軟硬不均地層盾構隧道施工超前支護方法與流程

2023-05-13 15:40:01 2

本發明屬於地下工程隧道施工技術領域，尤其是涉及一種軟硬不均地層盾構隧道施工超前支護方法。

背景技術：

近年來，我國城市軌道交通得到了迅速發展，在進行城市地鐵隧道施工過程中，通常採用盾構機進行隧道掘進。在盾構施工過程中，當施工地段為軟硬不均地層時，由於地層軟硬不均造成盾構姿態控制困難，易發生機頭上揚，造成刀口折斷以及較大的地表變形，直接威脅到施工人員和機械設備的安全，同時嚴重影響施工進度。隨著越來越多的盾構隧道施工，在軟硬不均地層施工的情況越來越多，如何有效的解決已成為至關重要的問題。

目前，對於軟硬不均盾構隧道的掘進，大多採用旋噴樁加固土體，也有通過渣土改良和控制推力，以達到控制盾構機機頭上揚及地表變形過大等問題，雖然旋噴樁施工效果較好，但旋噴樁必須在地面施工，對場地要求高，經常由於客觀因素導致無法施工；渣土改良和控制推力的方法均未能很好的控制盾構機機頭上揚和地表變形過大的問題。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明的目的是提供一種軟硬不均地層盾構隧道施工超前支護方法。

為實現上述發明目的，本發明採用如下技術方案：

一種軟硬不均地層盾構隧道施工超前支護方法，其包括以下步驟：

步驟1、對盾構機前方軟硬不均地層進行加固施工：在臨界掌子面後方，通過盾構機中盾上的超前加固孔，使用超前鑽機在軟土中成孔，超前加固孔的孔徑為110mm～120mm；多個超前加固孔均為沿盾構機的中心軸線呈圓周方向布設的圓形孔且相鄰超前加固孔之間的夾角為10°～30°；在軟土中的多個成孔中均埋設有超前冷凍管，超前冷凍管孔徑小於成孔孔徑2～5mm，超前冷凍管呈放射狀排列；超前冷凍管中注入低溫流體，低溫流體通過超前冷凍管將超前冷凍管周圍的土體進行凍結，低溫流體為溫度範圍在-20℃～-28℃之間的低溫鹽水；開凍7天需達到-20℃，冷凍30～40天，最終在臨界掌子面前方產生長度不小於20m、臨界掌子面邊界範圍外至少3m的冷凍加固區域，加固完成後盾構機進行掘進；

步驟2、盾構掘進過程中，當加固支護區域剩餘5m時，到達新的臨界掌子面，再次重複進行步驟1中的超前冷凍加固，產生新的超前冷凍加固區域，始終保證盾構機前方5m範圍內形成有超前冷凍支護區域。

進一步地，上述的盾構機中盾上的超前加固孔通道數量為6～10個。

由於採用如上所述的技術方案，本發明具有如下優越性：

該軟硬不均地層盾構隧道施工超前支護方法，其通過埋設超前冷凍管進行超前冷凍支護，確保臨界掌子面前方土體始終保持支護狀態，杜絕因支護距離過遠冷凍效果差，引起機頭上揚及較大的地表變形，提高工程質量。

附圖說明

圖1是本發明的盾構機的結構示意圖；

圖2是本發明的超前冷凍支護的平面示意圖；

圖3是本發明的超前冷凍支護的剖面示意圖；

圖中：1－臨界掌子面；2－超前冷凍管；3－冷凍加固區域；4－盾構機。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步詳細說明。

在圖2、3中，a指的是軟硬不均地層中的軟土，b指的是軟硬不均地層中的硬巖。

如圖1、2、3所示，該軟硬不均地層盾構隧道施工超前支護方法，其包括以下具體步驟：

步驟1、對盾構機前方軟硬不均地層進行加固施工：在臨界掌子面1後方，通過盾構機4中盾上的超前加固孔，使用超前鑽機在軟土a中成孔，超前加固孔的孔徑為110mm～120mm；多個超前加固孔均為沿盾構機的中心軸線呈圓周方向布設的圓形孔且相鄰超前加固孔之間的夾角為10°～30°；在軟土a中的多個成孔中均埋設有超前冷凍管2，超前冷凍管孔徑小於成孔孔徑2～5mm，超前冷凍管呈放射狀排列且相鄰超前冷凍管之間的夾角α為10°～30°；超前冷凍管中注入低溫流體，低溫流體通過超前冷凍管將無超前冷凍管周圍的土體進行凍結，低溫流體為溫度範圍在-20℃～-28℃之間的低溫鹽水；開凍7天需達到-20℃，冷凍30～40天，最終在臨界掌子面前方產生長度不小於20m、臨界掌子面邊界範圍外至少3m的冷凍加固區域3，加固完成後盾構機進行掘進；

步驟2、盾構掘進過程中，當加固支護區域剩餘5m時，到達新的臨界掌子面，再次重複進行步驟1中的超前冷凍加固，產生新的超前冷凍加固區域，始終保證盾構機前方5m範圍內形成有超前冷凍支護區域。

上述的盾構機為圓形盾構機。

上述的盾構機中盾上的超前加固孔通道數量為6～10個。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，而非對本發明的限制，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，凡依本發明申請專利範圍所作的均等變化與修飾，皆應屬本發明的專利保護範圍之內。