CN113006808A - 一种黏性地质盾构始发段下穿浅覆土河道施工工法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及河道施工技术领域，尤其涉及一种黏性地质盾构始发段下穿浅覆土河道施工工法，包括施工工艺流程及操作要点；施工工艺流程包括：始发端头地层加固，安装始发基座，洞门密封；盾构机、后配套台车吊装下井，组装调试；安装反力架、拼装负环管片、洞门破除；始发掘进、负荷调试；盾尾通过洞门密封后进行回填注浆；地质勘探、河道现状调查，采取河道截流措施。本发明工法已经过工程实践，能够安全、平稳、高效、经济的完成盾构下穿河道，最终实现以质量缺陷降低、安全事故降低、地表接近沉降降低及成型隧道上浮降低的高标准，完成黏性地质盾构始发段下穿浅覆土河道，为后续类似施工提供了极其宝贵的经验。

Description

一种黏性地质盾构始发段下穿浅覆土河道施工工法

技术领域

本发明涉及河道施工技术领域，尤其涉及一种黏性地质盾构始发段下穿浅覆土河道施工工法。

背景技术

伴随着国家对城市基础建设的投入力度加大，城市轨道交通现代化建设也在全面发展，盾构施工工法也凭借着其机械化程度高、施工工效快、环境影响小、施工安全风险相对较低、施工质量高等显著优势越来越被人们所熟知，施工工艺也越来越成熟，盾构施工工法在隧道工程建设中呈现较大的增长趋势，各个城市大规模开展盾构施工，盾构隧道穿越的地层越来越多变，所处的施工环境越来越复杂，遇到的风险源种类越来越多样化，盾构下穿河流此类风险也日渐增加；

尤其是针对本工程所面临的的在黏性地质条件下，盾构始发段下穿浅覆土河道，施工风险极高，施工过程的控制难度极大，基于此工况，现提出一种在黏性地质条件下盾构始发段下穿浅覆土河道施工工法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种黏性地质盾构始发段下穿浅覆土河道施工工法，以解决了现有的问题：针对本工程所面临的的在黏性地质条件下，盾构始发段下穿浅覆土河道，施工风险极高，施工过程的控制难度极大。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种黏性地质盾构始发段下穿浅覆土河道施工工法，包括施工工艺流程及操作要点；

所述施工工艺流程包括：

始发端头地层加固，安装始发基座，洞门密封；

盾构机、后配套台车吊装下井，组装调试；

安装反力架、拼装负环管片、洞门破除；

始发掘进、负荷调试；

盾尾通过洞门密封后进行回填注浆；

地质勘探、河道现状调查，采取河道截流措施；

理论计算设定掘进参数，同时做好应急准备；

穿河前，二次注浆施工做止水环，地表监测数据采集；

盾构掘进，严控掘进参数及注浆量，优化浆液配比；

加强施工监测，做好河道巡检，信息及时反馈；

加强二次注浆，施做止水环，做好沉降监测；

疏通河道，恢复河道水位；

穿河施工完成，进入后续正常掘进阶段。

进一步地，所述操作要点包括施工准备、洞门密封安装、洞门封堵、下穿浅覆土河道施工、河道截流、穿河段盾构掘进参数设定。

进一步地，所述施工准备包括地质勘探、实地走访、设沉降测点、机械、电气设备等进行检修和提前筹备好相关材料设备。

进一步地，所述洞门密封安装包括安装前应测量安装螺孔的位置偏差，安装时压板螺栓应拧紧，需注意橡胶帘布及扇形压板的安装方向。

进一步地，所述洞门封堵包括施做止水环，对零环注浆和洞门密封处的填充，注浆过程中应保持注浆连续不间断。

进一步地，所述洞门封堵，效果不理想则采取洞内注双液浆对洞门密封处渗漏通道进行封堵。

进一步地，所述下穿浅覆土河道施工包括盾构下穿浅覆土河道施工技术措施和盾构下穿浅覆土河道风险管控措施。

进一步地，所述盾构下穿浅覆土河道施工技术措施包括盾构掘进技术措施、管片拼装技术措施、壁后注浆技术措施和监控量测技术措施。

进一步地，所述盾构下穿浅覆土河道风险管控措施包括盾构下穿河道前风险管控措施、盾构下穿河道过程中风险管控措施、盾构下穿河道后风险管控措施。

本发明至少具备以下有益效果：

本工法已经过工程实践，能够安全、平稳、高效、经济的完成盾构下穿河道，最终实现以质量缺陷降低、安全事故降低、地表接近沉降降低及成型隧道上浮降低的高标准，完成黏性地质盾构始发段下穿浅覆土河道，为后续类似施工提供了极其宝贵的经验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本施工工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种黏性地质盾构始发段下穿浅覆土河道施工工法包括施工工艺流程及操作要点；

施工工艺流程包括：

第一步，始发端头地层加固，安装始发基座，洞门密封；

第二步，盾构机、后配套台车吊装下井，组装调试；

第三步，安装反力架、拼装负环管片、洞门破除；

第四步，始发掘进、负荷调试；

第五步，盾尾通过洞门密封后进行回填注浆；

第六步，地质勘探、河道现状调查，采取河道截流措施；

第七步，理论计算设定掘进参数，同时做好应急准备；

其中，应急准备:在盾构下穿河道前，针对可能出现的紧急状况，配备相应的应急物资，存放于施工现场，同时在河道边配备应急发电设备；

第八步，穿河前，二次注浆施工做止水环，地表监测数据采集；其中，二次注浆及止水环施做，选用水泥、水玻璃双液浆，水灰比0.6：1～1:1(质量比)，水泥浆：水玻璃＝1：1(体积比)；管片脱出盾尾3环后，立即进行二次注浆，每环二次注浆量0.3～0.7m³，注浆压力不小于1Mpa；洞门封堵及穿越河道前后的止水环，选用水泥、水玻璃双液浆，配比同上，起到与河道附近丰富地下水进行隔绝、保证后续同步注浆效果的作用；同时通过二次注浆，能够保证良好的质量，减少隧道渗漏水及控制管片上浮的现象；

第九步，盾构掘进，严控掘进参数及注浆量，优化浆液配比；

掘进过程中的出渣量，施工中出土量也严格按照理论出土量控制(考虑到渣土改良及土的松散系数)，每环按1.6m推进行程进行折算后，同时借鉴盾构始发段的出土量统计，出土量控制在116～120m³左右(理论出土量为98.2m³)。

渣土改良：淤泥质黏土地层掘进过程中，渣土改良不佳时，易出现土方超挖，盾构姿态难以控制，刀盘结泥饼，管片上浮等情况，进而导致掘进参数异常，严重影响成型隧道质量。为确保渣土具有良好的和易性、流动性，针对地层特点，选用优质泡沫进行渣土改良；同时备好聚合物添加剂，如在穿越河道期间存在地下水较大，可在泡沫原液中加入一定的聚合物进行渣土改良。盾构掘进控制方面，控制螺旋转速与土仓压力匹配，加强渣温管理，动态调整渣土改良剂配比及注入量；

掘进参数总结:盾构施工过程中，必须根据地层变化、盾构隧道埋深等各类条件变化而变化，故而施工期间必须及时调整盾构推进参数，但本区段的各类土层力学参数基本相似，盾构埋深变化较小，盾构参数变化具有一定规律性，从盾构始发段施工过程中的沉降监测和盾构机及管片姿态的监测情况来看，在浅覆土过河段，盾构机保持如下参数推进：

第十步，加强施工监测，做好河道巡检，信息及时反馈；

第十一步，加强二次注浆，施做止水环，做好沉降监测；

其中，监控量测：针对淤泥质黏土地层始发段下穿浅覆土河道这一复杂的施工工况，为严密监测地层沉降状况，加强穿越浅覆土河道期间的风险管控，在始发段及河道两岸采取了加密监测措施；

第十二步，疏通河道，恢复河道水位；

第十三步，穿河施工完成，进入后续正常掘进阶段。

操作要点如下；

施工准备：

(1)对河的地貌、地层、岩性、地质构造和水文地质条件进行充分了解，摸清河道部位第一手的水文地质资料。

(2)实地走访、查勘河底可能出现河道治理施做的松木桩等影响盾构施工的障碍物及情况等。

(3)在河道周围地面上以及桥台桥墩上设沉降测点，配合相关管理部门做好沉降信息化监测控制。

(4)为确保盾构机顺利穿越河流，穿越前必须对盾构施工的机械、电气设备等进行检修，尤其是重点检查盾尾密封、铰接处的密封止水效果，确保盾构机工作状态良好；

其中盾构设备检修:针对淤泥质黏土地层始发段下穿浅覆土河道这一复杂的施工工况，为确保盾构顺利下穿浅覆土河道，必须保证盾构连续、平稳运转。因此，在盾构下穿特殊风险源前，必须针对盾构设备的运行状况进行全面检修与维保，确保其状态良好。

(5)提前筹备好相关材料设备，例如：增设注浆孔管片，盾构施工基本耗材，二次注浆原材及设备，保证盾构下穿河流期间安全平稳、连续掘进。

洞门密封安装：

在盾构始发掘进时，为了防止洞内水和回填注浆沿着盾构机外壳向洞口方向流出，在内衬墙上的盾构机入口洞圈周围安装环形密封橡胶板止水装置，该装置在内衬墙入口洞圈周围设有M24螺孔的预埋板，用螺栓将帘布橡胶板、圆环板和扇形压板栓连在预埋环板上，当盾构机沿推进方向掘进时，带铰接的扇形压板被盾构机带动向顺时针方向转动，并支撑密封橡胶板，封闭在盾尾外径处，止住水向始发井内流入；

安装前应测量安装螺孔的位置偏差，并用螺丝清理螺孔；安装时，压板螺栓应拧紧，使帘布橡胶板紧贴洞门，防止盾构始发后同步注浆时浆液泄露；洞门密封装置安装时，需注意橡胶帘布及扇形压板的安装方向。橡胶帘布端头的凸起方向与盾构掘进方向相同。

洞门封堵：

(1)根据设计要求及相关施工经验，洞口密封处先采用双液浆施做止水环，充填注浆采取盾尾同步注浆装置注液浆充填；由于扇形压板是采取内翻形式，能满足抵抗注浆压力的需求。

(2)当盾构机始发掘进到第5环及盾构接收盾构机全部拖出盾尾时，开始同步注浆对零环注浆和洞门密封处的填充，整环所有注浆孔均需进行注浆填充，注浆过程中，密切关注土仓压力及洞门漏浆情况。

(3)洞门封堵注浆过程中，应保持注浆连续不间断，保证整环的注浆封堵质量。

(4)若洞门密封效果不理想则采取洞内注双液浆对洞门密封处渗漏通道进行封堵。

(5)当洞门密封无明显渗漏时，采用盾尾同步注浆的形式进行充。注浆量以注浆压力控制，最大压力不大于0.35MPa。

(6)由于洞门封堵处为圆形截面，拱顶处的浆液容易填充不密实，在封堵注浆过程中，不仅需要严格盯控注浆压力及注浆量，同时在注浆完成后，需要检查拱顶注浆的密实效果，确保整环填充密实。

下穿浅覆土河道施工包括盾构下穿浅覆土河道施工技术措施和盾构下穿浅覆土河道风险管控措施。

盾构下穿浅覆土河道施工技术措施：

(1)盾构掘进技术措施，根据以往盾构施工经验及相关理论知识，结合本工程的具体情况，采取以下盾构掘进技术措施：

①采用隧道自动导向***和人工测量辅助进行盾构姿态监测；

②根据线路条件所做的分段轴线拟合控制计划、导向***反映的盾构姿态信息，结合隧道地层情况，通过分区操作盾构机的推进油缸来控制掘进方向。

③严格控制盾构出渣量，避免超挖造成地表沉降。

④本区间主要穿越黏土地层，在掘进过程中，需做好地质预测，合理控制掘进参数，优化渣土改良，防止结泥饼现象出现。

⑤通过调整各组推进油缸的压力来实现盾构掘进姿态调整与纠偏。一般情况下，盾构机如果偏离设计轴线20㎜，即进行纠偏。纠偏过程应逐步进行，不能一次到位，每环纠偏量水平方向上不超过2㎜，竖直方向上不超过3㎜。要杜绝大量值纠偏，减少土体的扰动，从而保证盾构机平稳地从河道下方穿越。

(2)管片拼装技术措施：

①拼装前，先测量盾尾间隙，根据实测的数据，选取合适的管片拼装点位。

②拼装前，清理上一环管片上的泥块及泥浆，保证环面清洁，无渣泥。

③拼装时，保证初衬砌环圆度，推进油缸的伸缩顺序应与管片拼装顺序一致。

④螺栓三次复紧：每环推进结束后，须拧紧连接螺栓。在下环推进时复紧一次。每掘进完成3环，对10环以内的管片连接螺栓复紧一次。

其中管片进场质量验收，安排专人，组织监理，对管片进场质量检查，检测管片强度是否满足设计要求，查看管片是否有破损、裂纹，如果存在缺陷，及时退回管片厂。

(3)壁后注浆技术措施：

①经过多次配合比试验，选择最合适的同步注浆浆液配合比，确保浆液初凝时间与盾构掘进速度匹配，避免产生管片上浮或偏移。

②盾构掘进过程中，合理控制同步注浆量及注浆压力，保证管片壁后空隙填充饱满。

③根据现场实际情况，选择合适的二次注浆频率。若出现渗漏水，及时采取二次注浆。

(4)监控量测技术措施，为准确了解盾构始发时地面的变形情况，为盾构施工提供依据，做到信息化施工，在盾构始发段监测采取如下措施：

①加强始发段及河道地表沉降监测，每日形成监测日报，及时发布监测数据信息；

②建(构)筑物沉降监测：盾构施工过程中，加强对端头处龙门吊基础、地下管线、周边建筑的监测；

③增加监测频率：施工前，应对原数据进行多次观测，取其平均值作为原始数据，确保原始数据的准确。在盾构穿越其间在原有的监测基础上增加监测频率，待盾构穿越后沉降趋于稳定后，逐渐减少监测次数；

④测量的数据应及时汇总上报给工程部，以便于及时了解施工现状和相应区域的变化情况，确定新的施工参数和注浆量等信息和指令，并传递给盾构操作手，使盾构推进及时作相应调整，确保盾构隧道的施工安全。

⑤采取信息化施工，施工前，会同业主、监理、总包及第三方监测等单位建立协调联动机制及信息传输渠道，确保信息沟通顺畅，为信息化施工创造条件。

监测信息的反馈，监测信息实时反馈，盾构施工监测信息按照规定的监测频率及时反馈；

监测分析，根据监控量测数据进行实时分析和阶段(周/月)分析，对地层的扰动情况、盾构隧道的安全状态等进行科学合理的评价，并提出相应的建议；盾构施工监测为常规监测项目，主要针对地面加固施工及盾构施工影响范围内的地面沉降、盾构隧道结构净空收敛、拱顶沉降监测。

信息化施工，根据监测数据及分析结果，动态调整施工参数，采取针对性的技术措施、应急措施，或按照应急预案启动相关应急程序。

盾构下穿浅覆土河道风险管控措施；

(1)盾构下穿河道前风险管控措施：

①对地面周边进行详细的探查，确保施工安全。

②加强对河流河岸周边的施工监测，在点位方面，在河道两侧河岸加密两个断面，每个断面5个测点，在河流与地面接壤处增加一个断面，2个轴线测点，总增加22个测点；在频次方面，由一天一次增加为一天两次处理。

③为确保盾构机顺利穿越河流，穿越前对盾构施工的机械、电气设备等进行检修，尤其是重点检查盾尾密封、铰接处的密封止水效果，确保盾构机工作状态良好。

④优化浆液配比，合理设定注浆量。

(2)盾构下穿河道过程中风险管控措施：

①掘进过程中，保持盾构平稳掘进，参数调整不宜过大，避免土体扰动较大；

②加强盾尾刷保护：在掘进过程中每环打150Kg盾尾油脂；

③在掘进施工过程中，应密切关注土压、总推力、刀盘扭矩等掘进参数。若发生异常，立即查明原因，不可带病作业施工。

④严格落实领导带班制度。现场带班人员要把保证安全生产作为第一责任，切实掌握当班的安全生产状况，加强对重点部位、关键环节的检查巡视，排查隐患。

⑤加强现场巡检。安排固定人员，24小时不间断对河面进行巡视，出现异常情况第一时间上报，监控室值班人员通过项目监控电话，根据实际调整盾构掘进参数和启动应急。

(3)盾构下穿河道后风险管控措施：

①做好定期巡检。安排专人，在盾构穿越河道完成后，对河面进行巡视，出现异常情况第一时间上报，针对实际情况采取相应的应急措施。

②加强二次注浆。盾构穿越河道后，及时加强二次注浆，确保管片壁后填充饱满，提升隧道防水能力，降低隧道上浮风险，保障隧道后期运营安全。

河道截流：为保证盾构安全、平稳、顺利下穿浅覆土河道，减小施工风险，采取河道截流措施，降低水位。

穿河段盾构掘进参数设定：土仓压力计算其他参数设定和其他参数设定；总推力，总推力是用来克服土仓反力和刀盘切削反力、盾构主机盾壳体与土体摩擦力、后配套台车牵引阻力等合力；通过理论计算，设定将推力控制在1300～1600T之间；

刀盘扭矩，刀盘扭矩是刀盘旋转切削土体过程中，用来克服土体反力的，通过理论计算，施工中设定将刀盘扭矩控制在2200～2800KN·m；

同步注浆，严格按照设计要求采取质量合格的普通酸盐水泥砂浆作为同步注浆材料，针对淤泥质黏土地层下穿浅覆土河道，地下水较丰富状况，确保浆液初凝时间及防水效果，通过多梯度试验对同步注浆配合比进行筛选、优化，形成如下配合比：

同步注浆配合比表：

材料名称	水	沙子	膨润土	粉煤灰	水泥
						质量(Kg/m<sup>3</sup>)	460	850	90	430	150

工艺原理：

通过详细的地质勘探，结合设计概况对地质情况及河道状况进行详细调查，通过理论计算，为盾构下穿河道期间的参数设定提供理论基础保障；

针对盾构始发端，及时进行洞门封堵，施做止水环，较小盾构始发风险；

盾构下穿河道过程中，严格控制盾构掘进参数，尤其是土仓压力，必须以理论计算作为依据，严防河底击穿风险；

盾构下穿河道过程中，严格控制同步注浆量，防止河底土体沉降；强化二次注浆，增强隧道防水，消除可能存在的汇水通道；优化浆液配合比，改善浆液初凝时间，防止在浅覆土穿河过程中出现管片上浮。

采取河道截流措施，降低水位，减小施工风险；

强化施工监测，尤其是河道及始发端头地表沉降监测，采取信息化施工，及时反馈；

穿越完成后，加强二次注浆，做好施工监测，及时疏通河道，恢复水位，降低隧道上浮风险，保证后期运营安全。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书极其等同物界定。

Claims (9)

1.一种黏性地质盾构始发段下穿浅覆土河道施工工法，其特征在于，包括施工工艺流程及操作要点；

所述施工工艺流程包括：

始发端头地层加固，安装始发基座，洞门密封；

盾构机、后配套台车吊装下井，组装调试；

安装反力架、拼装负环管片、洞门破除；

始发掘进、负荷调试；

盾尾通过洞门密封后进行回填注浆；

地质勘探、河道现状调查，采取河道截流措施；

理论计算设定掘进参数，同时做好应急准备；

穿河前，二次注浆施工做止水环，地表监测数据采集；

盾构掘进，严控掘进参数及注浆量，优化浆液配比；

加强施工监测，做好河道巡检，信息及时反馈；

加强二次注浆，施做止水环，做好沉降监测；

疏通河道，恢复河道水位；

穿河施工完成，进入后续正常掘进阶段。

2.根据权利要求1所述的一种黏性地质盾构始发段下穿浅覆土河道施工工法，其特征在于，所述操作要点包括施工准备、洞门密封安装、洞门封堵、下穿浅覆土河道施工、河道截流、穿河段盾构掘进参数设定。

3.根据权利要求2所述的一种黏性地质盾构始发段下穿浅覆土河道施工工法，其特征在于，所述施工准备包括地质勘探、实地走访、设沉降测点、机械、电气设备等进行检修和提前筹备好相关材料设备。

4.根据权利要求2所述的一种黏性地质盾构始发段下穿浅覆土河道施工工法，其特征在于，所述洞门密封安装包括安装前应测量安装螺孔的位置偏差，安装时压板螺栓应拧紧，需注意橡胶帘布及扇形压板的安装方向。

5.根据权利要求2所述的一种黏性地质盾构始发段下穿浅覆土河道施工工法，其特征在于，所述洞门封堵包括施做止水环，对零环注浆和洞门密封处的填充，注浆过程中应保持注浆连续不间断。

6.根据权利要求5所述的一种黏性地质盾构始发段下穿浅覆土河道施工工法，其特征在于，所述洞门封堵，效果不理想则采取洞内注双液浆对洞门密封处渗漏通道进行封堵。

7.根据权利要求2所述的一种黏性地质盾构始发段下穿浅覆土河道施工工法，其特征在于，所述下穿浅覆土河道施工包括盾构下穿浅覆土河道施工技术措施和盾构下穿浅覆土河道风险管控措施。

8.根据权利要求7所述的一种黏性地质盾构始发段下穿浅覆土河道施工工法，其特征在于，所述盾构下穿浅覆土河道施工技术措施包括盾构掘进技术措施、管片拼装技术措施、壁后注浆技术措施和监控量测技术措施。

9.根据权利要求7所述的一种黏性地质盾构始发段下穿浅覆土河道施工工法，其特征在于，所述盾构下穿浅覆土河道风险管控措施包括盾构下穿河道前风险管控措施、盾构下穿河道过程中风险管控措施、盾构下穿河道后风险管控措施。

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