方式，提升了渣土的凝聚性、和易性，有效控制了土压盾构在富水软土地层中喷涌情况的发生，具有施工质量高、施工进度快、施工安全对地面影响小的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种地铁工程软土地层土压平衡盾构施工方法
本申请涉及地铁施工领域，更具体地说，它涉及一种地铁工程软土地层土压平衡盾构施工方法。
技术介绍
今盾构法施工在地铁建设中已得到广泛应用,富水软弱地层浅覆土、富水砂卵石地层盾构施工技术日趋成熟,而深厚富水软土地层的盾构施工技术研究较匮乏。盾构同时穿越淤泥质土层淤、泥质粉细砂、粉细砂等深厚富水软土层一直是施工中的难点，若盾构施工控制不当容易引起螺旋排土器喷涌、喷发，会导致开挖面压力控制不当引起地面沉降，甚至塌陷等情况。
技术实现思路
为了避免了可能出现的地面隆起、塌陷、喷涌等事故而造成的事故处理以及工期延后的经济损失，具有很强的经济效益，本申请提供一种地铁工程软土地层土压平衡盾构施工方法。本申请提供的一种地铁工程软土地层土压平衡盾构施工方法，一、盾构机选型：(1)盾构机出土口设置2个闸门，交替开启以降低喷涌压力；预留了膨润土和高分子聚合物注入接口；设置有保压泵接口(2)配置2台膨润土泵用于渣土改良，两台泵可通过单独管路注入刀盘前部，也可一路注入洞壳外；(3)选择10°的小倾角皮带机；(4)。盾体周向共设计10个超前注浆孔，其中上部6根，下部4根，前盾隔板设有7个水平超前注浆孔；可对开挖面前方进行超前注浆进行地质加固。二、盾构始发及掘进。(1)盾构机始发姿态前盾“抬头”25-35mm，尾盾“抬头”8-12mm，始发基座呈相对线路增加2-4‰的上坡，以保持盾构机向上运动的趋势；(2)在洞门内铺设两根短导轨，做为始发架轨道的延伸(3)负环管片在脱出盾尾的过程中，在管片与托架间采用木楔楔紧，同时，每环管片用1道钢丝绳环向箍紧；(4)始发前在盾构机中盾与尾盾两侧焊接防滚动扭转钢板，操作人员及时通过左右旋转刀盘转向调整，刀盘滚动角控制在±3以内；三、盾构试掘进：沿盾构推进轴线和与轴线垂直的横向断面，布设地表变形测量标志点，施工时跟踪测量地面的沉降变形，并分析调整推进推力、推进速度、盾构正面土压力、推进坡度以及压浆压力、数量等施工参数以使地表变形控制在最小范围内，从而为下阶段盾构正常推进取得优化的施工参数；四、盾构正常掘进(1)土仓压力值P的选定，土仓压力值P的选定。P值应能与地层土压力和静水压力相抗衡，设刀盘中心地层静水压力、土压力之和为P0，则P＝K×P0，K取1.0～1.3；(2)土仓压力P的保持，通过维持开挖土量与排土量的平衡；同步注浆：根据增大同步注浆量，地层变化调整同步注浆配合比，在软弱富水地层中，加大同步注浆量至6.5～7.3m3，缩短浆液初凝时间至4h，及时填充隧道与管片的间隙；(3)二次注浆：在盾构管片脱出盾尾后5环及时安排进行二次注浆，二次注浆采用双液浆，初凝时间控制在20～48s；(4)渣土改良，淤泥质土软弱地层中采用渣土改良泡沫剂，控制螺机开口、转速，即可有效控制出渣情况。在软弱富水砂层中，为控制土仓中渣土离析导致的螺机喷涌，采用注入高分子聚合物(聚丙烯酰胺)进行渣土改良；五、盾构到达。通过采用上述技术方案，土压平衡盾构机掘进时，刀具切削下来的土充满土仓，然后利用土仓内泥土压与作业面的土压和水压相抗衡，与此同时，用螺旋式输送机排土设备进行与盾构推进量相应的排土作业，掘进过程中，始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持正面土体稳定，并防止地下水土的流失而引起地表过大的沉降。该土压平衡盾构机在富水软土地层中施工时，对选用的土压平衡盾构进行适应性分析及合理配套；通过对土仓压力、控制出土量、调整螺旋输送机转速等掘进参数；做好渣土改良、同步注浆和二次注浆；顺利实现了盾构隧道的施工。进一步的，刀盘采用的是4主梁、4副梁的结构形式，整体开口率为50％；刀盘面板布置了6路单管单泵单喷口，喷口采用背装可更换设计，其中中心区域布置了3路单管单泵改良剂注入口；刀盘设计4根主动搅拌棒，分布在两个轨迹上。通过采用上述技术方案，保证开挖面稳定，减小淤泥地层掘进时地表沉降；降低刀盘中心区域产生泥饼的概率。进一步的，盾构配置4路单管单泵单喷口泡沫注入系统。通过采用上述技术方案，盾构配置4路单管单泵单喷口泡沫注入系统；采取预混合方式，增强发泡效果，降低泡沫消耗量；喷口总成可以完全从刀盘背面抽出，便于维修或更换。进一步的：配置有2台膨润土泵用于渣土改良；两台泵可通过单独管路注入刀盘前部，也可一路注入盾壳外，当盾构机发生栽头情况，可配合盾构机抬头。通过采用上述技术方案，盾构在砂、卵层及破碎岩石地层掘进时可能会出现推力较大的情况，特别是边刀磨损后，可以在盾构壳体外注入膨润土进行润滑，该系统可一定程度的减少盾壳的磨阻力。进一步的：盾构机铰接密封为双指聚氨酯橡胶组合、一道紧急密封气囊、一道紧急聚氨酯油脂注入系统；盾尾设计采用3道钢丝刷、1道钢板刷、4路聚氨酯注入孔，使盾尾密封设计值提升至6bar，以及4路紧急聚氨酯注入系统，在盾尾出现涌水涌砂紧急情况下注入聚氨酯。通过采用上述技术方案，在盾尾出现涌水涌砂紧急情况下注入聚氨酯，能够快速完成止水、止砂功能，有效控制施工风险；在盾尾出现涌水涌砂紧急情况下注入聚氨酯，能够快速完成止水、止砂功能，有效控制施工风险。进一步的，盾构到达的施工过程依次为端头加固、端头降水及水平探孔、接收基座的安装于固定、洞门密封的安装、到达段的掘进、贯通后步进上接收基座。通过采用上述技术方案，避免盾构姿态突变、盾构机“栽头”、管片错台、洞门涌水涌砂等问题。进一步的，出洞前20环开始进行全环二次注浆，二次注浆采用双液浆，原则上间隔4环施作1环止水环，注浆压力控制在0.3～0.5MPA，填充管片间隙，截断地下水流，同时控制同步注浆浆液窜流；盾构接收前150m进行贯通前联系测量，同时在100m、50m及出洞前分别测量盾构姿态，确保盾构出洞姿态与设计轴线吻合。经测量校核，出洞水平姿态控制在±5mm，水平趋势：±3mm/m，竖直姿态控制在前点+30mm，竖直趋势：+1～+3mm/m，盾构出洞姿态上抬3cm，接收架下放1cm，确保接收姿态与洞门中心拟合，防止刀盘底部标高与接收架标高冲突、确保盾构机顺利上接收架，同时防止盾构“栽头。通过采用上述技术方案，可提升出洞一端的质量。进一步的，小半径曲线段，油缸推力差控制在50～60bar(右侧大于左侧)，推力控制在1300T至1600T，实现慢速急转；适当伸出右侧主动铰接，以适宜盾构机左转趋势，通过逐步调整，左侧铰接控制在40～50mm，右侧铰接控制在100～120mm之间，左右侧行程差在60mm左右；加密加勤导向系统移站测量：平均12～15环进行一次导向系统换站(按实际情况)，加密人工复测频率在20～25环一测；每环分三次：拼装前、拼装后、掘进过程中，进行盾尾间隙测量，为管片选型提供依据，盾尾间隙控制在70～50mm之间，上下、左右盾尾间隙差值控制在20mm；调整同步注浆配比，适当缩短浆液初凝时间：通过调整浆液配合比，确定适宜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地铁工程软土地层土压平衡盾构施工方法，其特征在于：/n一、盾构机选型：/n（1）盾构机出土口设置2个闸门，交替开启以降低喷涌压力；预留了膨润土和高分子聚合物注入接口；设置有保压泵接口/n（2）配置2台膨润土泵用于渣土改良，两台泵可通过单独管路注入刀盘前部，也可一路注入洞壳外；/n（3）选择10°的小倾角皮带机；/n盾体周向共设计10个超前注浆孔，其中上部6根，下部4根，前盾隔板设有7个水平超前注浆孔；可对开挖面前方进行超前注浆进行地质加固；/n二、盾构始发及掘进：/n（1）盾构机始发姿态前盾“抬头”25-35mm，尾盾“抬头”8-12mm，始发基座呈相对线路增加2-4‰的上坡，以保持盾构机向上运动的趋势；/n（2）在洞门内铺设两根短导轨，做为始发架轨道的延伸/n（3）负环管片在脱出盾尾的过程中，在管片与托架间采用木楔楔紧，同时，每环管片用1道钢丝绳环向箍紧；/n（4）始发前在盾构机中盾与尾盾两侧焊接防滚动扭转钢板，操作人员及时通过左右旋转刀盘转向调整，刀盘滚动角控制在±3以内；/n三、盾构试掘进：沿盾构推进轴线和与轴线垂直的横向断面，布设地表变形测量标志点，施工时跟踪测量地面的沉降变形，并分析调整推进推力、推进速度、盾构正面土压力、推进坡度以及压浆压力、数量等施工参数以使地表变形控制在最小范围内，从而为下阶段盾构正常推进取得优化的施工参数；/n四、盾构正常掘进：/n（1）土仓压力值P的选定，土仓压力值P的选定；/nP值应能与地层土压力和静水压力相抗衡，设刀盘中心地层静水压力、土压力之和为P0，则P＝K×P0，K取1.0～1.3；/n（2）土仓压力P的保持，通过维持开挖土量与排土量的平衡；同步注浆：根据增大同步注浆量，地层变化调整同步注浆配合比，在软弱富水地层中，加大同步注浆量至6.5～7.3m³，缩短浆液初凝时间至4h，及时填充隧道与管片的间隙；/n（3）二次注浆：在盾构管片脱出盾尾后5环及时安排进行二次注浆，二次注浆采用双液浆，初凝时间控制在20～48s；/n（4）渣土改良，淤泥质土软弱地层中采用渣土改良泡沫剂，控制螺机开口、转速，即可有效控制出渣情况；/n在软弱富水砂层中，为控制土仓中渣土离析导致的螺机喷涌，采用注入高分子聚合物进行渣土改良；/n盾构到达。/n...

【技术特征摘要】
1.一种地铁工程软土地层土压平衡盾构施工方法，其特征在于：
一、盾构机选型：
（1）盾构机出土口设置2个闸门，交替开启以降低喷涌压力；预留了膨润土和高分子聚合物注入接口；设置有保压泵接口
（2）配置2台膨润土泵用于渣土改良，两台泵可通过单独管路注入刀盘前部，也可一路注入洞壳外；
（3）选择10°的小倾角皮带机；
盾体周向共设计10个超前注浆孔，其中上部6根，下部4根，前盾隔板设有7个水平超前注浆孔；可对开挖面前方进行超前注浆进行地质加固；
二、盾构始发及掘进：
（1）盾构机始发姿态前盾“抬头”25-35mm，尾盾“抬头”8-12mm，始发基座呈相对线路增加2-4‰的上坡，以保持盾构机向上运动的趋势；
（2）在洞门内铺设两根短导轨，做为始发架轨道的延伸
（3）负环管片在脱出盾尾的过程中，在管片与托架间采用木楔楔紧，同时，每环管片用1道钢丝绳环向箍紧；
（4）始发前在盾构机中盾与尾盾两侧焊接防滚动扭转钢板，操作人员及时通过左右旋转刀盘转向调整，刀盘滚动角控制在±3以内；
三、盾构试掘进：沿盾构推进轴线和与轴线垂直的横向断面，布设地表变形测量标志点，施工时跟踪测量地面的沉降变形，并分析调整推进推力、推进速度、盾构正面土压力、推进坡度以及压浆压力、数量等施工参数以使地表变形控制在最小范围内，从而为下阶段盾构正常推进取得优化的施工参数；
四、盾构正常掘进：
（1）土仓压力值P的选定，土仓压力值P的选定；
P值应能与地层土压力和静水压力相抗衡，设刀盘中心地层静水压力、土压力之和为P0，则P＝K×P0，K取1.0～1.3；
（2）土仓压力P的保持，通过维持开挖土量与排土量的平衡；同步注浆：根据增大同步注浆量，地层变化调整同步注浆配合比，在软弱富水地层中，加大同步注浆量至6.5～7.3m³，缩短浆液初凝时间至4h，及时填充隧道与管片的间隙；
（3）二次注浆：在盾构管片脱出盾尾后5环及时安排进行二次注浆，二次注浆采用双液浆，初凝时间控制在20～48s；
（4）渣土改良，淤泥质土软弱地层中采用渣土改良泡沫剂，控制螺机开口、转速，即可有效控制出渣情况；
在软弱富水砂层中，为控制土仓中渣土离析导致的螺机喷涌，采用注入高分子聚合物进行渣土改良；
盾构到达。


2.根据权利要求1所述的地铁工程软土地层土压平衡盾构施工方法，其特征在于：刀盘采用的是4主梁+4副梁的结构形式，整体开口率为50%；刀盘面板布置了6路单管单泵单喷口，喷口采用背装可更换设计，其中中心区域布置了3路单管单泵改良剂注入口；刀盘设计4根主动搅拌棒，分布在两个轨迹上。


3.根据权利要求2所述的地铁工程软土地层土压平衡盾构施工方法，其特征在于：盾构配置4路单管单泵单喷口泡沫注入系统。


4.根据权利要求3所述的深厚富水软土地层土压平衡盾构施工方法，其特征在于：配置有2台膨润土泵用于渣土改良；两台泵可通过单独管路注入刀盘前部，也可一...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍世龙，王军，赵亮，赵参，崔万鹏，
申请(专利权)人：中铁广州工程局集团有限公司，中铁广州工程局集团城轨工程有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44