CN101975067B - 小断面泥水盾构粉细砂层接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明的小断面泥水盾构粉细砂层接收方法，包括以下步骤：技术准备；洞口预埋注浆管；安装帘布橡胶板及压板；施作临时洞门；接收设施安设；回填砂和回灌水；盾构到达前测定姿态；管片加固；盾构推进、拼装管片以及洞内回灌砂浆。该方法可操作性强，具有良好的社会经济效益。

Description

小断面泥水盾构粉细砂层接收方法

技术领域

本发明涉及小断面泥水盾构粉细砂层接收方法。

背景技术

随着城市轨道交通建设的不断深入，盾构技术在地下工程领域的应用越来越广泛，同时地下管网和已建隧道越来越密集，盾构施工所面临的环境及地质条件也更复杂，盾构施工难度和风险越来越大。国内对隧道及复杂地下工程建设项目的风险防范与技术管理无论是理论研究还是实践应用都取得了长足的进步。

盾构进出洞是盾构法建造隧道的关键工序，该工序施工技术的优劣将直接影响到建成后隧道或管道的轴线质量、进出洞口处环境保护的成效及工程施工的成败。虽然泥水平衡盾构进出洞穿越在冻结技术方面取得突破的成功案例，不过这些大都主要应对一两个重难点或风险点。在遇到地质条件异常复杂、施工风险和技术难点极端集中的隧道工程，只有通过前期充分调研、现场模拟试验、施工方案经专家多次评估论证和优化，最后采用可靠的技术措施和组织措施才能确保施工的顺利完成。

盾构进出洞尤其在饱和性粉细砂层接收，极易出现涌水涌砂，出现大面积地面塌陷，造成极坏的社会影响。

发明内容

为了弥补上述缺陷，申请人在承建的川气东送安庆长江穿越隧道工程中针对该工程盾构穿越区隧道埋深大，底层富水以及穿越粉细砂，盾构接收位置距离长江大堤仅152m，而且盾构接收时间正处于长江汛期，一旦出现涌水涌砂和地面坍塌等事故，后果不堪设想。

为确保盾构接收安全，施工单位进行了科技创新，采用了水土平衡的方法，安全顺利的完成了盾构接收。该方法可操作性强，具有良好的社会经济效益。

在接收竖井衬砌时预留接收洞口，在上预埋注浆管连接到地面，布置密封等设施后用砖再砌门固定保护，然后进行接收设施布置，最后在井内填砂灌水，使接收竖井内水压大于周围地层水压。待盾构进入接收竖井后，通过预埋注浆管在地面用化学浆、双液浆、单液浆、多种浆液组合注浆技术进行注浆，加固贯通段管片与地层间的空隙，确认贯通段隧道结构牢固、地下水封堵良好后，清除接收竖井内的砂和水，进行盾构拆卸与吊出。

本发明的小断面泥水盾构粉细砂层接收方法，包括以下步骤：技术准备；洞口预埋注浆管；安装帘布橡胶板及压板；施作临时洞门；接收设施安设；回填砂和回灌水；盾构到达前测定姿态；管片加固；盾构推进、拼装管片以及洞内回灌砂浆。

进一步的，技术准备步骤包括凿除洞门范围内连续墙，待刀盘切入连续墙，用盾构刀盘仓探孔钻打穿连续墙，配合地质雷达扫描，从探孔和扫描信息中定出盾构的准确位置。

进一步的，洞口预埋注浆管步骤包括在预留洞门口边缘预埋三排环向注浆钢丝软管；在三排环向注浆钢丝软管接缝位置预埋两排环向注浆钢丝软管进行加强；环向注浆钢丝软管分别与伸出地面的注浆钢管连接，各环向钢丝软管之间以一定间隔排列；注浆钢管镶嵌在洞门二次衬砌混凝土内，采用膨胀螺栓固定，环向注浆钢丝软管一端采用接头封堵，另一端采用接头和注浆钢管连接；在环向注浆钢丝软管位置采用电钻钻孔，各孔梅花形布置。

进一步的，安装帘布橡胶板及压板步骤包括在二次衬砌混凝土中采用膨胀螺栓固定第一块环向钢板，再将螺杆焊接在膨胀螺栓上，然后安装帘布橡胶板，最后安装第二块环向钢板并用螺帽固定。

进一步的，接收设施安设步骤包括将刚性的原基座平台按接收要求在接收井内安装好，割除周围支撑钢筋，用素混凝土导台接收，在回填水、砂之前，将影响盾构作业范围的硬物全部拆除。

进一步的，回填砂和回灌水步骤包括在洞门内采用砂和米石混合充填，砂∶米石＝1∶1，其余地段采用砂回填使接收竖井底部回填一定厚度的砂。

进一步的，盾构到达前测定姿态步骤包括确定当前盾构位置和姿态，采用地质雷达探测盾构机距离洞门准确位置。

进一步的，管片加固步骤包括将位于贯通段内的管片拉紧，采用半圆弧钢板将位于贯通段内的相应环数的管片加固。

进一步的，盾构推进、拼装管片以及洞内回灌砂浆步骤包括盾构抵达连续墙后向前推进越过连续墙后停止排渣，通过盾构推力向前推进管片，直到盾尾全部进入竖井，盾构停止作业，完成最后一环管片拼装后及时施作拉紧装置；在掘进过程中，及时观测后部管片的变位情况，出现异常及时停止，并在该段及时注入双液浆回填封堵；在管片拼装过程中，每拼装1环管片，及时左右对称注入水泥浆封堵；管片拼装完成后，由接收井地面通过接收洞门预埋注浆管向洞口处注浆，首先注入水泥浆，再注入双液浆，在洞口周边形成有效的封堵面。

进一步的，从盾尾后两环开始将拖车底部钢板割两个方孔，并将管片注浆孔留出，顶部管片提前将注浆孔安设好。

进一步的，该方法在盾构推进、拼装管片以及洞内回灌砂浆步骤之后还包括以下步骤：注浆封堵；注浆封堵效果检查；清理竖井内水和砂；拆卸与吊出盾构；以及施作洞门、拆卸吊出后配套。

进一步的，注浆封堵步骤包括按照由里向外、先下后上的顺序进行环向注浆；接收井洞口段注浆完成后，再由隧道内在盾尾位置全断面注入双液浆，并在盾尾位置的最后三个管片位置全断面注入聚氨酯封堵。

进一步的，双液浆在管片注浆孔位置注浆，注入聚氨酯时先从管片注浆孔位置注入，再在管片上螺栓孔位置打孔，安装高压注浆管，然后对称同步注入聚氨酯，完成后再安装下道工序使用的高压注浆管，注入聚氨酯时要间歇式注入。

进一步的，注浆封堵效果检查步骤包括注浆完成后，分阶段抽排接收井内水位，观测水位上涨情况，发现水位变化异常或水位上升，及时回灌水，并在隧道内继续注入双液浆和聚氨酯封堵；检查满足要求后，将井外渗水通道全部封堵，然后开始排砂清渣。

进一步的，清理竖井内水和砂步骤包括利用盾构进排浆系统，置换竖井回填砂层；抽排竖井内水，发现水位变化异常或水位上升，及时回灌水，并在隧道内继续注入双液浆和聚氨酯封堵；砂清除后再对洞口位置观测，发现小的渗流通道及时使用聚氨酯再次封堵，并采用砖砌将洞门与管片之间的空隙封堵。

进一步的，凿除洞门范围内连续墙30cm，刀盘切入连续墙30cm。

进一步的，所述的三排环向注浆钢丝软管为单根长度5.6m的Ф25钢丝软管，所述的两排环向注浆钢丝软管为单根长度3m的Ф25钢丝软管，环向钢丝软管之间的排距为50cm，三排环向注浆钢丝软管钻孔长度5.6m，两排环向注浆钢丝软管钻孔长度3m。

进一步的，所述帘布橡胶板的外半径为1855mm，内半径为1300mm。

进一步的，素混凝土导台的高度h10为452mm，底面宽度h11为2500mm，圆弧段宽度h12为1980mm。

附图说明

图1为盾构接收工艺流程图；

图2为注浆管预埋详图；

图3为帘布橡胶板及临时洞门示意图；

图4为素混凝土导台示意图；

图5为盾构到达后的位置及接收段洞内管片拼装情况示意图；

图6为1号拖车底部钢板割孔位置示意图。

图中：1-10注浆钢丝软管；11-注浆钢管；12-地下连续墙；13-二次衬砌混凝土；14-盾构机；15-竖井底板；16-素混凝土导台；17-原基座平台；18-砖砌洞门；19-环向钢板；20-螺杆；21-膨胀螺栓；22-帘布橡胶板；23-螺帽；24-管片；25-管片内径；26-轨道；27-钢板割除方孔；28-托车前部

具体实施方式

一、技术准备

1、以保持井内井外水土压力平衡为依据，模拟盾构江下掘进时的情况进行填砂灌水设计，确保贯通时无涌水涌砂发生。

2、为使盾构顺利切削连续墙、减少盾构推进阻力，方便进行盾构位置确定，人工或用其他方式凿除洞门范围内连续墙，本领域技术人员可根据施工现场实际需要，以能达到盾构顺利切削、减少盾构推进阻力、方便进行盾构位置确定的目的为依据，确定连续墙的长度。本实施例中，连续墙长度为30cm。

3、待刀盘切入连续墙30cm，用盾构刀盘仓探孔钻(本实施例中，位于盾构中心正上方1040mm)打穿连续墙，配合地质雷达扫描，从探孔和扫描信息中定出盾构的准确位置。

4、同时将探出的钢筋全部人工清除，确保盾构外轮廓线10cm范围内无不明钢筋。

二、洞口预埋注浆管

其中，注浆管包括环向注浆钢丝软管和注浆钢管。为使盾构贯通后能够有效的封堵井外地下水进入竖井的通道，在回填砂之前，先在预留洞门口边缘预埋三排环向注浆钢丝软管1-6，环向注浆钢丝软管1-6的长度和直径可根据实际需要自行确定，本实施例选用单根长度5.6m的Ф25钢丝软管。在三排环向注浆钢丝软管接缝位置预埋两排环向注浆钢丝软管7-10进行加强，环向注浆钢丝软管7-10的长度和直径可根据实际需要自行确定，本实施例选用单根长度3m的Ф25钢丝软管。环向钢丝软管分别与伸出地面的注浆钢管11连接，注浆钢管的直径可根据实际需要自行确定，本实施例选用Ф32的注浆钢管。各环向钢丝软管之间以一定间隔排列，各环向钢丝软管之间的间距可根据实际需要自行确定，本实施例中环向钢丝软管排距为50cm。注浆花管镶嵌在洞门二次衬砌混凝土13内，采用8cm的膨胀螺栓固定。钢丝软管一头采用接头封堵，另一头采用接头和注浆钢管连接。

在钢丝软管位置采用电钻钻孔，本实施例中，三排环向注浆钢丝软管钻孔长度5.6m，两排环向注浆钢丝软管钻孔长度3m，孔径12mm，孔距10cm，梅花形布置；钢丝软管及其接头需通过地面试验要能承受4Mpa压力以上方可投入使用。见图2注浆管预埋详图，图中h1为1000mm，h2为300mm，h3为1200mm。

三、安装帘布橡胶板及压板

为确保洞口贯通段注浆效果，以探孔定出的盾构隧道中心，在二次衬砌混凝土预留洞口位置安装环向钢板19和帘布橡胶板22。

具体而言，安装洞门环向钢板时，第一块环向钢板19采用膨胀螺栓21固定在二次衬砌混凝土13中，再将24mm的螺杆20焊接在膨胀螺栓21上，然后安装帘布橡胶板22，再安装第二块环向钢板19并用螺帽23固定环向钢板。本实施例中，帘布橡胶板外半径1855mm，内半径1300mm，本领域技术人员也可根据实际工程需要确定帘布橡胶板的内、外半径。见图3帘布橡胶板及临时洞门示意图，图中h4为500mm，h5为3500mm；h6为200mm，h7为700mm，h8为4200mm，h9为900mm，R1为1750mm。

四、施作临时洞门

为避免浆液大量流入竖井内，在竖井外用砖砌筑洞门进行固定与保护。

帘布橡胶板安装完成后用砖砌筑的洞门18，见图3帘布橡胶板及临时洞门示意图。

五、接收设施安设

将刚性的原基座平台17按接收要求在接收井内安好，割除周围支撑钢筋，改成素混凝土导台16接收，见图4素混凝土导台示意图，图中示出了本实施例中素混凝土导台的具体结构参数，高度h10为452mm，底面宽度h11为2500mm，圆弧段宽度h12为1980mm。但是，素混凝土导台的具体结构参数不限于此，本领域技术人员可以根据盾构机的结构尺寸和实际工程需要自行确定。

为了避免因填砂、灌水造成盾构穿越连续墙、竖井无法观测盾构姿态，避免盾构因硬物阻挡，在回填水、砂之前，将影响盾构作业范围的硬物全部拆除。

六、回填砂和回灌水

为使注双液浆和聚氨酯达到封堵效果，洞门内采用砂和米石混合充填，砂∶米石＝1∶1，以增大地层浆液渗入量，提高注浆后该段的强度。其余地段采用砂回填使接收竖井底部回填够一定厚度的砂，本领域技术人员可以根据实际工程需要确定合适的回填砂的厚度。

监测地下水位，保证井内水位大于地下水位。

七、盾构到达前测定姿态

为确保盾构能顺利接收，避免出现盾构偏离洞门位置，需测量人员确定目前盾构位置和姿态，同时采用地质雷达探测盾构机距离洞门准确位置。

八、管片加固

1、将位于贯通段内的管片拉紧，拉紧管片的环数可以根据隧道长度和水土压力确定。

2、采用半圆弧钢板将位于贯通段内的相应环数的管片加固，半圆弧钢板与螺栓位置焊接。加固管片的环数可以根据隧道长度和水土压力确定，钢板的厚度以及宽度也可以根据实际工程需要确定。

九、盾构推进、拼装管片以及洞内回灌砂浆

(1)盾构抵达连续墙即进入接收段，向前推进越过连续墙后停止排渣，然后通过盾构推力向前推进管片，直到盾尾全部进入竖井，盾构停止作业，完成最后一环管片拼装后及时施作拉紧装置。见图5盾构到达后的位置及接收段洞内管片拼装情况示意图，图中编号(5)-(17)为管片编号。

在此掘进过程中，及时观测后部管片的变位情况，出现异常及时停止，并在该段及时注入双液浆回填封堵。

在管片拼装过程中做到每拼装1环管片，及时左右对称注入水泥浆封堵，注浆孔内安装两个止浆阀。注浆时向浆液掺如少量的速凝剂，加快浆液的凝固时间，凝固时间控制在4～6小时，每环注浆量控制在2m³为宜。注完浆拔除注浆管头后，因浆液还未凝固，在注浆孔位置采用填堵漏灵封堵，并及时安装堵手孔盖。

因隧道底部注浆受1号拖车底部钢板影响，为确保底部封堵效果，从盾尾后两环开始将1号拖车底部钢板割两个1.5m×30cm的方孔27，并将管片注浆孔留出，顶部管片提前将注浆孔安设好。见图61号拖车底部钢板割孔位置示意图。

(2)管片拼装完成后，由接收井地面通过接收洞门预埋注浆管向洞口处注浆，首先注入水泥浆，再注入双液浆，在洞口周边形成有效的封堵面。

十、注浆封堵

环向注浆顺序按由里向外，先下后上的原则进行，其顺序为：1→2→3→4→5→6→7→9→8→10(见图2)

每根管注水泥浆不小于1.0m³，双液浆不小于1.5m³为宜，双液浆凝结时间60s。

接收井洞口段注浆完成后，再由隧道内在盾尾位置，即在管片(12)、管片(13)、管片(14)、管片(15)位置全断面注双液浆，并在管片(13)、管片(14)、管片(15)位置全断面注聚氨酯封堵。

双液浆可在管片注浆孔位置注浆，但注聚氨酯时要先从注浆管片注浆孔位置注入，再利用电镐在管片上环打孔(在螺栓孔位置打孔)，安装高压注浆管，然后利用2台注酯机对称同步注酯，完成后再安装下道工序用的高压注浆管，注酯时要间歇式注入，使其充分膨胀。

如果遇到拖车底板挡住了底部注浆位置，可在该位置将拖车底板割除。

十一、注浆封堵效果检查

注浆完成后，分阶段抽排接收井内水位(水位要低于当时的地下水位4m)，观测水位上涨情况，发现水位变化异常或水位上升，及时回灌水，并在隧道内继续注双液浆和聚氨酯封堵。检查满足要求后，将井外渗水通道全部封堵，然后开始排砂清碴。

十二、清理竖井内水和砂

利用盾构进排浆系统，置换竖井回填砂层，在排砂清碴过程中保证竖井内水位不变；

抽排竖井内水，严格控制抽水速度、阶段性停止排水并全程观测水位变化情况，发现水位变化异常或水位上升，及时回灌水，并在隧道内继续注双液浆和聚氨酯封堵，达到注浆效果后方可继续排水。

盾构排不干净的砂，待水位下降后人工清除，人工清砂时要对称、高差不大于0.5m，同时准备污水泵抽排接收井内下挖中的积水。

砂清除后再对洞口位置观测，发现小的渗流通道及时使用聚氨酯再次封堵；并采用砖砌将洞门与管片之间的空隙封堵。

十三、拆卸与吊出盾构

拆卸盾构并吊出，后配套暂不拆除。

十四、施作洞门、拆卸吊出后配套

洞门按设计要求施作完成，完成洞门后拆卸后配套并吊出。

虽然上面已经参考附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以理解，在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对本发明作出各种不同的修改和变化。因此，应该理解上述的实施例不是限制，而是各个方面的举例说明。

Claims (18)

1.小断面泥水盾构粉细砂层接收方法，包括以下步骤：

技术准备；

洞口预埋注浆管；

安装帘布橡胶板及压板；

施作临时洞门；

接收设施安设；

回填砂和回灌水；

盾构到达前测定姿态；

管片加固；以及

盾构推进、拼装管片以及洞内回灌砂浆。

2.根据权利要求1所述的小断面泥水盾构粉细砂层接收方法，其中技术准备步骤，包括凿除洞门范围内连续墙，待刀盘切入连续墙，用盾构刀盘仓探孔钻打穿连续墙，配合地质雷达扫描，从探孔和扫描信息中定出盾构的准确位置。

3.根据权利要求1所述的小断面泥水盾构粉细砂层接收方法，其中洞口预埋注浆管步骤包括在预留洞门口边缘预埋三排环向注浆钢丝软管；在三排环向注浆钢丝软管接缝位置预埋两排环向注浆钢丝软管进行加强；环向注浆钢丝软管分别与伸出地面的注浆钢管连接，各环向钢丝软管之间以一定间隔排列；注浆钢管镶嵌在洞门二次衬砌混凝土内，采用膨胀螺栓固定，环向注浆钢丝软管一端采用接头封堵，另一端采用接头和注浆钢管连接；在环向注浆钢丝软管位置采用电钻钻孔，各孔梅花形布置。

4.根据权利要求1所述的小断面泥水盾构粉细砂层接收方法，其中安装帘布橡胶板及压板步骤包括在二次衬砌混凝土中采用膨胀螺栓固定第一块环向钢板，再将螺杆焊接在膨胀螺栓上，然后安装帘布橡胶板，最后安装第二块环向钢板并用螺帽固定。

5.根据权利要求1所述的小断面泥水盾构粉细砂层接收方法，其中接收设施安设步骤包括将刚性的原基座平台按接收要求在接收井内安装好，割除周围支撑钢筋，用素混凝土导台接收，在回填水、砂之前，将影响盾构作业范围的硬物全部拆除。

6.根据权利要求1所述的小断面泥水盾构粉细砂层接收方法，其中盾构到达前测定姿态步骤包括确定当前盾构位置和姿态，采用地质雷达探测盾构机距离洞门准确位置。

7.根据权利要求1所述的小断面泥水盾构粉细砂层接收方法，其中管片加固步骤包括将位于贯通段内的管片拉紧，采用半圆弧钢板将位于贯通段内的相应环数的管片加固。

8.根据权利要求1所述的小断面泥水盾构粉细砂层接收方法，其中盾构推进、拼装管片以及洞内回灌砂浆步骤包括盾构抵达连续墙后向前推进越过连续墙后停止排渣，通过盾构推力向前推进管片，直到盾尾全部进入竖井，盾构停止作业，完成最后一环管片拼装后及时施作拉紧装置；在掘进过程中，及时观测后部管片的变位情况，出现异常及时停止，并在该段及时注入双液浆回填封堵；在管片拼装过程中，每拼装1环管片，及时左右对称注入水泥浆封堵；管片拼装完成后，由接收井地面通过接收洞门预埋注浆管向洞口处注浆，首先注入水泥浆，再注入双液浆，在洞口周边形成有效的封堵面。

9.根据权利要求8所述的小断面泥水盾构粉细砂层接收方法，其中从盾尾后两环开始将拖车底部钢板割两个方孔，并将管片注浆孔留出，顶部管片提前将注浆孔安设好。

10.根据权利要求1所述的小断面泥水盾构粉细砂层接收方法，其中在盾构推进、拼装管片以及洞内回灌砂浆步骤之后还包括以下步骤：

注浆封堵；

注浆封堵效果检查；

清理竖井内水和砂；

拆卸与吊出盾构；以及

施作洞门、拆卸吊出后配套。

11.根据权利要求10所述的小断面泥水盾构粉细砂层接收方法，其中注浆封堵步骤包括按照由里向外、先下后上的顺序进行环向注浆；接收井洞口段注浆完成后，再由隧道内在盾尾位置全断面注入双液浆，并在盾尾位置的最后三个管片位置全断面注入聚氨酯封堵。

12.根据权利要求11所述的小断面泥水盾构粉细砂层接收方法，其中双液浆在管片注浆孔位置注浆，注入聚氨酯时先从管片注浆孔位置注入，再在管片上螺栓孔位置打孔，安装高压注浆管，然后对称同步注入聚氨酯，完成后再安装下道工序使用的高压注浆管，注入聚氨酯时要间歇式注入。

13.根据权利要求10所述的小断面泥水盾构粉细砂层接收方法，其中注浆封堵效果检查步骤包括注浆完成后，分阶段抽排接收井内水位，观测水位上涨情况，发现水位变化异常或水位上升，及时回灌水，并在隧道内继续注入双液浆和聚氨酯封堵；检查满足要求后，将井外渗水通道全部封堵，然后开始排砂清渣。

14.根据权利要求10所述的小断面泥水盾构粉细砂层接收方法，其中清理竖井内水和砂步骤包括利用盾构进排浆系统，置换竖井回填砂层；抽排竖井内水，发现水位变化异常或水位上升，及时回灌水，并在隧道内继续注入双液浆和聚氨酯封堵；砂清除后再对洞口位置观测，发现小的渗流通道及时使用聚氨酯再次封堵，并采用砖砌将洞门与管片之间的空隙封堵。

15.根据权利要求2所述的小断面泥水盾构粉细砂层接收方法，其特征在于：凿除洞门范围内连续墙30cm，刀盘切入连续墙30cm。

16.根据权利要求3所述的小断面泥水盾构粉细砂层接收方法，其中所述的三排环向注浆钢丝软管为单根长度5.6m的Φ25钢丝软管，所述的两排环向注浆钢丝软管为单根长度3m的Φ25钢丝软管，环向钢丝软管之间的排距为50cm，三排环向注浆钢丝软管钻孔长度5.6m，两排环向注浆钢丝软管钻孔长度3m。

17.根据权利要求4所述的小断面泥水盾构粉细砂层接收方法，其中所述帘布橡胶板的外半径为1855mm，内半径为1300mm。

18.根据权利要求5所述的小断面泥水盾构粉细砂层接收方法，其中素混凝土导台的高度(h10)为452mm，底面宽度(h11)为2500mm，圆弧段宽度(h12)为1980mm。

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