一种浅埋盾构隧道穿越高速公路的施工方法与流程

本发明属于隧道工程技术领域,特别涉及一种浅埋盾构隧道穿越高速公路的施工方法。

背景技术：

近年来，我国大规模的开展城市市政工程的建设，尤其是地铁的建设越来越多，盾构法隧道施工在地铁建设中得到了广泛的应用。但是，城市现代化、功能密集化的发展趋势对工程施工要求越来越高，在许多地下工程中，受到施工场地、道路交通等城市环境因素的限制，使得传统的施工方法难以适用。例如盾构隧道穿越高速公路的施工，通过与高速公路产权单位对接及现场调查了解，路段平均每小时车流量达到上千辆，掘进过程中若控制不佳或加固措施不到位将会导致沉降较大，破坏高速公路的路面，尤其当穿越高速公路的隧道为浅埋隧道且隧道盾构区域上方为卵石土层时，隧道施工，容易发生大沉降，可能造成路面塌陷，从而危及人身、财产安全，造成严重后果。基于高速公路的特殊情况及隧道开挖面水文地质特点，在盾构隧道穿越高速公路时，如何保证高速公路地表稳定是施工重点要解决的问题，缺少一种浅埋盾构隧道穿越高速公路的施工方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种浅埋盾构隧道穿越高速公路的施工方法，方法步骤简单、设计合理、施工方便，通过在盾构施工前，开设斜坡注浆孔和地面注浆孔对位于隧道盾构区域上方的加固区域进行预注浆施工加固，保证了盾构隧道时人员的安全，降低了盾构施工的难度，保证了盾构施工期间高速公路地表的稳定，完成了浅埋盾构隧道穿越高速公路施工过程。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种浅埋盾构隧道穿越高速公路的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、施工准备：

步骤101、确定隧道盾构区域和位于隧道盾构区域上方的加固区域的地层情况；

步骤102、检修维护盾构机；

步骤二、预注浆施工：

步骤201、在高速路面两侧的斜坡上开设多个斜坡注浆孔，所述斜坡注浆孔朝向高速路面的下方倾斜布设，多个所述斜坡注浆孔沿高速路面的长度方向成行布设且沿斜坡的宽度方向成列布设,多个所述斜坡注浆孔的底部均与待建隧道拱顶面相接触，位于同一侧斜坡上的多个斜坡注浆孔互相平行设置；

步骤202、在斜坡外侧的地面上开设多个地面注浆孔，多个所述地面注浆孔沿高速路面的长度方向成行布设且沿高速路面的宽度方向成列布设，所述地面注浆孔的轴线与水平面相垂直，多个所述地面注浆孔的底部均与待建隧道拱顶面相接触；

步骤203、在斜坡注浆孔和地面注浆孔中均安装注浆管，对相邻的两个斜坡注浆孔中的一个斜坡注浆孔注浆，注浆高度不小于3m，对相邻的两个斜坡注浆孔中的另一个斜坡注浆孔封存后保留待用，对相邻两个地面注浆孔中的一个地面注浆孔注浆，注浆高度不小于3m，对相邻两个地面注浆孔中的另一个地面注浆孔封存后保留待用；

步骤三、设置沉降观测点：

在隧道盾构区域上方的地表沿隧道轴线设置多个第一沉降观测点，在垂直于隧道轴线方向的高速公路区域设置多个观测断面,所述观测断面上设置多个第二沉降观测点；

步骤四、试验段施工：

根据盾构线路情况、施工区域的地质及埋深情况，将下穿高速公路前的50～100环作为下穿高速公路的试验段，进行盾构机的穿越掘进，通过对盾构机试验段的掘进参数进行总结，得出盾构机穿越高速公路段时预设的刀盘转速、刀盘扭矩、推进油缸总推力、推进速度、上部土压力、出土量和同步注浆量的参数；

步骤五、穿越高速公路段施工：

步骤501、盾构施工参数控制：

步骤5011、盾构推进速度

在隧道盾构区域施工时，盾构掘进速度控制在40mm/min～60mm/min；

步骤5012、出土量

出土量控制在每环出土重量在117t～119t,出土方量在55m³～57m³，保持土仓压力大于水土压力0.3MPa～0.5MPa，保持土仓压力稳定；

步骤5013、盾构姿态

在穿越过程中，减少盾构纠偏量和纠偏次数，缩短盾构机停机时间，匀速掘进通过；

步骤502、盾构注浆：

步骤5021、洞内注浆

盾构掘进过程中,均匀、连续的向管片外围和土体之间的空隙注浆，注浆浆液为水泥单液浆；

步骤5022、洞内二次注浆

隧道盾构施工后，在盾尾2-3环处通过管片上的注浆孔向隧道外打设多根钢花管，对管片外围的土体二次注浆加固，二次注浆采用双液浆；

步骤5023、跟踪注浆

隧道盾构施工后，首先对步骤203中封存的注浆管进行解封，然后通过步骤203中封存的注浆管对盾尾5～8环处进行跟踪注浆。

上述的一种浅埋盾构隧道穿越高速公路的施工方法，其特征在于：所述注浆管为袖阀管。

上述的一种浅埋盾构隧道穿越高速公路的施工方法，其特征在于：所述斜坡注浆孔轴线与水平面的夹角为α，其中60°≤α≤70°。

上述的一种浅埋盾构隧道穿越高速公路的施工方法，其特征在于：所述步骤5022中的双液浆由A液和B液组成，其中A液为42.5级水泥和水，B液为水玻璃，其配比为水泥1000kg：水1000L：水玻璃250L。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明方法步骤简单、设计合理且施工方便，施工耗费的成本低。

2、本发明通过斜坡注浆孔和地面注浆孔对隧道盾构区域上方的加固区域进行注浆加固，使加固区域形成强度大、压缩性小和抗渗性高、稳定性良好的水泥土，避免了隧道盾构时，大沉降的发生，降低了盾构隧道对高速路面的影响，保证了施工人员的安全，降低了盾构难度，保证了隧道施工质量。

3、本发明通过使位于同一侧斜坡上的多个斜坡注浆孔互相平行设置，保证了对加固区域可以均匀充分的注浆，提高了注浆加固质量。

4、本发明通过封存的斜坡注浆孔和地面注浆孔对隧道进行跟踪注浆，进一步减小高速路面沉降量,减小隧道不均匀沉降量，降低了隧道施工对高速路面的影响。

5、本发明的斜坡注浆孔采用与水平面的夹角为60°～70°倾斜朝向高速路面下方，使得浆液可以深入到达高速路面正下方的加固区域，同时高速路面两侧的斜坡注浆孔注入的浆液可以相连在一起成为一个整体，形成一块完整的水泥土，提高对加固区域的加固效果。

6、本发明通过地面注浆孔往加固区域中注浆，浆液扩散到斜坡与地面相接处下方的加固区域，形成一块完整的水泥土，防止盾构到斜坡与地面的相接位置处下方时，因覆土压力的变化，引起大沉降的发生。

7、本发明通过在盾构时，洞内注浆、洞内二次注浆和跟踪注浆，确保了隧道注浆加固的质量，同时减小了沉降量，保证了隧道的安全稳定，降低了隧道施工对高速路面的影响。

8、本发明通过对盾构施工参数的控制，减少了土体的扰动，降低了隧道施工对高速路面的影响。

综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理、施工方便，通过在盾构施工前，开设斜坡注浆孔和地面注浆孔对位于隧道盾构区域上方的加固区域进行预注浆施工加固，保证了盾构隧道时人员的安全，降低了盾构施工的难度，保证了盾构施工期间高速公路地表的稳定，完成了浅埋盾构隧道穿越高速公路施工过程。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的施工方法流程图。

图2为本发明中预注浆施工结构的结构示意图。

图3为图2中去除注浆管后的俯视图。

图4为图3中预注浆施工完成后的结构示意图。

附图标记说明:

1—斜坡注浆孔； 2—地面注浆孔； 3—待建隧道拱顶面；

4—高速路面； 5—斜坡； 6—地面；

7—隧道盾构区域； 8—加固区域； 9—注浆管。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括以下步骤：

步骤一、施工准备：

步骤101、如图2所示，确定隧道盾构区域7和位于隧道盾构区域7上方的加固区域8地层情况；通过采用钻探的方法，探测到隧道盾构区域7和加固区域8均位于卵石土层；

步骤102、检修维护盾构机；

步骤二、预注浆施工：

步骤201、如图2和图3所示，在高速路面4两侧的斜坡5上开设多个斜坡注浆孔1，所述斜坡注浆孔1朝向高速路面4的下方倾斜布设，多个所述斜坡注浆孔1沿高速路面4的长度方向成行布设且沿斜坡5的宽度方向成列布设，多个所述斜坡注浆孔1的底部均与待建隧道拱顶面3相接触，位于同一侧斜坡5上的多个斜坡注浆孔1互相平行设置；设置斜坡注浆孔1的目的在于能够对高速路面4下方的加固区域8进行均匀充分的注浆，使得该加固区域8的土体得到加固，避免盾构时大沉降的发生；优选地，所述斜坡注浆孔1为多行多列布设在斜坡5上，相邻两行所述斜坡注浆孔1之间的行距为1.2m,相邻两列所述斜坡注浆孔1之间的列距为1m；

步骤202、如图2和图3所示，在斜坡5外侧的地面6上开设多个地面注浆孔2，多个所述地面注浆孔2沿高速路面4的长度方向成行布设且沿高速路面4的宽度方向成列布设，所述地面注浆孔2的轴线与水平面相垂直，多个所述地面注浆孔2的底部均与待建隧道拱顶面3相接触；设置地面注浆孔2的目的在于能够对斜坡5和地面6的相接位置处下方的加固区域8进行均匀充分的注浆，使得该加固区域8的土体得到加固，防止盾构到斜坡5与地面6的相接位置处下方时，因覆土压力的变化，引起大沉降的发生；优选地，所述地面注浆孔2为单列多行布设在单侧斜坡5外侧的地面6上，两个相邻的地面注浆孔2之间的距离为1m；

步骤203、如图2～4所示，在斜坡注浆孔1和地面注浆孔2中均安装注浆管9，对相邻的两个斜坡注浆孔1中的一个斜坡注浆孔1注浆，注浆高度不小于3m，注浆压力为0.4MPa～0.6MPa，注浆流量为15L/min～25L/min；确保每个注浆管9注入浆液的扩散半径不小于3m，浆液选用水泥单液浆；对相邻的两个斜坡注浆孔1中的另一个斜坡注浆孔1封存后保留待用，利用塑料膜封住未注浆的斜坡注浆孔1的孔口，防止杂物进入其内的注浆管9；对相邻的两个地面注浆孔2中的一个地面注浆孔2注浆，注浆高度不小于3m，注浆压力为0.4MPa～0.6MPa，注浆流量为15L/min～25L/min；确保每个注浆管9注入浆液的扩散半径不小于3m，浆液选用水泥单液浆；对相邻的两个地面注浆孔2中的另一个地面注浆孔2封存后保留待用，利用塑料膜封住未注浆的地面注浆孔2的孔口，防止杂物进入其内的注浆管9；

注浆采用循环注浆方式通过注浆泵将水泥单液浆从注浆管9均匀地注入加固区域8的土体中，以填充、渗透和挤密等方式，驱走卵石土层缝隙中的水分和气体，并填充其位置，通过水泥单液浆中所含矿物与土体中的水土分别发生水解、水化反应以及团粒作用等，形成悬浮胶体和团粒，硬化后形成强度大、压缩性小和抗渗性高、稳定性良好的水泥土；水泥土结硬后，土体的孔隙率和含水率降低，密度加大，同时由于水泥土挤压土体，使土体抗变形能力增加，提高了变形模量，从而防止高速公路在盾构隧道时土体坍塌；土体孔隙率降低后提高了土体的抗渗能力，减少地下水和周围水系对高速公路土体的水波动压力影响；注浆可以改善土体，快速形成止水帷幕，使其遏制土体运动；注浆还可以形成强度较高的水泥土，提高高速公路土体的变形能力；高速路面4两侧的多个斜坡注浆孔1倾斜伸向高速路面4的下方使得从多个斜坡注浆孔1注入的水泥单液浆互相连接，在高速路面4下方的加固区域内形成一块完整的水泥土，从而防止在盾构时大沉降的发生；

步骤三、设置沉降观测点：

在隧道盾构区域7上方的地表沿隧道轴线设置多个第一沉降观测点，在垂直于隧道轴线方向的高速公路区域设置多个观测断面,所述观测断面上设置多个第二沉降观测点；设置第一沉降观测点和第二沉降观测点的目的在于通过持续或周期性的对第一沉降观测点和第二沉降观测点位置处进行观测，确定第一沉降观测点和第二沉降观测点位置处的沉降量及沉降量变化趋势，及时获取沉降信息，避免大沉降的发生；

步骤四、试验段施工：

根据盾构线路情况、施工区域的地质及埋深情况，将下穿高速公路前的50～100环作为下穿高速公路的试验段，进行盾构机的穿越掘进，通过对盾构机试验段的掘进参数进行总结，得出盾构机穿越高速公路段时预设的刀盘转速、刀盘扭矩、推进油缸总推力、推进速度、上部土压力、出土量、同步注浆量的参数；通过试验段的掘进，以沉降观测点处观测到的数据作为盾构掘进参数优化调整的依据，在进入穿越高速公路段之前将盾构掘进参数实现最优化配置；

步骤五、穿越高速公路段施工：

步骤501、盾构施工参数控制：

步骤5011、盾构推进速度

在隧道盾构区域7施工时，盾构掘进速度控制在40mm/min～60mm/min；控制推进速度，使盾构机匀速慢速施工，减少盾构对土体的挠动，降低对高速路面4的影响；

步骤5012、出土量

出土量控制在每环出土重量在117t～119t,出土方量在55m³～57m³，保持土仓压力大于水土压力0.3MPa～0.5MPa，保持土仓压力稳定；土仓压力过大会导致地面隆起，土仓压力过小会引起地面下沉，保持土仓压力大于水土压力0.3MPa～0.5MPa,保证了盾构切口上方的土体微量隆起,以减小土体的后期沉降量,盾构过程中，要使出土量和盾构推进速度合理匹配，保证土仓压力的稳定；

步骤5013、盾构姿态

在穿越过程中，减少盾构纠偏量和纠偏次数，缩短盾构机停机时间，匀速掘进通过；因盾构进行平面或高程纠偏的过程中，会增加对土体的扰动，因此，在穿越过程中，在确保盾构正面沉降控制良好的情况下，尽可能使盾构匀速、直线通过，减少盾构纠偏量和纠偏次数；推进时不急纠、不猛纠；

步骤502、盾构注浆：

步骤5021、洞内注浆

盾构掘进过程中,均匀、连续的向管片外围和土体之间的空隙注浆，注浆浆液为水泥单液浆；洞内注浆采用水泥单液浆，水灰比为1：1，注浆压力控制在0.5MPa，每环注浆量控制在7.5m³～10m³之间；

步骤5022、洞内二次注浆

隧道盾构施工后，在盾尾2-3环处通过管片上的注浆孔向隧道外打设多根钢花管，对管片外围的土体二次注浆加固，二次注浆采用双液浆；通过二次注浆减少盾尾脱出后土体的沉降；

步骤5023、跟踪注浆

如图4所示，隧道盾构施工后，首先对步骤203中封存的注浆管9进行解封，去除封在斜坡注浆孔1和地面注浆孔2孔口的塑料膜，然后通过步骤203中封存的注浆管9对盾尾5～8环处进行跟踪注浆，这种跟踪注浆方式相比洞内跟踪注浆更加的方便快捷，注浆效率高；通过跟踪注浆进一步减少盾尾脱出后土体的沉降，跟踪注浆可以有效控制地表沉降,减小隧道不均匀沉降量,从而对隧道起到保护作用和一定的纠偏作用。

本实施例中，所述注浆管9为袖阀管，其优点在于，能利用比较高的压力进行注浆且降低了冒浆几率。

本实施例中，所述斜坡注浆孔1轴线与水平面的夹角为α，其中60°≤α≤70°，其优点在于，当60°≤α≤70°时，斜坡注浆孔1既可以保证朝向高速路面4下方的加固区域8倾斜，还能保证斜坡注浆孔1内的注浆管9注浆时浆液在水平方向的扩散半径达到要求。

本实施例中，所述步骤5022中的双液浆由A液和B液组成，其中A液为42.5级水泥和水，B液为水玻璃，其配比为水泥1000kg：水1000L：水玻璃250L。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。