狹窄空間盾構機始發方法與流程

2023-05-14 04:36:01

本發明涉及一種隧道施工方法，特別地，涉及一種用於非常規條件下的狹窄空間盾構機始發方法。

背景技術：

盾構機始發是盾構施工風險最大的環節之一，防止出現坍塌、噴湧等事故是施工的重點。

盾構機常規始發方案為：始發井外地層採用外排旋噴樁加固、化學漿加固法、凍結法等。而端頭地層加固法、化學漿加固法往往加固效果不能達到預期效果，凍結法施工費用昂貴。如遇隧道埋深深、地下水壓力大的情況，常規的加固方式將不能夠滿足安全施工的要求。

某區域隧道軌道交通線路施工，施工位置端頭結構為盾構機始發的工作井，由於端頭地質條件複雜，上部為砂卵石地層，地面管線較多且遷改困難，無法進行地面加固，先期在工作井內採用水平加固也因為地下水充沛且壓力過大，導致無法達到加固要求，水平加固的方式也宣告失敗。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種能解決現有盾構始發施工位置在面對地址條件複雜的地段，無法進行豎直方向和水平方向的加固，從而產生施工風險的技術問題的狹窄空間盾構機始發方法。

為了解決上述技術問題，本發明提供的狹窄空間盾構機始發方法，包括以下步驟：a、始發洞門置換採用自下而上的分層置換方式，將原有地連牆以素土混凝土進行置換；延長始發洞門鋼環，以使盾構始發端頭加固達到預定效果，保證盾構機的順利始發；b、對盾構機進行檢查、維護和調試；c、依靠反力架和負環管片進行盾構始發。

具體地，步驟a中的分層置換，每層高度0.5m～1.5m；置換施工時預備應急物資，以防止地下富水區域出現坍塌。

具體地，步驟a中的延長始發洞門鋼環具體為：在始發洞門安裝用於延長洞門的鋼環，鋼環內側設置至少兩道密封鋼刷，同時在鋼環側邊預留注漿孔，以方便始發過程中注入油脂止水。

具體地，還包括始發洞門置換過程中的始發洞門的破除，具體為：採用人工配合機械破除每層0.5m～1.5m的內層地連牆混凝土，再割除內層的鋼筋；割除內層的鋼筋後再破除外層地連牆混凝土，然後再割除外層的鋼筋；保證鋼筋割除後與始發洞門的鋼環齊平；破除外層地連牆混凝土時，保證原有地連牆迎土面混凝土保護層的結構完整，以減少漏水和泥沙坍塌的產生機率。

具體地，始發洞門破除及鋼筋割除每完成一層，採用c25噴射素土混凝土置換一層；素土混凝土的置換厚度為1m～1.5m，以保證洞門的穩定性。

具體地，素土混凝土噴射過程中，在掌子面預留50pvc的洩水管，洩水管留設間距為0.8m～1.2m，以梅花形布置；在相鄰兩層置換層的搭接位置布設用於上下層素土混凝土之間連接的竹片，竹片的分布間距為0.3m～0.8m，竹片採用內外雙層布設。

具體地，在始發洞門置換前，採用袖閥管對始發洞門土體進行水玻璃漿液注漿，以進行止水，使地層含水量減小，從而保證始發門洞置換的施工正常進行；在始發門洞處採用型鋼支撐進行加固處理，以降低盾構機始發時產生的壓力對始發門洞及周邊土體的影響。

具體地，步驟b的具體實施步驟包括：對刀具及盾構機後配套進行維修；對正面滾刀、邊緣滾刀、中心雙刃滾刀、磨損嚴重的刮刀以及磨損嚴重的切刀進行檢查或更換；對刀座進行檢查，磨損嚴重的進行更換；對後配套臺車、電瓶車和龍門吊進行檢查維修，確保設備的完好。

具體地，步驟c的具體實施步驟為：開始安裝負環管片，邊安裝負環管片，盾構機邊向洞圈推進；為減少盾構始發時的推進阻力和避免刀盤上的刀頭損壞洞口密封裝置，在刀盤和洞口密封裝置上塗抹潤滑油以減小摩擦力。

具體地，盾構向始發洞門土體逐漸靠攏，使盾構機頭部切入土體，再經刀盤旋轉切削土體，充滿盾構機土倉，開始建立正面土壓力以平衡盾構正面土壓，確保土體的位移量降至最小值；盾構始發階段的施工參數根據多次模擬試驗預先確定，當盾構機整體進入洞圈後，通過負環管片的注漿孔均勻地向負環管片外部壓注水硬性漿液充填空隙，以防止漏漿；盾構始發推進時，觀察反力架以及反力架後方斜撐是否產生變形，以防止位移量過大而造成破壞；推進前，在盾構基座面上塗抹潤滑油，以減少盾構的推進阻力。

本發明具有以下有益效果：

本發明提供的狹窄空間盾構機始發方法，針對始發井端頭無法加固土體接收的高風險，直接對始發洞口進行結構置換，利用素土混凝土自下而上逐層置換原有地連牆，以達到加固的目的，從而降低、規避風險、確保始發施工安全。通過延長始發洞門鋼環，建立「盾外加盾」的密閉空間，在加固盾構始發端頭的同時延緩始發距離，始發前對盾構機進行檢查、維護和調試，盾構機調試完成後依靠反力架和負環管片進行盾構始發，使盾構始發儘量接近正常掘進狀態，對坍塌、噴湧等多因素疊加事故風險錯峰，從而保證盾構始發施工安全。無需對始發井外地層以及端頭地層進行額外的加固，可以減少始發井佔地面積，使其對周邊交通影響降到最小，可以實現在不需要周邊管線改移的情況下施工，減少投資、減少擾民，符合實情，經濟合理。適用於盾構機始發端頭井無法加固的情況下的施工。

除了上面所描述的目的、特徵和優點之外，本發明還有其它的目的、特徵和優點。下面將參照圖，對本發明作具體詳細的說明。

附圖說明

構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的具體理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1是本發明優選實施例的狹窄空間盾構機始發方法的步驟流程框圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以由下述所限定和覆蓋的多種不同方式實施。

圖1是本發明優選實施例的狹窄空間盾構機始發方法的步驟流程框圖。如圖1所示，本實施例的狹窄空間盾構機始發方法，包括以下步驟：a、始發洞門置換採用自下而上的分層置換方式，將原有地連牆以素土混凝土進行置換；延長始發洞門鋼環，以使盾構始發端頭加固達到預定效果，保證盾構機的順利始發；b、對盾構機進行檢查、維護和調試；c、依靠反力架和負環管片進行盾構始發。本發明狹窄空間盾構機始發方法，針對始發井端頭無法加固土體接收的高風險，直接對始發洞口進行結構置換，利用素土混凝土自下而上逐層置換原有地連牆，以達到加固的目的，從而降低、規避風險、確保始發施工安全。通過延長始發洞門鋼環，建立「盾外加盾」的密閉空間，在加固盾構始發端頭的同時延緩始發距離，始發前對盾構機進行檢查、維護和調試，盾構機調試完成後依靠反力架和負環管片進行盾構始發，使盾構始發儘量接近正常掘進狀態，對坍塌、噴湧等多因素疊加事故風險錯峰，從而保證盾構始發施工安全。無需對始發井外地層以及端頭地層進行額外的加固，可以減少始發井佔地面積，使其對周邊交通影響降到最小，可以實現在不需要周邊管線改移的情況下施工，減少投資、減少擾民，符合實情，經濟合理。適用於盾構機始發端頭井無法加固的情況下的施工。

本實施例中，步驟a中的分層置換，每層高度0.5m～1.5m。置換施工時預備應急物資，以防止地下富水區域出現坍塌。

本實施例中，步驟a中的延長始發洞門鋼環具體為：在始發洞門安裝用於延長洞門的鋼環，鋼環內側設置至少兩道密封鋼刷，同時在鋼環側邊預留注漿孔，以方便始發過程中注入油脂止水。

本實施例中，始發洞門置換過程中的始發洞門破除，具體為：採用人工配合機械破除每層0.5m～1.5m的內層地連牆混凝土，再割除內層的鋼筋。割除內層的鋼筋後再破除外層地連牆混凝土，然後再割除外層的鋼筋。保證鋼筋割除後與始發洞門的鋼環齊平。破除外層地連牆混凝土時，保證原有地連牆迎土面混凝土保護層的結構完整，以減少漏水和泥沙坍塌的產生機率。

本實施例中，始發洞門破除及鋼筋割除每完成一層，採用c25噴射素土混凝土置換一層。素土混凝土的置換厚度為1m～1.5m，以保證洞門的穩定性。

本實施例中，素土混凝土噴射過程中，在掌子面預留50pvc的洩水管，洩水管留設間距為0.8m～1.2m，以梅花形布置。在相鄰兩層置換層的搭接位置布設用於上下層素土混凝土之間連接的竹片，竹片的分布間距為0.3m～0.8m，竹片採用內外雙層布設。

本實施例中，在始發洞門置換前，採用袖閥管對始發洞門土體進行水玻璃漿液注漿，以進行止水，使地層含水量減小，從而保證始發門洞置換的施工正常進行。在始發門洞處採用型鋼支撐進行加固處理，以降低盾構機始發時產生的壓力對始發門洞及周邊土體的影響。

本實施例中，步驟b的具體實施步驟包括：對刀具及盾構機後配套進行維修。對正面滾刀、邊緣滾刀、中心雙刃滾刀、磨損嚴重的刮刀以及磨損嚴重的切刀進行檢查或更換。對刀座進行檢查，磨損嚴重的進行更換。對後配套臺車、電瓶車和龍門吊進行檢查維修，確保設備的完好。

本實施例中，步驟c的具體實施步驟為：開始安裝負環管片，邊安裝負環管片，盾構機邊向洞圈推進。為減少盾構始發時的推進阻力和避免刀盤上的刀頭損壞洞口密封裝置，在刀盤和洞口密封裝置上塗抹潤滑油以減小摩擦力。

本實施例中，盾構向始發洞門土體逐漸靠攏，使盾構機頭部切入土體，再經刀盤旋轉切削土體，充滿盾構機土倉，開始建立正面土壓力以平衡盾構正面土壓，確保土體的位移量降至最小值。盾構始發階段的施工參數根據多次模擬試驗預先確定，當盾構機整體進入洞圈後，通過負環管片的注漿孔均勻地向負環管片外部壓注水硬性漿液充填空隙，以防止漏漿。盾構始發推進時，觀察反力架以及反力架後方斜撐是否產生變形，以防止位移量過大而造成破壞。推進前，在盾構基座面上塗抹潤滑油，以減少盾構的推進阻力。

實施時，提供一種狹窄空間盾構機始發方法，具體實施步驟如下：

a、始發洞門置換

由於始發端頭加固未能達到預定效果，為保證盾構機的順利始發，採用延長始發洞門鋼環的方式進行盾構機的始發掘進，要對地連牆進行素混凝土置換。同時為保證始發洞門的穩定性，將素混凝土厚度增大到1.2m。

始發洞門置換時應當分層置換，每層高度1m，自下而上進行置換。端頭地下水豐富，始發洞門所處位置為砂卵石層，易出現坍塌事故，置換施工時應準備好足夠的沙袋、模板、方木等應急物資。

始發洞門破除時首先採用人工配合機械破除每層1m的內層地連牆混凝土，再割除內層鋼筋，割除鋼筋後再破除外層地連牆混凝土，再割除外層鋼筋，鋼筋割除必須與始發洞門鋼環齊平，破除外層地連牆混凝土時應儘量不損壞地連牆迎土面混凝土保護層，減少漏水和泥沙坍塌。

破除及鋼筋割除每完成一層，採用c25噴射混凝土置換一層。置換厚度為1.2m。在混凝土噴射過程中，在掌子面預留50pvc洩水管，洩水管留設間距1m，梅花型布置；同時在上下層搭接位置布設竹片用於上下層混凝土的連接，竹片間距0.5m，內外雙層布置。

左線施工始發洞門置換過程中，由於地層含水量較大，無法實現正常置換，故在始發洞門置換施工前，採用袖閥管對始發洞門土體進行水玻璃漿液注漿用於止水。注漿止水完成後再進行始發洞門置換施工，保證施工的安全性。

同時考慮右線始發時，可能始發壓力過大，對左線土體及始發洞門穩定及產生一定的影響。在始發洞門處採用型鋼支撐進行加固處理。

b、盾構始發

首先對刀具及盾構機後配套進行維修。刀具包括正面滾刀、邊緣滾刀、中心雙刃滾刀及磨損嚴重的刮刀、切刀進行更換。對刀座進行檢查，磨損嚴重的進行更換。並對後配套臺車及電瓶車、龍門吊等設備進行檢查維修，確保設備的完好。

在始發洞門安裝延長始發洞門鋼環，鋼環內側設置兩道密封鋼刷，同時在鋼環側邊預留注漿孔，方便始發過程中注入油脂止水。

盾構機調試完後，依靠反力架和負環管片進行盾構始發。開始安裝負環管片，邊安裝負環管片，盾構機邊向洞圈推進。為減少盾構始發時的推進阻力和避免刀盤上的刀頭損壞洞口密封裝置，在刀盤和洞口密封裝置上塗抹潤滑油以減小摩擦力。

盾構向始發洞門土體逐漸靠攏，使盾構機頭部切入土體，再經刀盤旋轉切削土體，充滿盾構機土倉，開始建立正面土壓力以平衡盾構正面土壓，確保土體的位移量降至最小值。盾構始發階段的施工參數根據多次試驗確定，當盾構機整體進入洞圈後，通過管片注漿孔均勻地向管片外部壓注水硬性漿液充填空隙，防止漏漿。推進時，注意觀察反力架和後面斜撐是否產生變形，防止位移量過大而造成破壞。為減少盾構的推進阻力，推進前，在盾構基座面上塗抹潤滑油。

c、反力架、支撐及預埋件

反力架及其支撐

盾構反力架由鋼環、後盾框及鋼支撐組成，鋼環寬50cm，鋼環精度要求：環面平整度5mm，使砼管片受力均勻；鋼環後部用56#二榀工字鋼製作後盾框，鋼環與後盾框之間焊接固定並用φ529mm鋼管支撐，盾構掘進時的後座反向力，通過鋼支撐傳遞至主體結構的底板和側牆上，鋼支撐焊接在預埋的鋼板或植筋鋼板上。

反力架的頂部及底部的斜撐：頂部各使用4根hw200×200鋼支撐均勻布置加固，斜撐將反力架的受力傳至中板；底部各使用4根hw250×250鋼支撐亦均勻布置加固，斜撐將反力架的受力傳至底板。

在鋼支撐與混凝土板或梁接觸的接觸面適當處理，進行焊接鋼板。首先在對應的位置上鑿除混凝土保護層，使鋼板焊接在結構鋼筋上，鋼板厚度為15mm，尺寸必須大於支撐體面。需要在底板上處理的部位包括：反力架底部、斜撐等部位。具體位置在實施時現場確定。

d、地表沉降監測

(1)地表沉降監測

①監測實施方法

基點埋設：基點應埋設在沉降影響範圍以外的穩定區域，並且應埋設在視野開闊、通視條件較好的地方；基點數量根據需要設置，基點要牢固可靠。

沉降測點埋設：用衝擊鑽在地表鑽孔，然後放入長200mm～300mm，直徑20mm～30mm的圓頭鋼筋，四周用水泥砂漿填實。

測量方法：觀測方法採用精密水準測量方法。基點和附近水準點聯測取得初始高程。觀測時各項限差宜嚴格控制，每測點讀數高差不宜超過0.3mm，對不在水準路線上的觀測點，一個測站不宜超過3個，超過時應重讀後視點讀數，以作核對。首次觀測應對測點進行連續兩次觀測，兩次高程之差應小於±1.0mm，取平均值作為初始值。

沉降值計算：在條件許可的情況下，儘可能的布設導線網，以便進行平差處理，提高觀測精度，然後按照測站進行平差，求得各點高程。施工前，由基點通過水準測量測出隆陷觀測點的初始高程h0，在施工過程中測出的高程為hn。則高差△h＝hn-h0即為沉降值。

②數據分析與處理

地表沉降量測隨施工進度進行，根據開挖部位、步驟及時監測，並將各沉降測點沉降值繪製成沉降變化曲線圖、沉降變化速度圖、加速度曲線圖。

e、地表裂縫觀測

地表裂縫狀況的監測通常作為地鐵明挖、盾構施工影響程度的重要依據之一。採用直接觀測的方法，將裂縫進行編號並劃出測讀位置，必要時可用鋼尺測讀。監測數量和位置根據現場情況確定。

f、地表建築沉降、傾斜及裂縫監測

(1)建築物沉降監測

①監測實施方法

測點埋設：在地表下沉的縱向和橫向影響範圍內的建築物應進行建築物下沉及傾斜監測，基點的埋設同地表沉降觀測。沉降測點埋設，用衝擊鑽在建築物的基礎或牆上鑽孔，然後放入長直徑20mm～30mm的半圓頭彎曲鋼筋，四周用水泥砂漿填實。測點的埋設高度應方便觀測，對測點應採取保護措施，避免在施工過程中受到破壞。每幢建築物上一般布置4個觀測點，特別重要的建築物布置6個測點。

測量方法：與地表沉降觀測相同。

沉降計算：與地表沉降觀測相同。

②數據分析與處理

採用比較法、作圖法和數學、物理模型，分析各監測物理量值大小、變化規律、發展趨勢，以便對工程的安全狀態和應採取的措施進行評估、決策。

繪製時間位移曲線散點圖和距離位移曲線散點圖。如果位移的變化隨時間而漸趨穩定，說明圍巖處於穩定狀態，支護系統是有效、可靠的。反常曲線中，如果出現了反彎點，這說明位移出現反常的急劇增長現象，表明圍巖和支護已呈不穩定狀態，應立即相應的工程措施。

在取得足夠的數據後，還應根據散點圖的數據分布狀況，選擇合適的函數，對監測結果進行回歸分析，以預測該測點可能出現的最大位移值，預測結構和建築物的安全狀況。

(2)建築物裂縫觀測

建築物的沉降和傾斜必然導致結構構件的應力調整而產生裂縫，裂縫開展狀況的監測通常作為施工影響程度的重要依據之一。通常採用直接觀測的方法，將裂縫進行編號並劃出測讀位置，觀測裂縫的發生發展過程。必要時通過裂縫觀測儀進行裂縫寬度測讀。監測數量和位置根據現場情況確定。

g、監測頻率及標準

施工監控量測值控制標準表

根據上述的監測管理基準，可選擇監測頻率：一般在ⅲ級管理階段監測頻率適當放大一些；在ⅱ級管理階段則注意加密監測次數；在ⅰ級管理階段則密切關注，加強監測，監測頻率可達到1-2次/天或更多。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。