富水软弱地层盾构下穿建筑物微扰动掘进方法
【专利摘要】本发明公开了盾构隧道工程【技术领域】的富水软弱地层盾构下穿建筑物微扰动掘进方法。该方法包括以下内容：（1）选择适用于富水软弱地层的盾构刀盘形式；（2）在穿越建筑物之前，对盾构机工作性能进行检查；（3）根据不同土层进行渣土改良；（4）根据刀盘前方隆起量设定土压；（5）根据不同土层设定掘进速度；（6）确定同步注浆及二次补浆注浆量、压力及注浆时机；（7）盾构下穿建筑物时的监测点布置及监测。本发明通过在下穿建筑物过程中严格实施上述过程，从而实现盾构掘进对建筑物的微扰动，可以控制建筑物隆沉值为3mm～-10mm，基本上没有对建筑物造成影响，确保了盾构隧道上方建筑物安全。
【专利说明】富水软弱地层盾构下穿建筑物微扰动掘进方法
【技术领域】
[0001]本发明属于盾构隧道工程【技术领域】，特别是富水软弱地层盾构下穿建筑物微扰动掘进方法。
【背景技术】
[0002]盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，随着各大城市轨道交通建设的蓬勃发展，盾构法施工因其安全性好、高效较高、噪声较小的特点，盾构法已得到广泛的运用。当盾构在富水软弱地层中掘进时，因富水软弱地层稳定性差，沉降不易控制，有些建筑物建设年代久远、结构稳定性差、抵抗地表变形能力弱，如沉降控制不当，会引起地表及建筑物沉降过大，致使建筑物开裂、倾斜甚至倒塌，从而造成重大的经济损失和恶劣的社会影响。目前国内外尚无成熟的安全控制技术以实现富水软弱地层盾构下穿建筑物微扰动掘进，因此如何尽可能的减小对地层的扰动，实现盾构下穿建筑物的微扰动掘进是一个亟待解决的难题。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术的缺点，本发明提供富水软弱地层盾构下穿建筑物微扰动掘进方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0004](I)选择适用于富水软弱地层的盾构机刀盘形式；
[0005](2)在穿越建筑物之前，对盾构机工作性能进行检查；
[0006](3)根据不同土层进行渣土改良；
[0007](4)根据刀盘前方隆起量设定土压；
[0008](5)根据不同土层设定掘进速度；
[0009](6)确定同步注浆及二次补浆注浆量、压力及注浆时机；
[0010](7)盾构下穿建筑物时的监测点布置及监测。
[0011]所述步骤(1)中盾构机刀盘为面板式或复合式，严禁采用辐条式刀盘。
[0012]当砂性土占开挖断面50%以上时，盾构机刀盘的开口率为28%~40% ;当粘性土占开挖断面50%以上时，盾构机刀盘的开口率为41%~43%。
[0013]所述步骤(2 )检查盾构机千斤顶、管片拼装机、同步补浆系统及盾尾油脂系统是否正常工作，盾尾有无漏浆现象。
[0014]所述步骤(3)中所用泡沫剂必须先进行检测，要求粘土中发泡倍率为25以上，砂土中发泡倍率为5以上，而且所产生的气泡孔隙小、分布均匀。
[0015]所述步骤(3)中当粘性土占开挖断面大于50%时，泡沫剂添加量≥IOkg/环；砂性土占开挖断面大于50%时，泡沫剂添加量≥15kg/环。
[0016]所述步骤(4)中砂性土地层由式P。= KQ( Y’H+q) +￥山设定土压，黏性土地层由式Ptl = KtlC Y H+q)设定土压，其中，Ktl为静为止侧压力系数；Y ’为土的有效重度；Y为土的饱和重度；H隧道中心处深度；q为地面超载。[0017]所述步骤(4)中盾构穿越建筑物前所设定土压为2.0bar?2.6bar,使盾构刀盘上方地表隆起2mm?3mm ;下穿建筑物时土压要微调,压调幅不超过0.0lMPa/环,使盾构刀盘上方建筑物隆起Imm?2mm。
[0018]所述步骤(5)中砂性土地层掘进速度为2cm/min,粘性土层掘进速度为3cm/min。
[0019]所述步骤(6)中同步注浆为惰性浆液，同步注浆浆液坍落度为24cm?26cm之间，每环注浆控制量为4m3?5m3 ;二次补浆为水泥、水玻璃双液浆，二次补浆注浆量控制值为
1.2m3，二次补浆注浆压力小于0.6MPa，二次补浆注浆时机为在管片脱出盾尾后5环开始补浆，至管片脱出盾尾7环补浆完成；盾尾每环注入油脂大于35kg，以免盾尾被击穿；建筑物沉降超过5_时提高同步注衆与二次补衆量，控制建筑物沉降小于10_。
[0020]所述步骤(7)中在建筑物四周墙体距地面Im处每隔3m布置一个监测点。
[0021]所述步骤(7)中监测点监测频率为每4小时监测一次，控制监测点隆起不超过4mm,沉降不超过-12mm ；当建筑物沉降超过_5mm或相邻测点倾斜率超过2%。时,每2小时监测一次，并采取地层加固措施。
[0022]发明的有益效果:与现有技术相比较，本发明的工法，从盾构刀盘、盾构检查、盾构土压设定、同步注浆及二次补浆等一系列施工控制措施，使富水软弱地层中把盾构掘进对建筑物的影响降到最低，实现盾构下穿建筑物微扰动掘进，可以有效控制建筑物沉降在-12_以内。
【具体实施方式】
[0023]下面结合具体实施例，进一步阐述发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，凡基于本发明的内容所实现的技术都属于本发明的范围。
[0024]某富水软弱地层盾构隧道由左、右两条线组成，隧道坡度呈一字型，坡度为0.58% ；左线隧道拱顶埋深为13.1m?12.3m，盾构隧道外径为6.2m,内径为5.5m，采用6块混凝土管片拼装而成，每块管片宽度为1.2m,厚为350mm。区间隧道覆土层依次为①丨填土 2.0m,②:粘土 2.7m,②2粉质粘土 2.0m,③2粉质粘土 2.4m,④3粉砂7.4m,⑤i粉质粘土 2.9m。隧道主要穿越④3粉砂层和⑤i粉质粘土层，其中④3粉砂层占开挖面40%，⑤i粉质粘土层占开挖面60%,水位线在地面以下1.5m。盾构下穿区间3栋建筑物为砖混结构,该3栋建筑物为条形基础，基础埋深3.0m,基础底距离隧道8.3?9.lm。盾构自230环开始正穿该建筑物群，于284环出建筑物群。
[0025]该富水软弱地层盾构施工方法如下:
[0026](I)选择适用于富水软弱地层的盾构刀盘形式:选择盾构刀盘为面板式，刀盘开口率为41%。(2)在穿越建筑物之前，对盾构机工作性能进行检查:主要检查盾构机千斤顶、管片拼装机、同步注浆系统及盾尾油脂注入系统是否正常工作，严禁穿越建筑物过程中因故停机，盾构始发前全部更换为3道新的盾尾刷。(3)根据不同土层进行渣土改良:所用泡沫剂为上海耐创测试技术有限公司生产的罗瑞斯品牌泡沫剂，且所用泡沫剂先进行检测，结果表明粘土中发泡倍率为25?36，砂土中发泡倍率为6?15，而且所产生的气泡孔隙小、分布均匀，符合要求，泡沫剂添加量须> 15kg/环。(4)根据刀盘前方隆起量设定土压:理论计算来进行土压设定，砂性土地层由式Pci = Ktl ( Y ’ H+q) + YwH设定土压，黏性土地层由式Ptl=K0 ( Y H+q)设定土压,其中,Ktl为静为止侧压力系数；Y’为土的有效重度；Y为土的饱和重度；H隧道中心处深度；q为地面超载。实际设定土压为2.2bar?2.3bar。考虑刀盘前方最佳隆起量，盾构下穿建筑物前刀盘上方地表隆起2mm?3mm，下穿建筑物时使刀盘前方建筑物隆起1_?2_。在穿越建筑物期间不断根据刀盘前方建筑物测点隆沉情况调整土压，土压要微调，以免土压调整过大增大土层波动，压调幅不超过0.0lMPa/环。(5)根据不同土层设定掘进速度:掘进保持勻速，掘进速度为2cm/min?3cm/min,避免速度产生较大波动，同时避免因故障停机。(6)确定同步注浆及二次补浆注浆量、压力及注浆时机:同步注浆浆液坍落度为24cm?26cm之间，每环注浆控制量为4m3?5m3。二次补浆为水泥、水玻璃双液浆，二次补浆注浆量控制值为1.2m3。在盾构后5环位置开始进行二次补浆，至盾尾脱出管片7环二次补浆完成，注浆压力不超过0.6MPa，盾构掘进过程中不断注入盾尾油脂，以免浆液击穿盾尾刷。(7)盾构下穿建筑物时的监测点布置及监测:在建筑物四周墙体距地面Im处每隔3m布置一个监测点，控制监测点隆起不超过4_，沉降不超过_12_，盾构下穿建筑物时测点监测频率为每4小时监测一次，当建筑物沉降超过_5mm时，每2小时监测一次，并采取地层加固措施。根据监测点沉降情况调节盾构施工参数。通过上述富水软弱地层盾构下穿建筑物微扰动掘进方法，监测结果表明，建筑物隆沉值控制在3mm?-1Omm,基本上没有对建筑物造成影响，确保了盾构隧道上方建筑物安全。
[0027]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.富水软弱地层盾构下穿建筑物微扰动掘进方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)选择适用于富水软弱地层的盾构机刀盘形式； (2)在穿越建筑物之前，对盾构机工作性能进行检查； (3)根据不同土层进行渣土改良； (4)根据刀盘前方隆起量设定土压； (5)根据不同土层设定掘进速度； (6)确定同步注浆及二次补浆注浆量、压力及注浆时机； (7)盾构下穿建筑物时的监测点布置及监测。
2.根据权利要求1所述的富水软弱地层盾构下穿建筑物微扰动掘进方法，其特征在于，所述步骤(1)中盾构机刀盘为面板式或复合式，严禁采用辐条式刀盘。
3.根据权利要求1或2所述的富水软弱地层盾构下穿建筑物微扰动掘进方法，其特征在于，当砂性土占开挖断面50%以上时，盾构机刀盘的开口率为28%~40% ;当粘性土占开挖断面50%以上时，盾构机刀盘的开口率为41%~43%。
4.根据权利要求1所述的富水软弱地层盾构下穿建筑物微扰动掘进方法，其特征在于，所述步骤(2)检查盾构机千斤顶、管片拼装机、同步补浆系统及盾尾油脂系统是否正常工作，盾尾有无漏浆现象。
5.根据权利要求1所述的富水软弱地层盾构下穿建筑物微扰动掘进方法，其特征在于，所述步骤(3)中所用泡沫剂必须先进行检测，要求粘土中发泡倍率为25以上，砂土中发泡倍率为5以上，而且所产生的气泡孔隙小、分布均匀。
6.根据权利要求1所述的富水软弱地层盾构下穿建筑物微扰动掘进方法，其特征在于，所述步骤(3)中当粘性土占开挖断面大于50%时，泡沫剂添加量≥IOkg/环；砂性土占开挖断面大于50%时，泡沫剂添加量> 15kg/环。
7.根据权利要求1所述的富水软弱地层盾构下穿建筑物微扰动掘进方法，其特征在于，所述步骤(4)中砂性土地层由式& = H+q) + YwH设定土压，黏性土地层由式P。=K0 ( y H+q)设定土压,其中,Ktl为静为止侧压力系数；Y ’为土的有效重度；Y为土的饱和重度；H隧道中心处深度；q为地面超载。
8.根据权利要求1所述的富水软弱地层盾构下穿建筑物微扰动掘进方法，其特征在于，所述步骤(4)中盾构穿越建筑物前所设定土压为2.0bar~2.6bar,使盾构刀盘上方地表隆起2mm~3mm ;下穿建筑物时土压要微调,压调幅不超过0.01MPa/环,使盾构刀盘上方建筑物隆起Imm~2mm。
9.根据权利要求1所述的富水软弱地层盾构下穿建筑物微扰动掘进方法，其特征在于，所述步骤(5)中砂性土地层掘进速度为2cm/min,粘性土层掘进速度为3cm/min。
10.根据权利要求1所述的富水软弱地层盾构下穿建筑物微扰动掘进方法，其特征在于，所述步骤(6)中同步注浆为惰性浆液，同步注浆浆液坍落度为24cm~26cm之间，每环注浆控制量为4m3~5m3 ;二次补浆为水泥、水玻璃双液浆，二次补浆注浆量控制值为1.2m3，二次补浆注浆压力小于0.6MPa，二次补浆注浆时机为在管片脱出盾尾后5环开始补浆，至管片脱出盾尾7环补浆完成；盾尾每环注入油脂大于35kg，以免盾尾被击穿；建筑物沉降超过5_时提高同步注衆与二次补衆量，控制建筑物沉降小于10_。
11.根据权利要求1所述的富水软弱地层盾构下穿建筑物微扰动掘进方法，其特征在于，所述步骤(7)中在建筑物四周墙体距地面Im处每隔3m布置一个监测点。
12.根据权利要求1所述的富水软弱地层盾构下穿建筑物微扰动掘进方法，其特征在于，所述步骤(7)中监测点监测频率为每4小时监测一次，控制监测点隆起不超过4_，沉降不超过-12mm ;当建筑物沉降超过_5mm或相邻测点倾斜率超过2%。时，每2小时监测一次，并采取地层加固措施。·
【文档编号】E21D9/08GK103527209SQ201310499830
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】袁大军, 周明保, 董朝文 申请人:北京交通大学