CN110424970A - 一种在重黏土质地层中盾构侧穿立交桥桥桩形成盾构隧道的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于隧道施工领域，具体涉及一种在重黏土质地层中盾构侧穿立交桥桥桩形成盾构隧道的方法，S1、对重黏土地层土体的分析，对土体进行改良；S2、确认有无废桩，若有废桩，则在盾构机侧穿前，对废桩进行磨桩处理，若没有废桩，则转入S3；S3、观测桥墩、桥桩是否产生裂缝，若产生裂缝，则进行修补后转入S4，没有产生裂缝，则直接转入S4；S4、在所述立交桥待侧穿区域内，设置实时监测桥桩沉降情况的沉降监测点；S5、在侧穿立交桥桥桩之前，使用测量仪器确定盾构隧道的中线及其两侧的边线，使用盾构机进行盾构掘进。本发明的有益效果是：能够改善渣土的塑性、流动性和透水性，确保渣土顺利排出，保证盾构施工的顺利进行。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工领域，具体涉及一种在重黏土质地层中盾构侧穿立交桥桥桩形成盾构隧道的方法。
背景技术
土压平衡盾构施工法因其适应性广、安全性高、对环境影响小等特点而得到了广泛的应用。土压平衡盾构机的特点是把土仓内的渣土作为开挖面稳定的介质，刀盘与刀盘后隔板之间形成土仓，刀盘旋转、被切削下来的渣土充满土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。作为支撑介质的渣土要求具有良好的塑性变形和软稠度，以及内摩擦角小及渗透率小等特点。
由于一般土壤的塑性、流动性和透水性不能满足这些特性，在掘进过程中当土体充满土仓和螺旋输送机时，无法顺利有效地进行排渣，会造成刀盘和螺旋输送机扭矩增大，影响正常掘进。对于黏土层地质来说，防止粘性渣土“结泥饼”、保持土仓土压平衡稳定是保证施工安全和高效的关键。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种在重黏土质地层中盾构侧穿立交桥桥桩形成盾构隧道的方法，能够改善渣土的塑性、流动性和透水性，确保渣土顺利排出，保证盾构施工的顺利进行。
本发明提供了如下的技术方案：
一种在重黏土质地层中盾构侧穿立交桥桥桩形成盾构隧道的方法，所述立交桥包括自上而下依次设置的连续粱、桥墩和桥桩，包括如下步骤：
S1、对重黏土地层土体的分析，获取所述重黏土地层土体孔隙比、凝聚力、渗透系数及坍落度，根据重黏土地层土体的分析结果，制备渣土改良剂，将渣土改良剂施加到重黏土地层土体中，对土体进行改良；
S2、查阅所述立交桥待侧穿区域的历史资料，核对桥桩坐标，确保桥桩与盾构隧道的位置关系与设计值一致，确认有无废桩，若有废桩，则在盾构机侧穿前，对废桩进行磨桩处理，若没有废桩，则转入S3；
S3、观测所述立交桥待侧穿区域的桥墩、桥桩是否产生裂缝，若产生裂缝，则进行修补后转入S4，没有产生裂缝，则直接转入S4；
S4、在所述立交桥待侧穿区域内，于地质条件突变或建筑物密集处设置实时监测桥桩沉降情况的沉降监测点；
S5、在侧穿立交桥桥桩之前，使用测量仪器确定盾构隧道的中线及其两侧的边线，使用盾构机进行盾构掘进，在掘进过程中，控制盾构机盾构中线与盾构隧道中线重叠使得盾构机沿着设定路线掘进，通过土仓压力表监测盾构隧道与桥桩之间土体变化情况，通过全站仪检测桥桩变形情况，通过沉降监测点检测桥桩沉降情况，保持土仓压力表显示压力范围为0.1-0.2Mpa，全站仪显示桥桩倾斜度小于1‰，沉降监测点显示桥桩沉降值或***值与设定值的差值在6mm以内，直至盾构机盾构掘进穿过立交桥待侧穿区域。
优选的，所述渣土改良剂包括泡沫剂和钠基膨润土泥浆，所述渣土改良剂的制作方法如下：
将泡沫剂原液与水混合，均匀搅拌1-5min，配制成质量浓度为4％-5％、发泡倍数为10-14倍的泡沫剂；
将钠基膨润土与水混合，均匀搅拌1-2h并静置充分膨化12h以上，配制成质量浓度为6％-8％的钠基膨润土泥浆。
优选的，所述将渣土改良剂施加到重黏土地层土体中的具体方法如下，
使用泡沫混合泵将泡沫剂泵送至泡沫发生器中形成泡沫，接着将形成的泡沫通过输送泵输送到盾构机刀盘面板的泡沫注浆孔，通过泡沫注浆孔喷出至重黏土地层土体中，对土体进行改良；
通过输送泵将钠基膨润土泥浆输送至储浆罐中，经充分膨化后的钠基膨润土泥浆由泥浆泵输送到盾构机刀盘面板的泥浆注浆口，通过泥浆注浆口喷出至重黏土地层土体中，对土体进行改良；
每立方米重黏土地层土体中泡沫剂的用量为40-45L，钠基膨润土泥浆的用量为2-5L。
优选的，所述泡沫剂原液由表面活性剂、稳定剂、渗透剂、强化剂和分散剂复配而成，按照重量份计，至少包括：表面活性剂4-10份；稳定剂0.5-4份、渗透剂0.2-3份、强化剂0.1-2份；分散剂0.1-3份。
优选的，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、脂肪醇醚硫酸钠中的一种或两种；所述稳定剂为改性硅树脂聚醚乳液；所述渗透剂为脂肪胺聚氧乙烯醚；所述强化剂为烷基酚聚氧乙烯醚；所述分散剂为辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的任意一种或者两种。
优选的，所述S5，在盾构机掘进过程中，对盾构管片外的环向间隙采用同步注浆的方式进行填充，其同步注浆量为环形间隙理论体积的1.1-1.3倍，同步注浆压力为0.2-0.3MPa，所述同步注浆速度和盾构机掘进速度保持同步，且在盾构机管片脱出盾尾5-6环后进行二次注浆，二次注浆采用水泥单液浆，二次注浆压力为0.3-0.4Mpa。
优选的，在盾构机掘进后形成的盾构隧道内壁铺设配筋加强型管片,所述配筋加强型管片上设有若干个注浆孔，相邻注浆孔之间的径向角度均为22.5°，盾构机掘进侧穿所述立交桥桩基区域时，盾构机的掘进速度为10-20mm/min，刀盘转速为0.8-1.0r/min，刀盘扭矩为1000-1500KN·m。
优选的，所述同步注浆的材料按重量份计包括，水泥100-150份、粉煤灰400-420份、膨润土100-120份、砂850-900份、水460-500份、减水剂1-10份和混凝剂1-10份。
优选的，所述减水剂由丙烯基醚共聚物、聚乙二醇单烷基醚按照质量比1:1配制而成，所述混凝剂由铝酸钠、碳酸钠、生石灰按质量比1：1.5：0.8配制而成。
优选的，所述桥桩直径为1-1.5m、长度为34-37m，桥桩底面位于盾构隧道底面下方，盾构隧道壁与桥桩外壁水平距离范围为1.07-7.96m,最小距离为1.07m；
所述地质条件突变包括土体性质发生变化、或者隧道掘进深度发生变化、或者隧道上部及地面负载变化；所述建筑物密集处为居民小区、或者商业广场、或者车站、或者厂区。
本发明的有益效果是：
1、本发明渣土改良剂由泡沫剂和钠基膨润土泥浆组成，通过泡沫剂、钠基膨润土泥浆施加到重黏土地层土体中，改善了开挖面粘土性土体的塑性、流动性和透水性，所述重黏土地层土体孔隙比由0.53-0.69改善到0.56-0.75，凝聚力由35-56kPa改善到10-18kPa，渗透系数由0.001m/d改善到1.0×10-5-5.0×10-5cm/s，改良后渣土满足排渣坍落度要求120-205mm，极大地提高了排渣效率，避免因排渣不畅导致螺旋输送机堵塞，影响正常掘进。
2、本发明的渣土改良剂降低了掌子面粘土性土体及土仓内渣土的内摩擦角，从而减小刀盘、刀具和螺旋输送机叶片的磨损，降低掘进过程中刀盘和螺机的扭矩，提高了土仓内粘土性土体的可塑性，防止刀盘结泥饼，提高了渣土抗渗透能力，避免掌子面因排水固结造成较大的地面沉降或者坍塌。
3、通过使用本发明的渣土改良工艺，有效的减轻盾构刀盘、刀具、螺旋输送机磨损，降低设备维修、换刀风险。
4、本发明的渣土改良工艺实施简单，成本低，同时掘进施工渣土变稠，降低渣土外运成本，发泡泡沫可生物降解，保护城市环境。
5、本发明提供的施工方法在盾构推进过程中，首先查阅立交桥待侧穿区域的历史资料，核对桥桩坐标，确保桥桩与盾构隧道的位置关系与设计值一致，确认有无废桩，若有废桩，则在盾构机侧穿前，对废桩进行磨桩处理，观测所述立交桥待侧穿区域的桥墩、桥桩是否产生裂缝，若产生裂缝，则进行修补，这样可以有效地保护盾构隧道掘进过程中桥桩、桥墩的稳定。
6、在盾构隧道施工中，刚脱出盾尾的管片经常会出现错台、破损，甚至隧道局部或整体上浮。
现有技术中，同步注浆的材料由水泥、粉煤灰、膨润土、砂和水组成，为了控制上浮，通常是采取增加水泥、膨润土的用量，从而降低同步浆液的凝结时间，提高同步浆液的粘稠度，但随之可能出现注浆管堵塞等问题。
本发明的同步浆液中，不仅包含了由水泥、粉煤灰、膨润土、砂和水组成的A液，还包括了由减水剂和混凝剂组成的B液，尤其是当减水剂由丙烯基醚共聚物、聚乙二醇单烷基醚按照质量比1:1配制而成，混凝剂由铝酸钠、碳酸钠、生石灰按质量比1：1.5：0.8配制而成，在实际的施工中(某地轨道交通3号线)，注浆前将A液、B液混合形成同步浆液，随着盾构的掘进，同步注入开挖面与管片之间间隙的浆液由流体形态在短时间内快速的转变为塑性体，可以极大的降低了浆液对管片的浮力。
7、本发明通过设置沉降监测点，可以实时监测桥桩是否产生沉降或***，有效的降低了盾构侧穿及施工过程中的风险，避免了盾构推进过程中的塌孔、隧道变形和桩基变形的风险。
附图说明
图1是盾构机侧穿立交桥桥桩形成盾构隧道的示意图。
附图中标记的含义如下：
1-连续粱 2-桥墩 3-桥桩 4-盾构隧道
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做具体说明。
一种在重黏土质地层中盾构侧穿立交桥桥桩形成盾构隧道的方法，所述立交桥包括自上而下依次设置的连续粱、桥墩和桥桩，包括如下步骤：
S1、对重黏土地层土体的分析，获取所述重黏土地层土体孔隙比、凝聚力、渗透系数及坍落度，根据重黏土地层土体的分析结果，制备渣土改良剂，将渣土改良剂施加到重黏土地层土体中，对土体进行改良；
S2、查阅所述立交桥待侧穿区域的历史资料，核对桥桩坐标，确保桥桩与盾构隧道的位置关系与设计值一致，确认有无废桩，若有废桩，则在盾构机侧穿前，对废桩进行磨桩处理，若没有废桩，则转入S3；
S3、观测所述立交桥待侧穿区域的桥墩、桥桩是否产生裂缝，若产生裂缝，则进行修补后转入S4，没有产生裂缝，则直接转入S4；
S4、在所述立交桥待侧穿区域内，于地质条件突变或建筑物密集处设置实时监测桥桩沉降情况的沉降监测点；
S5、在侧穿立交桥桥桩之前，使用测量仪器确定盾构隧道的中线及其两侧的边线，使用盾构机进行盾构掘进，在掘进过程中，控制盾构机盾构中线与盾构隧道中线重叠使得盾构机沿着设定路线掘进，通过土仓压力表监测盾构隧道与桥桩之间土体变化情况，通过全站仪检测桥桩变形情况，通过沉降监测点检测桥桩沉降情况，保持土仓压力表显示压力范围为0.1-0.2Mpa，全站仪显示桥桩倾斜度小于1‰，沉降监测点显示桥桩沉降值或***值与设定值的差值在6mm以内，直至盾构机盾构掘进穿过立交桥待侧穿区域。
本实施例的渣土改良剂包括泡沫剂和钠基膨润土泥浆，所述渣土改良剂的制作方法如下：
将泡沫剂原液与水混合，均匀搅拌5min，配制成质量浓度为5％、发泡倍数为10倍的泡沫剂；
将钠基膨润土与水混合，均匀搅拌1h并静置充分膨化12h，配制成质量浓度为6％的钠基膨润土泥浆。
本实施例将渣土改良剂施加到重黏土地层土体中的具体方法如下，
使用泡沫混合泵将泡沫剂泵送至泡沫发生器中形成泡沫，接着将形成的泡沫通过输送泵输送到盾构机刀盘面板的泡沫注浆孔，通过泡沫注浆孔喷出至重黏土地层土体中，对土体进行改良；
通过输送泵将钠基膨润土泥浆输送至储浆罐中，经充分膨化后的钠基膨润土泥浆由泥浆泵输送到盾构机刀盘面板的泥浆注浆口，通过泥浆注浆口喷出至重黏土地层土体中，对土体进行改良；
每立方米重黏土地层土体中泡沫剂的用量为40L，钠基膨润土泥浆的用量为2L。
本实施例的泡沫剂原液由表面活性剂、稳定剂、渗透剂、强化剂和分散剂复配而成，按照重量份计，至少包括：表面活性剂4份；稳定剂2份、渗透剂0.2份、强化剂1份；分散剂0.5份。
所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠；所述稳定剂为改性硅树脂聚醚乳液；所述渗透剂为脂肪胺聚氧乙烯醚；所述强化剂为烷基酚聚氧乙烯醚；所述分散剂为辛基酚聚氧乙烯醚。
使用本发明的渣土改良工艺，通过泡沫剂、钠基膨润土泥浆施加到重黏土地层土体中，改善了开挖面粘土性土体的塑性、流动性和透水性，所述重黏土地层土体孔隙比由0.53-0.69改善到0.56-0.75，凝聚力由35-56kPa改善到10-18kPa，渗透系数由0.001m/d改善到1.0×10-5-5.0×10-5cm/s，改良后渣土满足排渣坍落度要求120-205mm，极大地提高了排渣效率，避免因排渣不畅导致螺旋输送机堵塞，影响正常掘进。土仓压力稳定维持在0.8-1.2bar，有效地保证了开挖面土体的稳定，地表监测数据符合要求。
本实施例所述S5，在盾构机掘进过程中，对盾构管片外的环向间隙采用同步注浆的方式进行填充，其同步注浆量为环形间隙理论体积的1.1倍，同步注浆压力为0.3MPa，所述同步注浆速度和盾构机掘进速度保持同步，且在盾构机管片脱出盾尾5环后进行二次注浆，二次注浆采用水泥单液浆，二次注浆压力为0.3Mpa。
在盾构机掘进后形成的盾构隧道内壁铺设配筋加强型管片,所述配筋加强型管片上设有若干个注浆孔，相邻注浆孔之间的径向角度均为22.5°，盾构机掘进侧穿所述立交桥桩基区域时，盾构机的掘进速度为10mm/min，刀盘转速为1.0r/min，刀盘扭矩为1000KN·m。
本实施例同步注浆的材料按重量份计包括，水泥100份、粉煤灰400份、膨润土100份、砂850份、水460份、减水剂3份和混凝剂5份。
其中，减水剂由丙烯基醚共聚物、聚乙二醇单烷基醚按照质量比1:1配制而成，所述混凝剂由铝酸钠、碳酸钠、生石灰按质量比1：1.5：0.8配制而成。
水泥、粉煤灰、膨润土、砂和水组成的A液，减水剂和混凝剂组成的B液，同步注浆前将A液、B液混合形成同步浆液。
本发明的同步浆液与现有的同步浆液对管片上浮的影响如下表所示，
| 浮力密度(g/mL) | |
| 现有的同步浆液 | 1.25 |
| 本发明的同步浆液 | 0.3 |
如上表所示，现有的同步浆液流动性好，对管片的浮力大，浮力密度大于管片的密度(0.5g/mL)，管片产生上浮现象，本发明的同步浆液在注入开挖面与管片之间间隙后可以快速的形成塑性体，无流动性，浮力密度小于管片密度,不会产生上浮。
本实施例桥桩直径为1-1.5m、长度为34-37m，桥桩底面位于盾构隧道底面下方，盾构隧道壁与桥桩外壁水平距离范围为1.07-7.96m,最小距离为1.07m；
所述地质条件突变包括土体性质发生变化、或者隧道掘进深度发生变化、或者隧道上部及地面负载变化；所述建筑物密集处为居民小区、或者商业广场、或者车站、或者厂区。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种在重黏土质地层中盾构侧穿立交桥桥桩形成盾构隧道的方法，其特征在于，所述立交桥包括自上而下依次设置的连续粱(1)、桥墩(2)和桥桩(3)，包括如下步骤：
S1、对重黏土地层土体的分析，获取所述重黏土地层土体孔隙比、凝聚力、渗透系数及坍落度，根据重黏土地层土体的分析结果，制备渣土改良剂，将渣土改良剂施加到重黏土地层土体中，对土体进行改良；
S2、查阅所述立交桥待侧穿区域的历史资料，核对桥桩(3)坐标，确保桥桩(3)与盾构隧道(4)的位置关系与设计值一致，确认有无废桩，若有废桩，则在盾构机侧穿前，对废桩进行磨桩处理，若没有废桩，则转入S3；
S3、观测所述立交桥待侧穿区域的桥墩(2)、桥桩(3)是否产生裂缝，若产生裂缝，则进行修补后转入S4，没有产生裂缝，则直接转入S4；
S4、在所述立交桥待侧穿区域内，于地质条件突变或建筑物密集处设置实时监测桥桩沉降情况的沉降监测点；
S5、在侧穿立交桥桥桩之前，使用测量仪器确定盾构隧道(4)的中线及其两侧的边线，使用盾构机进行盾构掘进，在掘进过程中，控制盾构机盾构中线与盾构隧道(4)中线重叠使得盾构机沿着设定路线掘进，通过土仓压力表监测盾构隧道与桥桩之间土体变化情况，通过全站仪检测桥桩变形情况，通过沉降监测点检测桥桩沉降情况，保持土仓压力表显示压力范围为0.1-0.2Mpa，全站仪显示桥桩倾斜度小于1‰，沉降监测点显示桥桩沉降值或***值与设定值的差值在6mm以内，直至盾构机盾构掘进穿过立交桥待侧穿区域。
2.根据权利要求1所述的一种在重黏土质地层中盾构侧穿立交桥桥桩形成盾构隧道的方法，其特征在于，所述渣土改良剂包括泡沫剂和钠基膨润土泥浆，所述渣土改良剂的制作方法如下：
将泡沫剂原液与水混合，均匀搅拌1-5min，配制成质量浓度为4％-5％、发泡倍数为10-14倍的泡沫剂；
将钠基膨润土与水混合，均匀搅拌1-2h并静置充分膨化12h以上，配制成质量浓度为6％-8％的钠基膨润土泥浆。
3.根据权利要求1所述的一种在重黏土质地层中盾构侧穿立交桥桥桩形成盾构隧道的方法，其特征在于，所述将渣土改良剂施加到重黏土地层土体中的具体方法如下，
使用泡沫混合泵将泡沫剂泵送至泡沫发生器中形成泡沫，接着将形成的泡沫通过输送泵输送到盾构机刀盘面板的泡沫注浆孔，通过泡沫注浆孔喷出至重黏土地层土体中，对土体进行改良；
通过输送泵将钠基膨润土泥浆输送至储浆罐中，经充分膨化后的钠基膨润土泥浆由泥浆泵输送到盾构机刀盘面板的泥浆注浆口，通过泥浆注浆口喷出至重黏土地层土体中，对土体进行改良；
每立方米重黏土地层土体中泡沫剂的用量为40-45L，钠基膨润土泥浆的用量为2-5L。
4.根据权利要求1所述的一种在重黏土质地层中盾构侧穿立交桥桥桩形成盾构隧道的方法，其特征在于，所述泡沫剂原液由表面活性剂、稳定剂、渗透剂、强化剂和分散剂复配而成，按照重量份计，至少包括：表面活性剂4-10份；稳定剂0.5-4份、渗透剂0.2-3份、强化剂0.1-2份；分散剂0.1-3份。
5.根据权利要求1所述的一种在重黏土质地层中盾构侧穿立交桥桥桩形成盾构隧道的方法，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、脂肪醇醚硫酸钠中的一种或两种；所述稳定剂为改性硅树脂聚醚乳液；所述渗透剂为脂肪胺聚氧乙烯醚；所述强化剂为烷基酚聚氧乙烯醚；所述分散剂为辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚中的任意一种或者两种。
6.根据权利要求1所述的一种在重黏土质地层中盾构侧穿立交桥桥桩形成盾构隧道的方法，其特征在于，所述S5，在盾构机掘进过程中，对盾构管片外的环向间隙采用同步注浆的方式进行填充，其同步注浆量为环形间隙理论体积的1.1-1.3倍，同步注浆压力为0.2-0.3MPa，所述同步注浆速度和盾构机掘进速度保持同步，且在盾构机管片脱出盾尾5-6环后进行二次注浆，二次注浆采用水泥单液浆，二次注浆压力为0.3-0.4Mpa。
7.根据权利要求1所述的一种在重黏土质地层中盾构侧穿立交桥桥桩形成盾构隧道的方法，其特征在于，在盾构机掘进后形成的盾构隧道内壁铺设配筋加强型管片,所述配筋加强型管片上设有若干个注浆孔，相邻注浆孔之间的径向角度均为22.5°，盾构机掘进侧穿所述立交桥桩基区域时，盾构机的掘进速度为10-20mm/min，刀盘转速为0.8-1.0r/min，刀盘扭矩为1000-1500KN·m。
8.根据权利要求6所述的一种在重黏土质地层中盾构侧穿立交桥桥桩形成盾构隧道的方法，其特征在于，所述同步注浆的材料按重量份计包括，水泥100-150份、粉煤灰400-420份、膨润土100-120份、砂850-900份、水460-500份、减水剂1-10份和混凝剂1-10份。
9.根据权利要求8所述的一种在重黏土质地层中盾构侧穿立交桥桥桩形成盾构隧道的方法，其特征在于，所述减水剂由丙烯基醚共聚物、聚乙二醇单烷基醚按照质量比1:1配制而成，所述混凝剂由铝酸钠、碳酸钠、生石灰按质量比1：1.5：0.8配制而成。
10.根据权利要求1所述的一种在重黏土质地层中盾构侧穿立交桥桥桩形成盾构隧道的方法，其特征在于，所述桥桩直径为1-1.5m、长度为34-37m，桥桩底面位于盾构隧道底面下方，盾构隧道壁与桥桩外壁水平距离范围为1.07-7.96m,最小距离为1.07m；
所述地质条件突变包括土体性质发生变化、或者隧道掘进深度发生变化、或者隧道上部及地面负载变化；所述建筑物密集处为居民小区、或者商业广场、或者车站、或者厂区。
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