CN108661655A - 一种基于马蹄形盾构机的大断面马蹄形土压平衡盾构隧道施工方法 - Google Patents
一种基于马蹄形盾构机的大断面马蹄形土压平衡盾构隧道施工方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于马蹄形盾构机的大断面马蹄形土压平衡盾构隧道施工方法，采用以下步骤，步骤1：设置明洞反力结构盾构始发装置，端头向进洞方向采用大管棚加固。步骤2：在底板结构上设置始发基座，在始发基座上设置3根第一导轨作为盾构机导向轨道，在洞门导洞中铺设3根第二导轨，将第一导轨和第二导轨相连，位于盾构机盾尾与中盾的连接处，在始发基座上设置有盾尾焊接槽。步骤3：设置明洞加强段结构为盾构机提供反力。在大断面马蹄形盾构机基础上，形成了大断面马蹄形盾构施工的成套技术：明洞反力结构盾构始发技术；盾构掘进参数控制技术；大断面马蹄形盾构管片拼装技术；渣土改良技术。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，具体涉及一种基于马蹄形盾构机的大断面马蹄形土压平衡盾构隧道施工方法。
背景技术
目前，在大规模的铁路隧道施工中，以矿山法为主，辅以少量的TBM和盾构法，其中盾构法主要用于下穿河流、海峡及城市软土地层中。当铁路山岭隧道穿越砂质和新黄土地层时，采用矿山法施工需要辅助工法和大刚度的支护，代价较大，而采用盾构法施工较为便利，结构主要为单层预制管片，无额外的施工支护成本，优点明显，但也需要增加初期机械研发和制造成本问题。在断面形式上，常规盾构以圆形为主，特别当面对双线大断面的形式下，大部分为大断面圆形盾构。国际上也有采用双圆甚至三圆土压平衡盾构的先例，但存在开挖断面加大、受力效果差和支护构件增加的劣势。由此，产生了开发大断面马蹄形盾构施工双线黄土地层铁路隧道的构想，本施工技术基于多刀盘马蹄形大断面盾构机专利技术而配套研发的相应的施工技术。由于多刀盘大断面马蹄形盾构施工是个前所未有的尝试，存在以下难点或未解决的问题：
(1)铁路山岭隧道工程不同于常规地铁盾构在车站内的始发，一般洞口为路堑，可以充分利用明洞结构代替常规地铁所使用的盾构始发专用反力架提供反力。
(2)盾构施工关键是需要根据掘进的地质条件及时准确的确定盾构机的掘进参数，对马蹄形大断面盾构施工更是如此，盾构机掘进参数确定的得当与否直接关系到盾构施工的进度、安全和质量。
(3)马蹄形管片拼装是马蹄形盾构机的设计难点之一，也是盾构施工的难点。也由于马蹄形断面没有圆形的中心对称优势，导致每块管片内表面变曲率、重量大、惯性大、重心偏置等特点，从而使管片安装时微调工作量很大、管片错位搭接现象多，且楔形块在最后拼装时周向压紧力不易传导等诸多难题。
(4)鉴于马蹄形断面面积大、九刀盘同时开挖、搅拌效果不均、同时存在搅拌盲区，渣土改良存在很大不均匀性，对盾体(姿态)方向控制影响大。因此保证渣土改良效果至关重要，通过渣土改良让渣土实现真正的注塑状。
(5)超大断面马蹄形盾构，隧道主要穿越地层为全断面新黄土地层，隧道断面面积大、同步注浆量大，管片脱出盾尾后的稳定性直接影响成型隧道的质量。因传统的二次注浆采用水玻璃与水泥浆液的双液浆，每次施作最低配备4人方可进行，工序繁琐且费时费力，经常出现堵管和抱死盾壳的现象。此外，大断面马蹄形盾构断面大，管片结构自身重量和浆液浮力均大，同步注浆浆液性能和操作不当，极易引起管片开裂等隐患。
(6)掘进中3#、5#、7#刀盘在前，与1#、4#、6#后刀盘之间形成盲区，盲区位置渣土积累，导致推力逐渐加大刀盘之间形成盲区，盲区位置渣土积累，导致推力逐渐加大砂质老黄土地层，导致掘进困难，刀盘与切口的阻力增大，盲区土柱难以破坏直接顶入土仓内隔板上，导致推力增大的同时无速度，且刀盘扭矩也随之增大。
(6)铁路山岭隧道洞口一般为路堑，不同于常规地铁盾构在车站内的接收，因此需结合洞口边仰坡和明洞结构进行接收施工。路堑明洞接收技术采用挡墙支护仰坡代替常规的洞口段旋喷或桩加固，解决了边仰坡稳定问题；接收基座-挡墙段采用管片结构，解决了挡墙干扰盾构机接收与拆解的问题；接缝构造措施解决了管片结构与明洞段的衔接问题。
因此，大断面马蹄形盾构的施工是个新兴事物，与常规的小断面异形盾构或大断面圆形盾构施工均存在很大差异。本工法专利在针对性解决上述施工难点和新问题基础上而综合形成。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种基于马蹄形盾构机的大断面马蹄形土压平衡盾构隧道施工方法，具体技术方案如下：
一种基于马蹄形盾构机的大断面马蹄形土压平衡盾构隧道施工方法，其特征在于：采用以下步骤，
步骤1：设置明洞反力结构盾构始发装置，端头向进洞方向采用大管棚加固。
步骤2：在底板结构(10)上设置始发基座(11)，在始发基座(11)上设置3根第一导轨(12)作为盾构机导向轨道，在洞门导洞中铺设3根第二导轨 (12)，将第一导轨和第二导轨相连，位于盾构机盾尾与中盾的连接处，在始发基座上设置有盾尾焊接槽(13)。
步骤3：设置明洞加强段结构(14)为盾构机提供反力。
步骤4：设置洞门密封装置，在套拱进洞口方向，施作始发导洞，始发导洞出洞端与套拱连接，进洞端焊接第一预埋钢环，在第一管片脱出盾尾后，通过第一管片与套拱之间的缝隙进行封闭，设置铁皮用于封闭始发导洞的拱架与管片之间缝隙，同时在拱架内安设支撑；
步骤5：盾构机(5)开始工作掘进，在整个盾构机(5)掘进过程中，采用 A料和B料同步注浆；
同时，盾构机(5)每在隧道中掘进一定距离，在盾构机(5)盾尾进行马蹄形盾构管片拼装；
同时，在整个盾构机(5)掘进过程中，实时控制土仓内的压力稳定平衡。
步骤6：实施盾构机(5)接收。
为更好的实现本发明，可进一步为：
所述步骤5中，在整个盾构掘进过程中，采用A料和B料同步注浆包括以下步骤：
步骤S1：通过注浆量与盾构机掘进时扰动地层范围的关系，确定充填系数为1.3～1.8；
步骤S2：将A料直接在搅拌站拌制时加入，同质量代替同步注浆砂浆中的水泥，B料在洞内溶解后导入储存罐中。
步骤S3：对盾构机尾部的同步注浆管路进行改造，在盾构机尾部处使B溶液与含A料的砂浆充分混合，且通过计量泵使注入量及压力精确可控。
步骤S4：凝固一段时间后，其中AB料的比例根据砂浆配比中水泥的含量变化而随之改变，且初凝时间可通过调节AB料两者的比例来进行控制。
进一步地：在盾构机掘进时，对刀盘改造，对五号刀盘(16)和六号刀盘 (17)每个单边扩挖300mm，中间的一号刀盘(18)需要将刀梁进行割除，然后用封板将刀梁缺口封堵。
五号刀盘(16)改造：将刀梁加长；在刀梁上焊接刀具；将中心五方的斜梁割除，并焊接新斜梁；
一号刀盘(18)的改造：割除干涉的刀梁，将泡沫管封堵，将刀梁缺口封堵；
四号刀盘(19)和六号刀盘(20)改造，将刀梁加长，在刀梁上焊接刮刀，增加四号刀盘(19)、五号刀盘(16)和六号刀盘(20)的开挖直径。
在土舱底部增加圆锥形分碴器，破坏此处掌子面硬结土体，在刀盘盲区中设置高压水管。
进一步地：所述步骤6包括如下步骤：
采用以下步骤，
步骤61：在洞口环两侧施作八字挡墙支护边仰坡；
步骤62：根据盾构掘进情况及接收工艺要求确定开始凿除洞门时间，准备凿除洞门；
步骤63：洞门凿除首先在接收基座(1)上的洞门钢环(2)范围内搭设钢制脚手架，在接收基座(1)内生根并与两侧接收挡墙(3)搭设为一个整体；
将脚手架下部垫实，脚手架的两侧分别与挡墙连接紧固，在横撑上面均铺设木板并与横撑固定；
在洞门上中下均匀分布五个观察孔，随时观察端墙背后土体状况，当刀盘距离端墙(4)50cm时，盾构操作手将土仓压力降至0后，立即采取粉碎性凿除的方式凿除洞门钢环(2)范围内的30cm厚素混凝土，凿除工序采取自上而下，随凿随清的方式；
步骤64：实施盾构机(5)一次接收，判断洞门处混凝土是否凿除，如果是，则进入下一步骤，否则，回到步骤3；
步骤65：对脚手架进行拆除，且在指定时间内顶推盾构机、停止同步浆液的压注，在刀盘(6)至基座延伸导轨前停止刀盘(6)旋转；
步骤66：在延伸导轨上沿着盾构机(5)掘进方向切割出一个上坡的豁口，当盾尾至洞口(7)指定距离时，完成第一次出洞，盾构机停止推进，在洞门钢环(2)与盾构机(5)外壳之间空隙采用段焊方式焊接整圈弧形钢板对洞圈进行封堵，并把预留有注浆管的钢板焊在相应的位置，弧形钢板与盾壳和钢环间的缝隙用速凝水泥填充，在封堵完成后，对加固区内的盾构管片外建筑空隙进行注浆，离盾尾的三环处压注双液水泥浆或直接在盾尾采取同步注浆配合AB液的方式进行填充；
步骤67：在补压浆工作结束后，开孔检查浆液凝固效果。待浆液基本凝固后，盾构机(5)开始进行第二次接收，盾构机(5)爬上基座导轨后继续推进；
待盾尾完全露出端墙(4)后，立即用封堵钢板(8)封闭洞门钢环(2)与盾构管片(9)之间缝隙，封堵钢板(8)分块制作好，精确定位后焊接在洞门钢环(2)上，封堵钢板(8)在洞门钢环(2)处焊接均采取满焊，在焊接结束后，在指定时间内用浆液对盾构管片(9)与洞门钢环(2)处的建筑空隙进行填充；
步骤68：进一步利用管片注浆孔，对洞口注浆，以防止漏水，并为端墙(4) 与盾构管片(9)的稳定连接创造条件；
步骤69：盾构机(5)顶推至预定位置后，整个接收工作完成。
进一步地：在整个盾构掘进过程中，每环姿态调整量控制在6mm以内，盾构轴线偏离设计轴线不大于±50mm，地面隆陷控制在+10mm～-30mm，始发时在始发基座上推进速度控制在20-30mm/min，盾构机进入原状土的前12m推进速度控制在20-30mm/min以内，在盾构机盾尾完全进入原状土后逐步提高到 30-40mm/min。
进一步地：所述步骤5中实时控制土仓内的压力稳定平衡包括以下步骤：
步骤S5：设置土仓内土压力值为P，取得静水压力和地层土压力之和为P0，满足P＝K*P0，土仓压力通过采取设定掘进速度、调整排土量或设定排土量、调整掘进速度两种方法建立，并应维持切削土量与排土量的平衡，以使土仓内的压力稳定平衡，以上K值介于1.0～3.0；
步骤S6：采用至少一条螺旋输送机出渣，同时，控制土仓左右压力实现土压平衡，控制地表沉降。
步骤S7：在砂性土流动性差的地层添加泡沫剂、膨润土等改善碴土的止水性，使土仓内的压力稳定平衡。
步骤S8：根据地质条件、排出的碴土状态，以及盾构机的各项工作状态参数，动态调整盾构机掘进速度和出土量的平衡来控制土仓压力，通过调整螺旋输送机的转速来调节排土量。
本发明的有益效果为：第一，在大断面马蹄形盾构机基础上，形成了大断面马蹄形盾构施工的成套技术：明洞反力结构盾构始发技术；盾构掘进参数控制技术；大断面马蹄形盾构管片拼装技术；渣土改良技术；A、B料同步注浆技术；长距离皮带出渣技术，开挖面盲区处理技术，路堑接收技术。
第二，明洞反力结构盾构始发技术不但节省了反力架、竖井、始发端墙和负环施做及拆除的费用，大大节约了施工成本，同时规避了即使在使用反力架的情况下反力架本身不好有效固定的难题。
第三，盾构机的掘进参数确保了大断面马蹄形盾构的顺利正常掘进。
第四，大断面马蹄形盾构管片拼装技术解决了大断面马蹄形管片重心偏置、安装时微调工作量很大、管片错位搭接现象多，且楔形块在最后拼装时周向压紧力不易传导等诸多难题。
第五，通过渣土改良技术解决了马蹄形断面面积大、九刀盘搅拌效果不均、同时存在搅拌盲区，渣土流塑性差的难题。
六、A、B料同步注浆技术解决了出现堵管和抱死盾壳的现象，以及大断面管片在自身重力和同步注浆浮力作用下易开裂的难题。
七、长距离连续皮带机出渣技术提高了运输效率，改善了洞内环境。
八、开挖面盲区处理技术解决了掘进中多刀盘之间形成盲区，盲区位置渣土积累，导致推力逐渐加大，掘进困难的难题。特别当出现与地勘不符的硬土或岩石地层时，盲区土柱难以破坏直接顶入土仓内隔板上，导致推力和扭矩增大，难以掘进。
附图说明
图1为始发基座站的结构示意图；
图2为明洞加强段与盾构主机位置图；
图3为洞门和接收基座脚手架搭设布置图；
图4为密封装置示意图；
图5为盾构接收后与接收端墙位置关系图；
图6为改装刀盘分布结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
一种基于马蹄形盾构机的大断面马蹄形土压平衡盾构隧道施工方法，主要包括以下步骤：
步骤1：设置明洞反力结构盾构始发装置，端头加固，端头向大里程方向采用大管棚加固，长40m。在始发掘进时，通过洞门密封装置及掘进过程中的保压措施，可保证洞顶地层稳定，无需再进行其他端头加固措施。针对施作的大管棚，需采取人工进行探测水平范围及深度，保证大管棚不侵入隧道净空。
步骤2：始发基座11安装位置按照测量放样的基线，井下定位施工，始发基座11上的轨道按实测洞门中心居中对称放置。始发基座11全长24m，宽16m，始发基座11两侧高3m。盾构始发基座11采用C30钢筋混凝土结构，底部连接在一起组成整体结构。在始发基座11上设置3根120kg/m第一导轨12作为盾构机5导向轨道，底部导轨居中，上部两根导轨12距中心4.8m。始发基座11 施工时，通过与底板结构10上植筋进行加固，保证始发基座11与底板结构10 成为整体。在洞门导洞中铺设3根第二导轨，第二导轨与始发导洞内第一导轨 12相连，并要焊接牢固，防止盾构机5掘进时将其破坏，而影响盾构机5的正常掘进。导轨位置以始发基座11滑轨延伸对应的位置为准。在盾尾与中盾连接处，预留宽800mm，高700mm的盾尾焊接槽13，盾尾焊接槽13处不设置导向钢轨，且在盾尾焊接槽13前方的导轨打斜坡口处理。
步骤3：设置明洞加强段结构14，盾构的反力由明洞提供，替代通常地铁盾构始发中的反力架结构。明洞加强段14提供盾构机推进时所需的反力，盾构始发时，推力主要集中在下半部。明洞加强段14与盾构机位置如图1、图2。
步骤4：洞门密封装置安装，在套拱向进洞口方向，施作13.5m长始发导洞，拱架内径为开挖轮廓线外15.5cm。始发导洞洞外端与套拱连接，进洞端焊接预埋钢环，在管片脱出盾尾后，按照要求进行洞门的密封，即将管片与套拱之间的缝隙进行封闭。保证盾构在通过拱架区时呈密封状态。用1mm铁皮用于封闭盾构导洞拱架与管片之间缝隙，铁皮分块制作好，精确定位后焊接在导洞拱架上，同时在拱架内安设支撑，防止在喷浆或者同步注浆时，封闭块发生变形，铁皮必须牢固地嵌入喷浆料且单面紧靠拱架，灌注混凝土或砂浆填筑时不得松动而影响使用。在施作过程中：钢环位置的纵向偏差为3mm，低于标准偏差5mm。
步骤5：盾构机5开始工作掘进，在整个盾构机5掘进过程中，每环姿态调整量控制在6mm以内，盾构轴线偏离设计轴线不大于±50mm，地面隆陷控制在 +10mm～-30mm，始发时在始发基座11上推进速度控制在20-30mm/min，盾构机进入原状土的前12m推进速度控制在20-30mm/min以内，在盾构机5盾尾完全进入原状土后逐步提高到30-40mm/min；
在整个盾构机5掘进过程中，采用A料和B料同步注浆；
同时，盾构机5每在隧道中掘进指定距离，在隧道的该距离进行马蹄形盾构管片拼装；
同时，在整个盾构掘进过程中，实时控制土仓内的压力稳定平衡。
步骤6：在洞口环两侧施作八字挡墙支护边仰坡。八字挡墙墙脚长5m，宽2m，墙顶长*宽为1*1m，墙高6m，底部与接收基座1刚性连接；
步骤7：根据盾构机掘进情况及接收工艺要求确定开始凿除洞门时间，准备凿除洞门；
步骤8：洞门凿除首先在接收基座1上的洞门钢环2范围内搭设钢制脚手架，在接收基座1内生根并与两侧接收挡墙3搭设为一个整体；
将脚手架下部垫实，脚手架的两侧与接收挡墙3连接紧固，在横撑上面均铺设木板并与横撑固定；
在洞门上中下均匀分布五个观察孔，随时观察端墙背后土体状况，当刀盘距离端墙4的距离50cm时，盾构操作手将土仓压力降至0后，立即采取粉碎性凿除的方式凿除洞门钢环2范围内30cm厚素混凝土，凿除工序采取自上而下，随凿随清的方式；
步骤9：实施盾构机5一次接收，判断洞门处混凝土是否凿除，如果是，则进入下一步骤，否则，回到步骤3；
步骤10：对脚手架进行拆除，且在指定时间内顶推盾构、停止同步浆液的压注，在刀盘至接收基座1延伸导轨前停止刀盘旋转；
步骤11：在延伸导轨上沿着盾构机5掘进方向切割出一个上坡的豁口，当盾尾至洞口指定距离时，完成第一次出洞，盾构机5停止推进，在洞门钢环2与盾构外壳之间空隙采用段焊方式焊接整圈弧形钢板对洞圈进行封堵，并把预留有注浆管的钢板焊在相应的位置，钢板与盾壳、洞门钢环2间的缝隙用速凝水泥填充，在封堵完成后，对加固区内的管片外建筑空隙进行注浆，离盾尾的三环处压注双液水泥浆或直接在盾尾采取同步注浆配合AB液的方式进行填充。
步骤12：在补压浆工作结束后，开孔检查浆液凝固效果。待浆液基本凝固后，盾构机5开始进行第二次接收，盾构机爬上接收基座导轨1后继续推进；
待盾尾完全露出接收端墙4后，立即用封堵钢板8封闭盾构洞钢环2与盾构管片9之间缝隙，封堵钢板8分块制作好，精确定位后焊接在洞门钢环2上，封堵钢板8在洞门钢环2处焊接均采取满焊，在焊接结束后，在指定时间内用浆液对盾构管片9与洞门钢环2处的建筑空隙进行填充；
将盾构管片9直接拼出接收端墙4范围内，同时盾尾切割槽预留位置相应向前延伸指定距离，焊接槽在基座中间轨道地面以下80cm，宽80cm；
步骤13：进一步利用管片注浆孔，对洞口注浆，以防止漏水，并为端墙与管片的稳定连接创造条件；
步骤14：盾构主机顶推至预定位置后，整个接收工作完成。
盾构的组装与调试包括如下：1、盾构机组装场地及组装设备2、组装场地的布置。
盾构组装场地分成三个区：后配套拖车存放区、主机及配件存放区、吊机放置区。
盾构机组装设备盾构机组装设备：250T履带吊1台，230t门吊一台，及相应的吊具、机具、工具。
大断面马蹄形土压盾构机掘进参数主要是指：盾构机刀盘转速及扭矩；推进油缸总推力、各组行程差及推进速度；土仓压力的设定；泡沫剂等参数的调整；盾尾油脂、锂基脂消耗量的控制等。
所述步骤5中，在整个盾构掘进过程中，采用A料和B料同步注浆包括以下步骤：
步骤S1：通过注浆量与盾构机掘进时扰动地层范围的关系，确定充填系数为 1.3～1.8；
步骤S2：将A料直接在搅拌站拌制时加入，同质量代替同步注浆砂浆中的水泥，B料在洞内溶解后导入储存罐中。
步骤S3：对盾构机尾部的同步注浆管路进行改造，在盾构机尾部处使B溶液与含A料的砂浆充分混合，且通过计量泵使注入量及压力精确可控。
步骤S4：凝固一段时间后，其中AB料的比例根据砂浆配比中水泥的含量变化而随之改变，且初凝时间可通过调节AB料两者的比例来进行控制。初凝时间为15分钟左右。其中AB料的比例根据砂浆配比中水泥的含量变化而随之改变，且初凝时间可调节AB料两者的比例来进行控制，故在使用前，需根据当地气候、砂浆特性等方面实地进行调整。
根据多次试验，在本工程中选用浆液效果最佳配合比(kg)：
水泥：粉煤灰：膨润土：砂：水：A料：B料(与水1:1溶解)
＝185:350:50:800:460:15:30；
所述步骤5中实时控制土仓内的压力稳定平衡包括以下步骤：
步骤S5：设置土仓内土压力值为P，取得静水压力和地层土压力之和为P0，满足P＝K*P0，土仓压力通过采取设定掘进速度、调整排土量或设定排土量、调整掘进速度两种方法建立，并应维持切削土量与排土量的平衡，以使土仓内的压力稳定平衡，以上K值介于1.0～3.0；
步骤S6：采用至少一条螺旋输送机出渣，同时，控制土仓左右压力实现土压平衡，控制地表沉降。
步骤S7：在砂性土流动性差的地层添加泡沫剂、膨润土等改善碴土的止水性，使土仓内的压力稳定平衡。
步骤S8：根据地质条件、排出的碴土状态，以及盾构机的各项工作状态参数，动态调整盾构机掘进速度和出土量的平衡来控制土仓压力，通过调整螺旋输送机的转速来调节排土量。
在盾构机掘进时，进行马蹄形盾构管片拼装，包括以下流程和要点：
管片拼装工艺流程：基于按比例控制的马蹄形管片拼装机的伸缩、旋转和移动等功能，实现对管片拼装的精确定位。
拼装要点：管片安装时安装司机、螺栓安装人员要就位，首先安装最下方一块管片，先连接纵向螺栓；由下到上左右对称安装剩余管片，随每块管片的安装将纵向螺栓及环向螺栓连接好并进行紧固；封顶块安装时，先搭接1/3，再径向***，边调整位置边缓慢纵向顶推；整环管片全部安装完后，用风动搬手紧固所有螺栓；盾构掘进时，在上一个循环管片脱出盾尾后，及时以风动扳手对所有管片环纵向螺栓进行复紧。
对土舱和出土口改造包括如下：
在土舱底部5、7点钟位置增加圆锥形分碴器，破坏此处掌子面硬结土体；
为防止碴土在5号刀盘16中心旋转轴下部集结，取消10、11号搅拌器，并在原搅拌器中间位置增加大型分碴器，便于碴土直接溜到螺旋输送机口，保证出土顺畅。
在盾构机掘进时，对刀盘改造，对五号刀盘16和六号刀盘17每个单边扩挖 300mm，中间的一号刀盘18需要将刀梁进行割除，然后用封板将刀梁缺口封堵。
五号刀盘16改造：将刀梁加长；在刀梁上焊接刀具；将中心五方的斜梁割除，并焊接新斜梁；
一号刀盘18的改造：割除干涉的刀梁，将泡沫管封堵，将刀梁缺口封堵；
四号刀盘19和六号刀盘20改造，将刀梁加长，在刀梁上焊接刮刀，增加四号刀盘19、五号刀盘16和六号刀盘20的开挖直径。
在土舱底部增加圆锥形分碴器，破坏此处掌子面硬结土体，在刀盘盲区中设置高压水管。
利用刀盘盲区中设置高压水管，利用高压水冲刷盲区土体，使之分散塌落。同时辅以渣土改良措施，详见渣土改良部分。
Claims (6)
1.一种基于马蹄形盾构机的大断面马蹄形土压平衡盾构隧道施工方法，其特征在于：采用以下步骤，
步骤1：设置明洞反力结构盾构始发装置，端头向进洞方向采用大管棚加固。
步骤2：在底板结构(10)上设置始发基座(11)，在始发基座(11)上设置3根第一导轨(12)作为盾构机导向轨道，在洞门导洞中铺设3根第二导轨(12)，将第一导轨和第二导轨相连，位于盾构机盾尾与中盾的连接处，在始发基座上设置有盾尾焊接槽(13)。
步骤3：设置明洞加强段结构(14)为盾构机提供反力。
步骤4：设置洞门密封装置，在套拱进洞口方向，施作始发导洞，始发导洞出洞端与套拱连接，进洞端焊接第一预埋钢环，在第一管片脱出盾尾后，通过第一管片与套拱之间的缝隙进行封闭，设置铁皮用于封闭始发导洞的拱架与管片之间缝隙，同时在拱架内安设支撑；
步骤5：盾构机(5)开始工作掘进，在整个盾构机(5)掘进过程中，采用A料和B料同步注浆；
同时，盾构机(5)每在隧道中掘进一定距离，在盾构机(5)盾尾进行马蹄形盾构管片拼装；
同时，在整个盾构机(5)掘进过程中，实时控制土仓内的压力稳定平衡。
步骤6：实施盾构机(5)接收。
2.用于权利要求1所述一种基于马蹄形盾构机的大断面马蹄形土压平衡盾构隧道施工方法，其特征在于：
所述步骤5中，在整个盾构掘进过程中，采用A料和B料同步注浆包括以下步骤：
步骤S1：通过注浆量与盾构机掘进时扰动地层范围的关系，确定充填系数为1.3～1.8；
步骤S2：将A料直接在搅拌站拌制时加入，同质量代替同步注浆砂浆中的水泥，B料在洞内溶解后导入储存罐中。
步骤S3：对盾构机尾部的同步注浆管路进行改造，在盾构机尾部处使B溶液与含A料的砂浆充分混合，且通过计量泵使注入量及压力精确可控。
步骤S4：凝固一段时间后，其中AB料的比例根据砂浆配比中水泥的含量变化而随之改变，且初凝时间可通过调节AB料两者的比例来进行控制。
3.用于权利要求1所述一种基于马蹄形盾构机的大断面马蹄形土压平衡盾构隧道施工方法，其特征在于：在盾构机掘进时，对刀盘改造，对五号刀盘(16)和六号刀盘(17)每个单边扩挖300mm，中间的一号刀盘(18)需要将刀梁进行割除，然后用封板将刀梁缺口封堵。
五号刀盘(16)改造：将刀梁加长；在刀梁上焊接刀具；将中心五方的斜梁割除，并焊接新斜梁；
一号刀盘(18)的改造：割除干涉的刀梁，将泡沫管封堵，将刀梁缺口封堵；
四号刀盘(19)和六号刀盘(20)改造，将刀梁加长，在刀梁上焊接刮刀，增加四号刀盘(19)、五号刀盘(16)和六号刀盘(20)的开挖直径。
在土舱底部增加圆锥形分碴器，破坏此处掌子面硬结土体，在刀盘盲区中设置高压水管。
4.用于权利要求1所述一种基于马蹄形盾构机的大断面马蹄形土压平衡盾构隧道施工方法，其特征在于：所述步骤6包括如下步骤：
采用以下步骤，
步骤61：在洞口环两侧施作八字挡墙支护边仰坡；
步骤62：根据盾构掘进情况及接收工艺要求确定开始凿除洞门时间，准备凿除洞门；
步骤63：洞门凿除首先在接收基座(1)上的洞门钢环(2)范围内搭设钢制脚手架，在接收基座(1)内生根并与两侧接收挡墙(3)搭设为一个整体；
将脚手架下部垫实，脚手架的两侧分别与挡墙连接紧固，在横撑上面均铺设木板并与横撑固定；
在洞门上中下均匀分布五个观察孔，随时观察端墙背后土体状况，当刀盘距离端墙(4)50cm时，盾构操作手将土仓压力降至0后，立即采取粉碎性凿除的方式凿除洞门钢环(2)范围内的30cm厚素混凝土，凿除工序采取自上而下，随凿随清的方式；
步骤64：实施盾构机(5)一次接收，判断洞门处混凝土是否凿除，如果是，则进入下一步骤，否则，回到步骤3；
步骤65：对脚手架进行拆除，且在指定时间内顶推盾构机、停止同步浆液的压注，在刀盘(6)至基座延伸导轨前停止刀盘(6)旋转；
步骤66：在延伸导轨上沿着盾构机(5)掘进方向切割出一个上坡的豁口，当盾尾至洞口(7)指定距离时，完成第一次出洞，盾构机停止推进，在洞门钢环(2)与盾构机(5)外壳之间空隙采用段焊方式焊接整圈弧形钢板对洞圈进行封堵，并把预留有注浆管的钢板焊在相应的位置，弧形钢板与盾壳和钢环间的缝隙用速凝水泥填充，在封堵完成后，对加固区内的盾构管片外建筑空隙进行注浆，离盾尾的三环处压注双液水泥浆或直接在盾尾采取同步注浆配合AB液的方式进行填充；
步骤67：在补压浆工作结束后，开孔检查浆液凝固效果。待浆液基本凝固后，盾构机(5)开始进行第二次接收，盾构机(5)爬上基座导轨后继续推进；
待盾尾完全露出端墙(4)后，立即用封堵钢板(8)封闭洞门钢环(2)与盾构管片(9)之间缝隙，封堵钢板(8)分块制作好，精确定位后焊接在洞门钢环(2)上，封堵钢板(8)在洞门钢环(2)处焊接均采取满焊，在焊接结束后，在指定时间内用浆液对盾构管片(9)与洞门钢环(2)处的建筑空隙进行填充；
步骤68：进一步利用管片注浆孔，对洞口注浆，以防止漏水，并为端墙(4)与盾构管片(9)的稳定连接创造条件；
步骤69：盾构机(5)顶推至预定位置后，整个接收工作完成。
5.用于权利要求1所述一种基于马蹄形盾构机的大断面马蹄形土压平衡盾构隧道施工方法，其特征在于：在整个盾构掘进过程中，每环姿态调整量控制在6mm以内，盾构轴线偏离设计轴线不大于±50mm，地面隆陷控制在+10mm～-30mm，始发时在始发基座上推进速度控制在20-30mm/min，盾构机进入原状土的前12m推进速度控制在20-30mm/min以内，在盾构机盾尾完全进入原状土后逐步提高到30-40mm/min。
6.用于权利要求1所述一种基于马蹄形盾构机的大断面马蹄形土压平衡盾构隧道施工方法，其特征在于：所述步骤5中实时控制土仓内的压力稳定平衡包括以下步骤：
步骤S5：设置土仓内土压力值为P，取得静水压力和地层土压力之和为P0，满足P＝K*P0，土仓压力通过采取设定掘进速度、调整排土量或设定排土量、调整掘进速度两种方法建立，并应维持切削土量与排土量的平衡，以使土仓内的压力稳定平衡，以上K值介于1.0～3.0；
步骤S6：采用至少一条螺旋输送机出渣，同时，控制土仓左右压力实现土压平衡，控制地表沉降。
步骤S7：在砂性土流动性差的地层添加泡沫剂、膨润土等改善碴土的止水性，使土仓内的压力稳定平衡。
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