專利名稱：盾構(gòu)無(wú)影響土層施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑工程的盾構(gòu)掘進(jìn)施工方法，尤其是一種用于在粉砂土層推進(jìn)和穿越建筑物樁基的盾構(gòu)掘進(jìn)施工方法。
背景技術(shù)：
目前，隧道施工中，普遍采用盾構(gòu)掘進(jìn)施工方法。尤其是在城市地鐵隧道施工中得到大量的應(yīng)用。然而對(duì)于城市地鐵區(qū)間盾構(gòu)掘進(jìn)工程中土層為粉性土，流塑性差，含水量高及地下障礙物多等，采用現(xiàn)有的盾構(gòu)掘進(jìn)施工方法會(huì)產(chǎn)生以下幾種問題(1)掘進(jìn)困難。由于砂土內(nèi)磨擦角大引起較大的磨擦阻力，使同等條件下掘進(jìn)壓力比正常軟土大，而壓力艙中砂粒因失水固結(jié)越壓越緊，造成千斤頂壓力增加，刀盤扭矩增大，使切削困難甚至無(wú)法進(jìn)行，同時(shí)導(dǎo)致刀盤，主軸承過度磨損。
(2)開挖面不均勻。土壓平衡盾構(gòu)在砂性土層中施工時(shí)，由于砂性土流塑性極差，所切削土體不能在充滿整個(gè)壓力艙，使艙內(nèi)泥漿密度上小下大，難以形成均勻的壓力幕來動(dòng)態(tài)平衡盾構(gòu)前方的壓力。因此在高水頭壓力下，大刀盤切削振動(dòng)可能引起工作面附近砂土液化，使其抗剪強(qiáng)度大大降低甚至喪失，從而引起上部土體的失穩(wěn)。
(3)排土口噴涌。通常情況下，艙內(nèi)泥漿在螺旋出土器的出口處的水壓力為零，在自重作用下落入傳輸帶，然而在滲透性較大的砂性土中施工時(shí)，壓力艙和排土器內(nèi)的土體不能完全有效抵抗開挖面上的水壓力，就會(huì)在螺旋出土器的口部產(chǎn)生噴涌，造成工作面的污染。
如上海市軌道交通明珠線二期工程“溧陽(yáng)路站-臨平路站”區(qū)間盾構(gòu)推進(jìn)工程，該區(qū)間隧道上部覆土厚度3.9m-13m，盾構(gòu)機(jī)主要穿越灰色粘質(zhì)土層和二層灰色砂質(zhì)粉土層，其中大部分長(zhǎng)度上全斷面穿越第一層灰色砂質(zhì)粉土層，該層土具有粘粒含量低(小于10％)，流塑性差，易壓縮等特性，對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)十分不利。同時(shí)該區(qū)間隧道沿線穿越的管線主要是穿越道路下和居民區(qū)內(nèi)和各種煤氣、水管、電話和電纜等管線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的盾構(gòu)掘進(jìn)施工方法在土層為粉性土，流塑性差，含水量高及地下障礙物多等條件下存在的施工問題，而提供一種能解決在粉性土中盾構(gòu)施工易出現(xiàn)的掘進(jìn)困難，土體失穩(wěn)，排土口噴涌等問題以及能有效的保護(hù)沿線多次穿越的建筑物，地下管線的盾構(gòu)無(wú)影響土層施工方法。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，而采用的技術(shù)方法是一種盾構(gòu)無(wú)影響土層施工方法，其方法和步驟(1)設(shè)定正面土壓力；(2)改善頭部土體性能；(3)控制盾尾封堵質(zhì)量；(4)同步注漿；(5)監(jiān)測(cè)盾構(gòu)掘進(jìn)過程。
設(shè)定正面土壓力其設(shè)定值為盾構(gòu)刀中心處地層的靜止土壓力的1.4倍。
改善頭部土體性能的具體方法是(1)在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中向正面體中注入潤(rùn)滑劑，以減小刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，降低刀盤的油壓，并使砂土具有適當(dāng)?shù)暮鸵仔裕?2)在淺覆土處注入摻有普通潤(rùn)滑劑的水，注入量控制在2～5m3/h(需根據(jù)刀盤的油壓進(jìn)行調(diào)整)；(3)在埋設(shè)較深處采用泡沫劑，有效降低刀盤油壓，提高掘進(jìn)速度以及防止螺旋機(jī)出土口的噴發(fā)。
控制盾尾封堵質(zhì)量的具體方法是盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)控制好掘進(jìn)方向，保持管片外壁與盾構(gòu)機(jī)內(nèi)壁的間隙四周均勻，使盾尾密封刷處于正常的工作狀態(tài)；盾構(gòu)掘進(jìn)過程中加強(qiáng)盾尾密封油脂的壓注，以保證盾尾密封刷的密封性能。
同步注漿的具體方法是在盾構(gòu)推進(jìn)過程中，在脫出盾尾的襯砌背面環(huán)形建筑空隙進(jìn)行同步注漿，采用惰性漿液，由膨潤(rùn)土、水、粉煤灰、黃砂經(jīng)充分?jǐn)嚢瓒?，其配合?重量比)為1∶5∶3.5∶7，漿液稠度控制在8-10cm；在盾構(gòu)穿越建筑物、地下管線時(shí)，在管片出盾尾8～10環(huán)時(shí)進(jìn)行二次注漿。
監(jiān)測(cè)盾構(gòu)掘進(jìn)過程的具體方法是正常狀況下，施工監(jiān)測(cè)一天兩次，但在盾構(gòu)出洞前，在施工場(chǎng)地內(nèi)設(shè)置了三點(diǎn)深層沉降觀測(cè)點(diǎn)，每掘進(jìn)30cm觀測(cè)一次，以監(jiān)測(cè)盾構(gòu)推進(jìn)過程中地層的垂直位移變化情況，掌握掘進(jìn)參數(shù)的設(shè)置；在過重要的建筑物及管線時(shí)，進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的正面土壓力、掘進(jìn)速度、注漿量參數(shù)的設(shè)定，確保地面建筑物和周圍環(huán)境的安全。
本發(fā)明的施工方法通過土體在淺覆土層處注入摻有普通潤(rùn)滑劑的水，在埋設(shè)較深處采用泡沫劑等技術(shù)措施和控制手段有效改善了土體性能從而降低刀盤油壓，提高掘進(jìn)速度，可解決在粉性土中盾構(gòu)施工易出現(xiàn)的掘進(jìn)困難、土體失穩(wěn)、排土口噴涌的問題，以及能控制地表沉降，達(dá)到地表沉降控制在-2mm-15mm目標(biāo)；另外，由于采用監(jiān)測(cè)盾構(gòu)掘進(jìn)過程，以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的設(shè)置，進(jìn)行信息化施工，可保證盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)地面及周圍環(huán)境的安全，有效地控制地面及管線的位移，使得各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)最大沉降量均小于4mm。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
盾構(gòu)無(wú)影響土層施工方法，其方法和步驟是(1)合理設(shè)定正面土壓力因砂性土的特性，盾構(gòu)在砂性土層中掘進(jìn)極容易造成超挖，超挖會(huì)導(dǎo)致地面較大的沉降，所以在這種情況下應(yīng)適當(dāng)提高正面土壓力的設(shè)定值，一般正面土壓力設(shè)定值為盾構(gòu)刀中心處地層的靜止土壓力的1.4倍。通過提高正面土壓力的設(shè)定值，使盾構(gòu)正面的砂性土產(chǎn)生擠壓疏干效應(yīng)，降低土艙內(nèi)土體的動(dòng)水壓力，防止螺旋輸送機(jī)中砂土的液化。
(2)改善頭部土體性能A.在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中向正面土體中注入潤(rùn)滑劑，以減小刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，降低刀盤的油壓，并使砂土具有適當(dāng)?shù)暮鸵仔?；B.在淺覆土處注入摻有普通潤(rùn)滑劑的水，注入量控制在2～5m3/h(需根據(jù)刀盤的油壓進(jìn)行調(diào)整)；C.在埋設(shè)較深處采用泡沫劑，有效降低刀盤油壓，提高掘進(jìn)速度以及防止螺旋機(jī)出土口的噴發(fā)。
加注泡沫劑能夠在同等掘進(jìn)參數(shù)社頂?shù)臈l件下有效地減少地表沉降，地表沉降可從加注普通潤(rùn)滑劑的-10mm~-30mm減低到-2mm~-15mm。另外，加注泡沫劑能有效防止螺旋機(jī)出土口的噴發(fā)。
(3)控制盾尾封堵質(zhì)量盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)控制好掘進(jìn)方向，盡量保持管片外壁與盾構(gòu)機(jī)內(nèi)壁的間隙四周均勻，以保證盾尾密封刷處于良好工作狀態(tài)。
盾構(gòu)掘進(jìn)過程中加強(qiáng)盾尾密封油脂的壓注，以保證盾尾密封刷的密封性能。
(4)同步注漿除控制盾構(gòu)的正面穩(wěn)定及做好各項(xiàng)參數(shù)的調(diào)整外，還需及時(shí)進(jìn)行同步注漿。在盾構(gòu)推進(jìn)過程中，漿液以適當(dāng)?shù)膲毫Α⒈匾臄?shù)量和合理的配比，在脫出盾尾的襯砌背面環(huán)形建筑空隙進(jìn)行同步注漿，這是在砂性土中減少地面沉降的關(guān)鍵措施。
本區(qū)間上行線采用的是惰性漿液，由膨潤(rùn)土、水、粉煤灰、黃砂經(jīng)充分?jǐn)嚢瓒?，其配合?重量比)為1∶5∶3.5∶7，漿液稠度控制在9cm左右，過稀，盾尾容易漏漿；過厚則容易堵塞注漿管路。
盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)理論襯砌外環(huán)形建筑空隙為1.521m3，理論上的漿液只需100％充填建筑空隙即可，即使考慮漿液的失水收縮、盾構(gòu)糾偏、部分漿液劈裂到周圍地層中、盾構(gòu)機(jī)殼體外周帶土等影響，注漿量是理論計(jì)算值的120％-180％。
在確保盾尾不漏漿的前提下，本區(qū)間的實(shí)際注漿量為理論建筑空隙的200％-270％；注漿要與掘進(jìn)同步。注漿時(shí)間滯后，起不到管片脫開盾尾后控制上部土體下沉的目的。
在盾構(gòu)穿越建筑物、地下管線時(shí)，為了彌補(bǔ)同步注漿的不足，減少地面沉降，在管片出盾尾8-10環(huán)時(shí)進(jìn)行二次注漿。
(5)監(jiān)測(cè)盾構(gòu)掘進(jìn)過程地表環(huán)境監(jiān)測(cè)是確保地面建筑物和地下管線安全的可靠手段。以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的設(shè)置，進(jìn)行信息化施工，以保證盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)地面及周圍環(huán)境的安全。
正常狀況下，施工監(jiān)測(cè)一天兩次。但在盾構(gòu)出洞前，在施工場(chǎng)地內(nèi)設(shè)置了三點(diǎn)深層沉降觀測(cè)點(diǎn)，每掘進(jìn)30cm觀測(cè)一次，以監(jiān)測(cè)盾構(gòu)推進(jìn)過程中地層的垂直位移變化情況，掌握掘進(jìn)參數(shù)的設(shè)置是否合理。
在過重要的建筑物及管線如污水截流支管、煤氣管、上水管時(shí)，除了一天兩次正常的監(jiān)測(cè)外，還進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的正面土壓力、掘進(jìn)速度、注漿量等參數(shù)的設(shè)定，確保地面建筑物和周圍環(huán)境的安全。
權(quán)利要求
1.一種盾構(gòu)無(wú)影響土層施工方法，其特征在于它的方法和步驟為；(1)設(shè)定正面土壓力；(2)改善頭部土體性能；(3)控制盾尾封堵質(zhì)量；(4)同步注漿；(5)監(jiān)測(cè)盾構(gòu)掘進(jìn)過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)無(wú)影響土層施工方法，其特征在于所述設(shè)定正面土壓力其設(shè)定值為盾構(gòu)刀盤中心處地層的靜止土壓力的1.4倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)無(wú)影響土層施工方法，其特征在于，所述改善頭部土體性能的具體方法是(1)在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中向正面土體中注入潤(rùn)滑劑，以減小刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，降低刀盤的油壓，并使砂土具有適當(dāng)?shù)暮鸵仔裕?2)在淺覆土處注入摻有普通潤(rùn)滑劑的水，注入量控制在2～5m3/h(需根據(jù)刀盤的油壓進(jìn)行調(diào)整)；(3)在埋設(shè)較深處采用泡沫劑，有效降低刀盤油壓，提高掘進(jìn)速度以及防止螺旋機(jī)出土口的噴發(fā)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)無(wú)影響土層施工方法，其特征在于，所述控制盾尾封堵質(zhì)量的具體方法是盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)控制好掘進(jìn)方向，保持管片外壁與盾構(gòu)機(jī)內(nèi)壁的間隙四周均勻，使盾尾密封刷處于正常的工作狀態(tài)；盾構(gòu)掘進(jìn)過程中加強(qiáng)盾尾密封油脂的壓注，以保證盾尾密封刷的密封性能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)無(wú)影響土層施工方法，其特征在于，所述同步注漿的具體方法是在盾構(gòu)推進(jìn)過程中，在脫出盾尾的襯砌背面環(huán)形建筑空隙進(jìn)行同步注漿，采用惰性漿液，由膨潤(rùn)土、水、粉煤灰、黃砂經(jīng)充分?jǐn)嚢瓒?，其配合?重量比)為1∶5∶3.5∶7，漿液稠度控制在9cm；在盾構(gòu)穿越建筑物、地下管線時(shí)，在管片出盾尾8～10環(huán)時(shí)進(jìn)行二次注漿。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)盾構(gòu)無(wú)影響土層施工方法，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)盾構(gòu)掘進(jìn)過程的具體方法是(1)正常狀況下，施工監(jiān)測(cè)一天兩次；(2)在盾構(gòu)出洞前，在施工場(chǎng)地內(nèi)設(shè)置三點(diǎn)深層沉降觀測(cè)點(diǎn)，每掘進(jìn)30cm觀測(cè)一次，以監(jiān)測(cè)盾構(gòu)推進(jìn)過程中地層的垂直位移變化情況，掌握掘進(jìn)參數(shù)的設(shè)置；(3)在過重要的建筑物及管線時(shí)，進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的正面土壓力、掘進(jìn)速度、注漿量參數(shù)的設(shè)定，確保地面建筑物和周圍環(huán)境的安全。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種盾構(gòu)無(wú)影響土層施工方法，其施工方法和步驟是(1)設(shè)定正面土壓力；(2)改善頭部土體性能；(3)控制盾尾封堵質(zhì)量；(4)同步注漿；(5)監(jiān)測(cè)盾構(gòu)掘進(jìn)過程。本發(fā)明的施工方法能解決在粉性土中盾構(gòu)施工易出現(xiàn)的掘進(jìn)困難，土體失穩(wěn)，排土口噴涌等問題以及能有效的保護(hù)沿線多次穿越的建筑物，地下管線。
文檔編號(hào)E21D9/04GK1854462SQ20051002550
公開日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2005年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月28日
發(fā)明者鄭堅(jiān), 龔金弟 申請(qǐng)人:上海市基礎(chǔ)工程公司