CN114017037A - 一种盾构近距离穿越市政桥区的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构近距离穿越市政桥区的施工方法，包括步骤：勘察盾构穿越市政桥区工程概况；盾构机选型及检测评估；进行试验段掘进确定穿越过程的总体掘进参数；对进行穿越市政桥区实施保护；盾构下穿市政桥区掘进过程控制；穿越过程中盾构机注浆和渣土改良；施工过程监测及预警***。掘进过程中进行全方位精准控制和沉降监测预警。施工过程中既未影响穿越区域地面正常交通运行，也保证了盾构近距离穿越市政桥区所产生的沉降在合理范围内，施工过程安全。本方法通过施工步序和施工体系的创新，降低了工程风险，提高施工过程的安全稳定性，对于不同复杂环境下的类似工程具有较大参考价值。

Description

一种盾构近距离穿越市政桥区的施工方法

技术领域

本发明涉及一种盾构隧道施工技术，尤其涉及一种盾构近距离穿越市政桥区的施工方法。

背景技术

随着城市规模和基础设施的不断完善，新建地下轨道交通线路不可避免穿越市政桥区等建筑。盾构工法因机械化程度高、掘进速度快以及对周围地层扰动性较小等特点被广泛应用于地下交通轨道建设。盾构近距离穿越市政桥区属于施工过程重大风险源之一，如果施工不当则极易引起地面沉降和地上建筑物沉降异常，甚至会影响市民出行及生命安全。

现有技术中：

专利CN 102817378 B提供了一种超大直径盾构隧道近距离穿越城市高架桩基的施工方法，通过盾构的穿桩试验，选取桩间土体进行“口”字形加固。其方法针对于直径为14～17m的盾构机，对于一般工程所用直径小于14m的盾构机，此方法成本过高、工程量过大；且对于兼有下穿和侧穿等复杂市政桥区也不适用。

专利CN 104453918 B提供了一种富水砂卵石地层盾构近距离下穿刚性桥梁的施工方法。通过对桥台注浆预加固和盾构技术措施保障完成穿越任务。此方法对于复杂环境的适应性也较低，且缺乏对于整体施工的安全监测，***性尚不完善，对于环境复杂下的市政桥区也不适用。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供了一种盾构近距离穿越市政桥区的施工方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的盾构近距离穿越市政桥区的施工方法，包括步骤：

S1：勘察盾构穿越市政桥区工程概况；

S2：盾构机选型及检测评估；

S3：进行试验段掘进确定穿越过程的总体掘进参数；

S4：对进行穿越市政桥区实施保护；

S5：盾构下穿市政桥区掘进过程控制；

S6：穿越过程中盾构机注浆和渣土改良；

S7：施工过程监测及预警***。

与现有技术相比，本发明所提供的盾构近距离穿越市政桥区的施工方法，通过查勘实际工程概况，进行盾构机选型与评估，在试验段确定掘进总体参数，并对所穿越市政桥区地面注浆加固和盾构区间隧道与桥桩间的土体径向注浆加固，掘进过程中进行全方位精准控制和沉降监测预警。施工过程中既未影响穿越区域地面正常交通运行，也保证了盾构近距离穿越市政桥区所产生的沉降在合理范围内，施工过程安全。本方法通过施工步序和施工体系的创新，降低了工程风险，提高施工过程的安全稳定性，对于不同复杂环境下的类似工程具有较大参考价值。

附图说明

图1为本发明实施例盾构近距离穿越市政桥区线路示意图；

图2为本发明实施例桥桩地面深孔注浆加固示意图；

图3a、图3b分别为本发明实施例盾构区间左线和右线隧道与桥桩间的土体径向注浆加固示意图；

图4为本发明实施例盾构近距离穿越市政桥区施工方法流程图。

图中：

1-C匝道、2-4#匝道桥、3-盾构掘进左线、4-D匝道桥、5-盾构掘进右线、6-B主线桥、7-A主线桥；

11-桥桩底线、12-注浆加固范围、13-桥桩；

21-左线隧道管片、22-右线隧道管片、23-注浆管、24-注浆加固范围。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：

术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，X和/或Y表示既包括“X”或“Y”的情况也包括“X和Y”的三种情况。

术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。

术语“由……组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。

除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。

术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是明示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本文的限制。

本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明的盾构近距离穿越市政桥区的施工方法，包括步骤：

S1：勘察盾构穿越市政桥区工程概况；

S2：盾构机选型及检测评估；

S3：进行试验段掘进确定穿越过程的总体掘进参数；

S4：对进行穿越市政桥区实施保护；

S5：盾构下穿市政桥区掘进过程控制；

S6：穿越过程中盾构机注浆和渣土改良；

S7：施工过程监测及预警***。

所述步骤S1中：

盾构穿越市政桥区工程概况包括：穿越区域地层工程地质及水文条件、穿越区域内桥梁的结构形式、穿越区域周边管线情况以及对相关桥梁检测评估定级。

所述步骤S2中：

盾构机选型满足在该地层环境条件下掘进、土仓压力能够及时显示和预警、刀盘开口率良好、同步注浆***稳定可靠，以及具备高精度的盾构机导向测量***；

在掘进前对盾构机进行全面检测评估，确保刀具、注浆***、传感器以及盾尾刷设备完好，使盾构机在良好的状态下穿越目标区域。

所述步骤S3中：

试验段为盾构在下穿区间前左右线各设置50m风险穿越工程试验段，试验段盾构掘进完全按照下穿目标市政桥区进行控制，试验段盾构掘进时应按照地面沉降监测数据，调整并确定掘进参数及盾尾同步注浆参数，试验壁后注浆孔径向注浆的地层变形控制效果；

掘进试验段按下穿目标市政桥区专项措施完成注浆试验。

所述步骤S4中：

所述实施保护为穿越区域桥桩进行地面深孔注浆加固和对盾构区间隧道与桥桩间的土体径向注浆加固及采取临时支顶应急措施。

所述步骤S5中：

盾构下穿市政桥区掘进过程的控制措施包括土仓压力平衡控制和掘进过程方向姿态控制；

掘进过程土仓压力平衡控制：要始终保证土仓压力与穿越区间作业面水土压力的动态平衡，同时利用螺旋输送机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。

所述步骤S6中：

除常规两侧布置的4用4备注浆管外，在盾尾上方增加布置2根同步注浆管，针对于渗透性大的地层，及时充填管片与地层的间隙，减小沉降；

在渣土***中使用泡沫剂和膨润土泥浆。

所述步骤S7中：

对地层情况观察、地表隆陷、隧道位移、地面建筑、盾构机姿态和管片姿态监测；

地层情况观察随盾构推进过程进行现场观察及地质描述；

地表隆陷、隧道位移监测每10～30m一个断面，使用精密水准仪和铟钢尺进行查勘；

地面建筑监测每10～50m一个断面，每个断面7～11个测点，使用水准仪和铟钢尺进行查勘；

盾构机姿态采取导向***实时观测并10～15环进行一次复测，管片姿态监测每5～10环进行一次复测；

预警***为黄色、橙色、和红色三级预警***，其中预警值取控制值的60％，警戒值取控制值得80％。

综上可见，本发明实施例的盾构近距离穿越市政桥区的施工方法，对于现阶段工程实际问题和复杂环境下的施工条件，在经验总结和现场试验基础上，通过施工步序和施工体系的创新，降低了工程风险，提高了施工过程的安全稳定性，对于不同复杂环境下的类似工程具有较大参考价值。

为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的进行详细描述。

如图1至图4所示，试验段应主要控制以下4个方面：

(1)掘进施工参数应根据工程水文地质情况做出包括掘进模式、土仓压力、总推力、掘进速度、刀盘转速、贯入量以及渣土改良方法、渣土管理等参数的调整和确定，盾构下穿目标市政桥区过程中不得随意更改相应掘进参数。

(2)通过壁后注浆孔向周边地层径向注浆，注浆浆液采用水泥和水玻璃双液浆，可根据地层条件添加调节浆液凝结时间和可注性的外加剂，深孔止水注浆后的土体应满足相关设计要求。试验段深孔注浆需确定合理的浆液配比、注浆压力等指标。

(3)在试验段掘进施工期间结合地面沉降监测数据反馈信息及实际施工情况进行总结分析，对掘进参数进行动态管理，在试验段施工过程中对掘进参数进行不断的优化。

(4)施工管理控制，应加强各种常规设备的管理、检修，保证不因为设备故障停机。加强工序管理，尽量使管片安装时间缩短，减少非掘进时间，注意监测数据突变的工况。

在S4步骤中：

所述实施保护为穿越区域桥桩进行地面深孔注浆加固和对盾构区间隧道与桥桩间的土体径向注浆加固及采取临时支顶应急措施。

所述地面深孔注浆加固为通过注浆管将桥桩底部以上4～5m，桥桩以下3m，桥桩周围3～4m范围内进行注浆加固。

所述盾构区间隧道与桥桩间的土体径向注浆加固范围为盾构开挖面距桥桩前后范围不低于6.4m。

所述支顶应急措施为在穿越之前对桥梁支座位置采取临时支顶，保证出现意外时，有相应的应急安全措施。

掘进过程方向姿态控制：

(1)采用自动导向***和人工测量辅助进行盾构姿态监测，利用该***提供的导向、自动定位、掘进程序软件，全天候在盾构机主控室动态显示盾构机当前位置与隧道设计轴线的偏差以及趋势；据此调整控制盾构机掘进方向，使其始终保持在允许的偏差范围内。

(2)采用分区操作盾构机的推进油缸控制盾构掘进方向，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。

通过查勘实际工程概况，进行盾构机选型与评估，通过试验段确定掘进参数，并对所穿越市政桥区地面注浆加固和盾构区间隧道与桥桩间的土体径向注浆加固，掘进过程中进行全方位精准控制和沉降监测预警，提升施工过程***完整性，既未影响穿越区域地面正常交通运行，也保证了盾构近距离穿越市政桥区所产生的沉降在合理范围内，施工过程顺利进行。

实施例1

1.通过查勘获取该穿越区域地层工程地质及水文条件、穿越区域内桥梁的结构形式、穿越区域周边管线情况以及对相关桥梁检测评估定级。穿越区域地层主要为黏土⑥1层、粉质黏土⑥层、黏质粉土砂质粉土⑥2层、粉细砂⑥4层、卵石⑦层，位于地下水位以上；周边下穿管线众多，主要有D1050污水管、D1600雨水管、D2200雨水管、D500燃气管(2根)、D600上水管等。区间结构距管线垂直距离约18～27m。穿越区域内主要有A主线桥、B主线桥、4#匝道桥、C匝道桥和D匝道桥，盾构穿越市政桥区示意图如图1所示。经检测评估，A主线桥和4#匝道桥评定等级为A级，状态完好，B主线桥和C匝道桥评定等级为B级，状态良好，D匝道桥评定为D级，处于不合格状态。

2.根据该地质条件下盾构施工存在的特点与风险，盾构施工选择土压平衡盾构机，其满足土仓压力能够及时显示和预警、刀盘开口率良好、同步注浆***稳定可靠以及具备高精度的盾构机导向测量***等要求。

掘进前对盾构机全面检测评估，对盾构机同步注浆***、发泡***、土压平衡***及数据传输***、盾构油脂注入***、刀盘刀具以及后配套设施等全方位检测检修，确保盾构机以最佳状态进行穿越施工。

3.在盾构在下穿区间前左右线各设置50m风险穿越工程试验段，试验段盾构掘进完全按照下穿目标市政桥区进行控制，试验段盾构掘进时应按照地面沉降监测数据，调整并确定掘进参数及盾尾同步注浆参数，试验管片壁后注浆孔径向注浆的地层变形控制效果。掘进试验段按下穿目标市政桥区专项措施完成注浆试验。

通过试验段确定的掘进参数为：

推力：15000～25000kN(加固区＜20000KN)；

扭矩：3500～4500kNm；

刀盘转速：0.8～1.0rpm/min；

掘进速度：60～80mm/min(加固区30～50mm/min)；

排土量：45m³/环。

4.工程施工前需对桥桩桩底进行深孔注浆加固。地面深孔注浆施工前对注浆区域进行人工挖探，确认无误后进行施工，先加固外圈，形成封闭环，后加固内圈。注浆浆液采用水泥-水玻璃双液浆，水泥采用普通硅酸盐水泥，强度等级不低于42.5，水玻璃35Be，双液浆的配合比水泥浆：水玻璃浆1:1～1:0.6，并根据地层条件添加调节浆液凝结时间和可注性的外加剂。地面深孔注浆加固范围为桥桩底部以上4～5m，桥桩以下3m，桥桩周围3～4m，深孔注浆示意图如图2所示，注浆压力参数确定如下：

浆液扩散半径R＝500mm

注浆压力0.8～1mPa

注浆终压1mPa

盾构区间隧道与桥桩间的土体采取径向注浆加固，范围为盾构开挖面距桥桩前后各6.4m，径向注浆示意图如图3所示。采用煤矿用坑道钻机成孔，通过中空钻杆内注浆的方法进行后退式深孔注浆。叠落段利用移动台车平台进行洞内管片注浆加固技术。

临时支顶措施采取四柱千斤顶，在穿越区域范围内的支墩和支座周围采取预支顶，对下方基础进行验算，确保承载力满足设计要求。在掘进过程中全程进行监测，如发生沉降过大等意外情况，及时进行顶升。

5.盾构近距离穿越过程中要始终保证土仓压力与穿越区间作业面水土压力的动态平衡，同时利用螺旋输送机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。

同时要控制盾构机掘进方向的准确性，采用自动导向***和人工测量辅助进行盾构姿态监测，随着盾构推进导向***后视基准点需要前移，必须通过人工测量来进行精确定位。为保证下穿期间推进方向的准确可靠，每天进行一次人工测量，以校核自动导向***的测量数据并复核盾构机的位置、姿态，确保盾构掘进方向的正确。采用分区操作盾构机推进油缸控制盾构掘进方向，推进油缸按上、下、左、右分成四个组，每组油缸都有一个带行程测量和推力计算的推进油缸，根据需要调节各组油缸的推进力，控制掘进方向。

6.对注浆***进行改良，在盾尾上方增加布置2根同步注浆管，针对于渗透性大的地层，及时充填管片与地层的间隙，减小沉降。对渣土***进行改良，采用使用泡沫剂和膨润土泥浆。根据地层与掘进参数确定施工每环需加泡沫溶液的量为0.8m³～1.6m³，泡沫注入压力设定为0.28～0.37mPa，泥浆泵加泥压力设定为0.2～0.3mPa。

7.对地层情况、地表隆陷、隧道位移、地面建筑沉降、盾构机姿态和管片姿态进行监测，地层情况观察随盾构推进过程人工进行现场观察及地质描述；地表隆陷、隧道位移监测每10～30m一个断面，使用精密水准仪和铟钢尺进行查勘；地面建筑沉降监测每10～50m一个断面，每个断面7～11个测点，使用水准仪和铟钢尺进行查勘；盾构机姿态采取导向***实时观测并10～15环进行一次复测，管片姿态监测每5～10环进行一次复测。

实施三级预警管理，其中预警值取控制值的60％，警戒值取控制值得80％，管理办法如下：

(1)当实测值＜预警值时，正常施工；

(2)当预警值≤实测值＜警戒值时，加强监测、发出预警并及时报告；由施工单位组织，建设单位、监理单位、第三方监测单位、设计单位参加分析会，制定《预警处置方案》，并上报市政管理部门，施工单位立即组织实施，消除隐患，同时监理、施工和第三方监测单位加密监测和巡视频率，必要时应增加监测点，进行不间断实时监测。

(3)当实测值≥警戒值时，加强监测并发出警报。立即上报市政管理部门，调整盾构掘进参数，现场紧急排险，施工单位启动应急预案，施工单位组织分析会，建设单位项目负责人、施工单位项目经理、技术负责人及安全负责人、设计单位项目负责人、总监理工程师、第三方检测单位项目负责人和市政管理部门的相关负责人参加，并邀请专家参加，制定《预警处置方案》，并由施工单位立即组织实施，消除安全隐患，同时监理、施工和第三方监测单位加密监测和巡视频率，实施不间断的监测。

综上可见，本发明实施例通过勘察穿越区域工程概况，针对性进行盾构机选型，在试验段确定总体掘进参数，对穿越区域桥梁实施保护措施，通过穿越过程中盾构精准控制、改良和监测等措施，有效控制穿越过程中产生的沉降在合理范围内，保证了盾构穿越市政桥区的安全稳定性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种盾构近距离穿越市政桥区的施工方法，其特征在于，包括步骤：

S1：勘察盾构穿越市政桥区工程概况；

S2：盾构机选型及检测评估；

S3：进行试验段掘进确定穿越过程的总体掘进参数；

S4：对进行穿越市政桥区实施保护；

S5：盾构下穿市政桥区掘进过程控制；

S6：穿越过程中盾构机注浆和渣土改良；

S7：施工过程监测及预警***。

2.根据权利要求1所述的盾构近距离穿越市政桥区的施工方法，其特征在于，所述步骤S1中：

盾构穿越市政桥区工程概况包括：穿越区域地层工程地质及水文条件、穿越区域内桥梁的结构形式、穿越区域周边管线情况以及对相关桥梁检测评估定级。

3.根据权利要求1所述的盾构近距离穿越市政桥区的施工方法，其特征在于，所述步骤S2中：

盾构机选型满足在该地层环境条件下掘进、土仓压力能够及时显示和预警、刀盘开口率良好、同步注浆***稳定可靠，以及具备高精度的盾构机导向测量***；

在掘进前对盾构机进行全面检测评估，确保刀具、注浆***、传感器以及盾尾刷设备完好，使盾构机在良好的状态下穿越目标区域。

4.根据权利要求1所述的盾构近距离穿越市政桥区的施工方法，其特征在于，所述步骤S3中：

试验段为盾构在下穿区间前左右线各设置50m风险穿越工程试验段，试验段盾构掘进完全按照下穿目标市政桥区进行控制，试验段盾构掘进时应按照地面沉降监测数据，调整并确定掘进参数及盾尾同步注浆参数，试验壁后注浆孔径向注浆的地层变形控制效果；

掘进试验段按下穿目标市政桥区专项措施完成注浆试验。

5.根据权利要求1所述的盾构近距离穿越市政桥区的施工方法，其特征在于，所述步骤S4中：

所述实施保护为穿越区域桥桩进行地面深孔注浆加固和对盾构区间隧道与桥桩间的土体径向注浆加固及采取临时支顶应急措施。

6.根据权利要求1所述的盾构近距离穿越市政桥区的施工方法，其特征在于，所述步骤S5中：

盾构下穿市政桥区掘进过程的控制措施包括土仓压力平衡控制和掘进过程方向姿态控制；

掘进过程土仓压力平衡控制：要始终保证土仓压力与穿越区间作业面水土压力的动态平衡，同时利用螺旋输送机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。

7.根据权利要求1所述的盾构近距离穿越市政桥区的施工方法，其特征在于，所述步骤S6中：

除常规两侧布置的4用4备注浆管外，在盾尾上方增加布置2根同步注浆管，针对于渗透性大的地层，及时充填管片与地层的间隙，减小沉降；

在渣土***中使用泡沫剂和膨润土泥浆。

8.根据权利要求1所述的盾构近距离穿越市政桥区的施工方法，其特征在于，所述步骤S7中：

对地层情况观察、地表隆陷、隧道位移、地面建筑、盾构机姿态和管片姿态监测；

地层情况观察随盾构推进过程进行现场观察及地质描述；

地表隆陷、隧道位移监测每10～30m一个断面，使用精密水准仪和铟钢尺进行查勘；

地面建筑监测每10～50m一个断面，每个断面7～11个测点，使用水准仪和铟钢尺进行查勘；

盾构机姿态采取导向***实时观测并10～15环进行一次复测，管片姿态监测每5～10环进行一次复测；

预警***为黄色、橙色、和红色三级预警***，其中预警值取控制值的60％，警戒值取控制值得80％。

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