盾構隧道下穿淺覆土河床施工方法
2023-06-11 12:19:41 1
專利名稱：盾構隧道下穿淺覆土河床施工方法
技術領域：
本發明涉及一種盾構隧道下穿淺覆土河床的施工方法，屬於隧道盾構施工 技術領域。
背景技術：
隨著地下空間的開發與利用，盾構法施工在我國得到了越來越廣泛的應 用。盾構法隧道施工是一種在地面下暗挖建造隧道的施工方法，利用盾構作為 開挖地下土體及支護土體和拼裝隧道襯砌的機具，開挖1環，拼裝1環，循環 工作，直至完成整條隧道。北京、上海等城市地鐵盾構法施工的成功應用，使 此項施工技術在我國日臻完善。與傳統的鑽爆法施工相比，盾構法施工具有自動化程度高、不同地質條件 適應性強、對城市居民和建築物的影響小、在軟弱地層中有利於控制地表沉陷、 安全性高等優點。但國內外在下穿淺覆土河床等環境下盾構施工的研究還不夠深入，對此類 盾構施工情況很少涉及和論述，其施工技術還有待完善。上海市軌道交通9號線一期工程R413標段盾構隧道(九亭站-七寶站)位 於上海市閔行區滬松公路沿線，由正線(雙線)及出入段線(兩段)兩部分組 成，全長6249.676m，採用盾構法施工。區間盾構隧道需要穿越河流小淶港，其盾構隧道頂距規劃河床覆土厚度最 小處僅為2.3m。盾構在穿越河床時，不僅存在淺覆土的問題，而且由於地質情 況變化急劇，土質和地下水狀況也很複雜，極易產生湧水、枬塌事故，盾構正 面合理土壓力的設定也是一個難點，這些對盾構推進都十分不利。因此，在如此環境下尋找合理完善的盾構施工方案是該隧道施工過程中極 需解決的一道技術難題
發明內容
本發明的目的是提供一種盾構隧道下穿淺覆土河床施工方法，可適用於在 下穿淺覆土河床等環境下進行盾構施工，並避免施工過程中產生湧水、坍塌等 事故，確保施工安全。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是盾構隧道下穿淺覆土河床施工方法，包括下述主要步驟第一，工程調研；調研穿越段區間盾構隧道需穿越的河床、覆土等基本情況，如盾構隧道 頂距規劃河底的高差、盾構隧道距現狀河底的高差、穿越段區間盾構隧道的長 度和寬度、穿越段地層的土質等；第二，下穿河床的類比、計算分析在調研所得相關資料基礎上，根據盾構施工特點以及隧道兩線立交相互影 響程度數值模擬分析及模型試驗，進行類比及計算分析，為確保穿越段隧道施 工質量達到設計要求，擬定施工控制基準，主要包括地表沉降變化(累計沉降量、沉降速率)，隧道(環片)沉降、位移(累計變化量、沉降速率)，隧道徑向收斂變化(累計邊長變化量、變化速率)，深層土體變形(累計最大位移量及位移速率、累計最大分層沉降量及沉降 速率)等；第三，方案研究及確定，確定輔助措施及初設盾構參數 (1)、輔助措施主要包括地表、地層輔助措施和管片輔助措施等 ①地表、地層輔助措施主要包括 (a)、地基加固為了淺覆土段的施工安全和隧道在運營階段的安全，在下穿段隧道頂部距 規劃河床覆土厚度在5m以下的段落，均採用深層水泥土攪拌樁加固地層，攪 拌樁頂部達規劃河床即可；地基加固後的指標為無側限抗壓強度qu》0.8MPa，滲透係數K<=1X10_8cm/s;(b) 、設置抗浮板為防止下穿淺覆土段河床盾構推進過程中盾構機抬頭，在規劃河床表面灌注厚50cm的混凝土抗浮板，抗浮板兩側設4)600鑽孔抗拔樁，樁長為板下15m; 設頂縱梁將鑽孔灌注樁與保護板連為一體；(c) 、地表壓重施工前對現有河床段局部覆土不足盾構直徑D的段落採用袋裝鋼渣或黃沙壓重，以增加覆土厚度，換算覆土厚度應^1D;待滿足覆土要求後方可通過盾 構；隧道施工完成後，待洞內注漿漿液達到設計強度後，分期卸載上部壓重， 同時對隧道變形、隆起進行監測，並據監測結果調整卸載時間和卸載值； 地表壓重範圍包括橫向以隧道中線為中心，左右兩側寬度根據隧道寬度調整；縱向淺覆 土段整段；②管片輔助措施主要為盾構穿越河床時，盾尾油脂壓注到位以保 證盾尾密封；如果盾尾密封存在問題，還可在每環管片背面貼海綿； (2)、盾構掘進參數初設如下① 土壓力下穿河床時測量河底水深，覆核隧道覆土層的厚度，計算出設定土壓力，其波動值控制在0. 02MPa以內；② 出土量控制控制盾構出土量不能超挖，欠挖控制在3。/。以內，同時視監測情況合理調整 出土量；③ 推進速度均勻連續推進，推進速度控制在2-3cm/min; 注漿量同步注漿量初設為2. 6 2. 8mV環，漿液稠度9 llcm，同步注漿壓力一般 比正面土壓力大0. 1-0. 2MPa; 每拼裝兩環即對後面兩環管片進行複合早凝漿液二次壓注；二次注漿壓力 控制在0.5Mpa以下；注漿流量控制在10 15L/min，注漿量約0. 5mV環；⑤ 管片拼裝-管片採用通縫拼裝，並嚴格採取"居中拼裝"；無法居中拼裝且曲線管片 無法滿足糾偏時，採用軟木楔子進行調整；⑥ 盾尾防水盾構穿越河床時，盾尾油脂壓注到位以保證盾尾密封，隔斷後部滲水通道； 第四，下穿河床盾構施工在下穿河床盾構施工過程中，採用計算機實時監控系統全程監測隧道沉 降、位移、收斂等情況，如沉降、位移、收斂等值大於基準，則需及時優化盾構施工參數，使之小於基準，以嚴格控制施工質量，並保證施工安全；直至下 穿河床段施工完成；下穿河床盾構施工過程中還應注意軸線控制盾構進入前須將盾構姿態、 管片姿態調整到位，注意不要向上抬頭；嚴禁在下穿河床時超量糾偏，蛇行擺 動；嚴禁盾構機推進及管片拼裝時後退；管片必須嚴格居中安裝，消除管片碎 裂等，並及時糾偏；每推進5環複測一次導線點。盾構隧道推進採用自動測量系統，推進時每3min自動測量一次盾構姿態。與現有技術相比，本發明的有益效果是本發明盾構隧道下穿淺覆土河床施工方法綜合運用理論分析、地表壓重技 術、現場量測技術、盾構推進參數選定技術等成套施工技術，可適用於在下穿 淺覆土河床等環境下進行盾構施工，對周圍環境不造成影響，並避免施工過程 中盾構出現上拋，結構發生上浮、漏水、坍塌等現象，確保施工安全。
圖1是本發明盾構隧道下穿淺覆土河床施工方法工藝流程示意圖。
具體實施例方式
下面結合具體實施方式
對本發明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發明上述主題的範圍僅限於下述實施例。實施例本實施例為上海市軌道交通9號線一期工程R413標段盾構隧道(九亭站-七寶站)盾構施工穿越河流小淶港的施工方法，其工藝流程如圖l所示，具體包括下述主要步驟 第一，工程調研調研該段區間盾構隧道需穿越河流小淶港的河床、覆土等基本情況，其中 盾構隧道頂距規劃河底的高差為上、下行線約在5. lm左右，東出入段 線約在2. 3m左右；盾構隧道距現狀河底的高差為上、下行線約在6.6m左右，東出入段線 約在4. 0m左右；即該段盾構隧道頂距規劃河底的覆土厚度最小處僅為2. 3m;需穿越該河床的區間盾構隧道長約19米，寬約13. 7米；該段區間盾構隧道主要穿越灰色粉質粘土、灰色粘土；出入段線盾構隧道 穿越的地層大部分為灰色粉質粘土，盾構頂主要通過灰色粉砂，盾構底主要通 過灰色粘土；該段土層平均比重為1850kg/V;第二，下穿河床的類比、計算分析在調研所得相關資料基礎上，根據盾構小半徑、淺覆土的施工特點以及隧 道兩線立交相互影響程度數值模擬分析及模型試驗，進行類比及計算分析，為確保本段隧道施工質量達到設計要求，擬定本段隧道施工控制基準如下(1) 地表沉降變化累計沉降量+10mm -30鵬，沉降速率±2咖/次；(2) 隧道(環片)沉降、位移累計變化量土30mm，沉降速率±3,/次；(3) 隧道徑向收斂變化累計邊長變化量±20腿，變化速率±2咖/次；(4) 深層土體變形
位移累計最大量±30腿，位移速率±3mm/d; 分層沉降累計最大量+10mm -30mm，沉降速率±3mm/d;第三，方案研究及確定，確定輔助措施及初設盾構參數(1) 、輔助措施主要包括地表、地層輔助措施和管片輔助措施等① 地表、地層輔助措施主要包括(a) 、地基加固為了淺覆土段的施工安全和隧道在運營階段的安全，在下穿段隧道頂部距規劃河床覆土厚度在5m以下的段落，均採用深層水泥土攪拌樁加固地層，攪 拌樁頂部達規劃河床即可；地基加固後的指標為無側限抗壓強度qu》0.8MPa，滲透係數K《1X 10—8cm/s;(b) 、設置抗浮板為防止下穿淺覆土段河床盾構推進過程中盾構機抬頭，在規劃河床表面灌注厚50cm的混凝土抗浮板，抗浮板兩側設4)600鑽孔抗拔樁，樁長為板下15m; 設頂縱梁將鑽孔灌注樁與保護板連為一體；(c) 、地表壓重施工前對現有河床段局部覆土不足盾構直徑D的段落採用袋裝鋼渣或黃沙壓重，以增加覆土厚度，換算覆土厚度應^1D;待滿足覆土要求後方可通過盾構；隧道施工完成後，待洞內注漿漿液達到設計強度後，分期卸載上部壓重，同時對隧道變形、隆起進行監測，並據監測結果調整卸載時間和卸載值； 地表壓重範圍包括橫向以隧道中線為中心，左右兩側各6m，共寬12m;縱向淺覆土段整段；② 管片輔助措施主要為盾構穿越河床時，盾尾油脂壓注到位以保 證盾尾密封；盾尾密封存在問題時，在每環管片背面貼海綿；(2) 、盾構掘進參數初設如下 ①土壓力
下穿河床時測量河底水深，覆核隧道覆土層的厚度，計算出設定土壓力，其波動值控制在0. 02MPa以內；② 出土量控制控制盾構出土量不能超挖，欠挖控制在3%以內，同時視監測情況合理調整 出土量；③ 推進速度均勻連續推進，推進速度控制在2-3cm/min; 注槳量同步注漿量初設為2.6 2.8mV環，漿液稠度9 llcm，同步注漿壓力一般 比正面土壓力大0. 1-0. 2MPa;每拼裝兩環即對後面兩環管片進行複合早凝漿液二次壓注；二次注漿壓力 控制在O. 5Mpa以下；注漿流量控制在10 15L/min，注漿量約0. 5m7環； 管片拼裝管片採用通縫拼裝，並嚴格採取"居中拼裝"；無法居中拼裝且曲線管片 無法滿足糾偏時，採用軟木楔子進行調整； ◎盾尾防水盾構穿越河床時，盾尾油脂壓注到位以保證盾尾密封，隔斷後部滲水通道； 第四，下穿河床盾構施工在下穿河床盾構施工過程中，採用計算機實時監控系統全程監測隧道沉 降、位移、收斂等情況，如沉降、位移、收斂等值大於基準，則需及時優化盾 構施工參數，使之小於基準，以嚴格控制施工質量，並保證施工安全；直至下 穿河床段施工完成；下穿河床盾構施工過程中注意軸線控制盾構進入前將盾構姿態、管片姿 態調整到位，注意不向上抬頭；不在下穿河床時超量糾偏，蛇行擺動；不在盾 構機推進及管片拼裝時後退；管片嚴格居中安裝，消除管片碎裂等，並及時糾 偏；每推進5環複測一次導線點；盾構隧道推進採用自動測量系統，推進時每 3min自動測量一次盾構姿態。
權利要求
1.盾構隧道下穿淺覆土河床施工方法，包括下述主要步驟第一，工程調研；第二，下穿河床的類比、計算分析；第三，方案研究及確定，確定輔助措施及初設盾構參數(1)、輔助措施主要包括地表、地層輔助措施和管片輔助措施①地表、地層輔助措施主要包括(a)、地基加固為了淺覆土段的施工安全和隧道在運營階段的安全，在下穿段隧道頂部距規劃河床覆土厚度在5m以下的段落，均採用深層水泥土攪拌樁加固地層，攪拌樁頂部達規劃河床即可；地基加固後的指標為無側限抗壓強度qu≥0.8MPa，滲透係數K≤1×10-8cm/s；(b)、設置抗浮板為防止下穿淺覆土段河床盾構推進過程中盾構機抬頭，在規劃河床表面灌注厚50cm的混凝土抗浮板，抗浮板兩側設φ600鑽孔抗拔樁，樁長為板下15m；設頂縱梁將鑽孔灌注樁與保護板連為一體；(c)、地表壓重施工前對現有河床段局部覆土不足盾構直徑D的段落採用袋裝鋼渣或黃沙壓重，以增加覆土厚度，換算覆土厚度應≥1D；待滿足覆土要求後方可通過盾構；隧道施工完成後，待洞內注漿漿液達到設計強度後，分期卸載上部壓重，同時對隧道變形、隆起進行監測，並據監測結果調整卸載時間和卸載值；地表壓重範圍包括橫向以隧道中線為中心，左右兩側寬度根據隧道寬度調整；縱向淺覆土段整段；②管片輔助措施主要為盾構穿越河床時，盾尾油脂壓注到位以保證盾尾密封；如果盾尾密封存在問題，在每環管片背面貼海綿；(2)、盾構掘進參數初設如下①土壓力下穿河床時測量河底水深，覆核隧道覆土層的厚度，計算出設定土壓力，其波動值控制在0.02MPa以內；②出土量控制控制盾構出土量不能超挖，欠挖控制在3％以內，同時視監測情況合理調整出土量；③推進速度均勻連續推進，推進速度控制在2-3cm/min；④注漿量同步注漿量初設為2.6～2.8m3/環，漿液稠度9～11cm，同步注漿壓力比正面土壓力大0.1-0.2MPa；每拼裝兩環即對後面兩環管片進行複合早凝漿液二次壓注；二次注漿壓力控制在0.5Mpa以下；注漿流量控制在10～15L/min，注漿量約0.5m3/環；⑤管片拼裝管片採用通縫拼裝，並嚴格採取「居中拼裝」；無法居中拼裝且曲線管片無法滿足糾偏時，採用軟木楔子進行調整；⑥盾尾防水盾構穿越河床時，盾尾油脂壓注到位以保證盾尾密封，隔斷後部滲水通道；第四，下穿河床盾構施工在下穿河床盾構施工過程中，採用計算機實時監控系統全程監測隧道沉降、位移、收斂情況；沉降、位移、收斂值大於基準時，及時優化盾構施工參數，使之小於基準；直至下穿河床段施工完成；盾構進入前須將盾構姿態、管片姿態調整到位；穿越河床時不要向上抬頭，不在下穿河床時超量糾偏，蛇行擺動；不在盾構機推進及管片拼裝時後退；管片嚴格居中安裝，消除管片碎裂，並及時糾偏；每推進5環複測一次導線點。
2. 根據權利要求1所述的盾構隧道下穿淺覆土河床施工方法，其特徵在於: 所述的"盾構掘進參數"中"二次注漿"的漿液組分及配比為水泥氯化鈣水玻璃=30:1:1，水灰比為0.6。
3. 根據權利要求1所述的盾構隧道下穿淺覆土河床施工方法，其特徵在於: 所述的"下穿河床盾構施工"過程中，盾構隧道推進採用自動測量系統， 推進時每3min自動測量一次盾構姿態。
全文摘要
本發明公開了一種盾構隧道下穿淺覆土河床施工方法，主要步驟包括工程調研，下穿河床的類比、計算分析，方案研究及確定、確定輔助措施及初設盾構參數，下穿河床盾構施工等；其中輔助措施主要採用地基加固、設置抗浮板、地表壓重等地表、地層輔助措施和在每環管片背面貼海綿等；初設盾構參數主要包括土壓力、出土量控制、推進速度、注漿量、管片拼裝、盾尾防水等參數的設置；在下穿河床盾構施工過程中，採用計算機實時監控系統全程監測隧道沉降、位移、收斂等情況。該施工方法可適用於下穿淺覆土河床等環境下的盾構施工，並避免施工過程中產生湧水、坍塌等事故，確保施工安全。
文檔編號E21D9/093GK101131090SQ20071005017
公開日2008年2月27日 申請日期2007年10月9日 優先權日2007年10月9日
發明者崔學忠, 林 李, 強 陳 申請人:中鐵二局股份有限公司