盾构穿越孤石、漂石地层中密打孔的施工方法与流程

本发明涉及盾构施工技术领域，具体涉及一种盾构穿越孤石、漂石地层中密打孔的施工方法。

背景技术：

目前针对我国不同城市的多种地质条件，盾构法施工技术已不断成熟和完善，积累了大量成功案例学习和借鉴，但是围绕施工成本、工期、安全等方面，对于一些敏感地层的盾构机的适应性研究和施工技术管理，仍需面对很多现实问题。例如，虽然已有对孤石的盾构施工技术和处理方法，但关于卵石混合土地层中存在孤石、漂石给土压盾构施工带来的施工困难，还缺乏研究和相关考证。

技术实现要素：

本发明提供一种盾构穿越孤石、漂石地层中密打孔的施工方法，降低了盾构机的故障率，解决了盾构机穿越孤石或漂石地层频出故障的难题，提高了施工效率。

本发明提供的盾构穿越孤石、漂石地层中密打孔的施工方法，包括以下步骤：s1)在盾构机挖掘过程中遇到孤石、漂石导致盾构机刀盘故障的情况下，使用地震散射波探测方法对剩余线路地层中孤石、漂石的情况进行探测，得到所述剩余线路地层中孤石、漂石的分布情况；s2)根据剩余线路地层中孤石、漂石的分布情况，从地表对剩余线路进行地质钻孔取样，确定所述剩余线路中存在孤石、漂石的危险区域；s3)在所述危险区域内选取实验段，从地表以预定间距在所述实验段内打设多个破碎孔，通过所述破碎孔对孤石或漂石进行冲击破碎操作；s4)使用盾构机对所述实验段进行挖掘，收集挖掘参数；s5)在各项挖掘参数均在正常范围内的情况下，从地表对所述剩余线路的未挖掘段以预定间距打设多个破碎孔，通过所述破碎孔对孤石或漂石进行冲击破碎操作；s6)使用盾构机完成所述剩余线路的未挖掘段的挖掘施工。

优选地，所述步骤s1)使用地震散射波探测方法对剩余线路地层中孤石、漂石的情况进行探测，包括：在剩余线路地表间隔预定距离布置探测导线；在每条探测导线上布置多个与信号接收处理仪器连接的信号传感器；采用与信号接收处理仪器连接的敲击锤依次敲击各传感器位置地面以产生地震散射波，并通过传感器、导线将所述地震散射波反馈至终端信号接收处理仪器；通过所述终端信号接收处理仪器得出的各传感器位置的震动频率，得到剩余线路孤石、漂石分布图。

优选地，所述预定距离为2-3米。

优选地，所述施工方法还包括：在步骤s2)之后，对所述危险区域的取样进行检测，确定所述剩余线路危险区域地层中的孤石或漂石的强度；步骤s6)还包括，使用盾构机根据所述剩余线路危险区域地层中的孤石或漂石的强度，完成所述剩余线路的未挖掘段的挖掘施工。

优选地，所述步骤s3)中，从地表以预定间距打设多个破碎孔，通过所述破碎孔对孤石或漂石进行冲击破碎操作，包括：采用梅花型布孔方式，布置打设多个破碎孔；采用全液压多功能钻机通过所述破碎孔对孤石或漂石进行冲击破碎操作。

优选地，所述步骤s3)中，通过所述破碎孔对孤石或漂石进行冲击破碎操作之后，还包括：对所述多个破碎孔采用浆液进行封堵回填。

优选地，所述步骤s4)中，所述挖掘参数包括以下中的一者或多者：挖掘行程；盾构机土仓内土压；盾构机总推力；刀盘马达总扭矩；盾构机推进速度。

优选地，所述步骤s5)中，从地表对所述剩余线路的未挖掘段以预定间距打设多个破碎孔，通过所述破碎孔对孤石或漂石进行冲击破碎操作，包括：采用梅花型方式布置打设多个破碎孔；采用全液压多功能钻机通过所述破碎孔对孤石或漂石进行冲击破碎操作。

优选地，所述步骤s5)中，通过所述破碎孔对孤石或漂石进行冲击破碎操作之后，还包括：对所述多个破碎孔采用浆液进行封堵回填。

本发明提供的盾构穿越孤石、漂石地层中密打孔的施工方法，使用地震散射波探测方法对剩余线路地层中孤石、漂石的情况进行探测，得到剩余线路地层中孤石、漂石的分布情况，以指导后续的盾构机挖掘工作；通过地质钻孔取样验证得到剩余线路孤石、漂石分布图的准确性，同时将孤石或漂石分布密集区域，确定为剩余线路存在孤石、漂石的危险区域；在所述危险区域内选取实验段，从地表以预定间距在所述实验段内打设多个破碎孔，通过所述破碎孔对孤石或漂石进行冲击破碎操作；使用盾构机对所述实验段进行挖掘，收集挖掘参数，以判断上述方案是否有效和可行，能够保证盾构机的正常掘进，为后续施工提供数据支撑；在各项挖掘参数均在正常范围内的情况下，从地表对剩余线路的未挖掘段以预定间距打设多个破碎孔，通过所述破碎孔对孤石或漂石进行冲击破碎操作；使用盾构机完成剩余线路的未挖掘段的挖掘施工，降低了盾构机的故障率，解决了盾构机穿越孤石或漂石地层频出故障的难题，提高了施工效率。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是根据本发明实施方式的盾构穿越孤石、漂石地层中密打孔的施工方法的步骤流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

下面结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细描述。

如图1所示，本发明提供一种盾构穿越孤石、漂石地层中密打孔的施工方法，包括以下步骤：s1)在盾构机挖掘过程中遇到孤石、漂石导致盾构机刀盘故障的情况下，使用地震散射波探测方法对剩余线路地层中孤石、漂石的情况进行探测，得到所述剩余线路地层中孤石、漂石的分布情况；s2)根据剩余线路地层中孤石、漂石的分布情况，从地表对剩余线路进行地质钻孔取样，确定所述剩余线路中存在孤石、漂石的危险区域；s3)在所述危险区域内选取实验段，从地表以预定间距在所述实验段内打设多个破碎孔，通过所述破碎孔对孤石或漂石进行冲击破碎操作；s4)使用盾构机对所述实验段进行挖掘，收集挖掘参数；s5)在各项挖掘参数均在正常范围内的情况下，从地表对所述剩余线路的未挖掘段以预定间距打设多个破碎孔，通过所述破碎孔对孤石或漂石进行冲击破碎操作；s6)使用盾构机完成所述剩余线路的未挖掘段的挖掘施工。

在盾构机施工过程中，当开挖土体中出现大粒径的孤石或漂石，容易导致盾构机的螺旋机卡顿或卡死，刀盘出现卡死跳停的故障，使得盾构机无法推进，影响挖掘进度。根据本发明的技术方案，所述施工方法包括步骤：s1)在盾构机挖掘过程中遇到孤石、漂石导致盾构机刀盘故障的情况下，使用地震散射波探测方法对剩余线路地层中孤石、漂石的情况进行探测，得到剩余线路地层中孤石、漂石的分布情况，以按照剩余线路地层中孤石、漂石的分布情况，指导后续的盾构机挖掘工作。

根据本发明的一种实施方式，所述步骤s1)使用地震散射波探测方法对剩余线路地层中孤石、漂石的情况进行探测，包括：在剩余线路地表间隔预定距离布置探测导线；在每条探测导线上布置多个与信号接收处理仪器连接的信号传感器；采用与信号接收处理仪器连接的敲击锤依次敲击各传感器位置地面以产生地震散射波，并通过传感器、导线将所述地震散射波反馈至终端信号接收处理仪器；通过所述终端信号接收处理仪器得出的各传感器位置的震动频率，得到剩余线路孤石、漂石分布图。

所述终端信号接收处理仪器根据不同敲击点的波速数据，得到二位波速剖面图，成像的物理量是地层的纵波速度，若敲击点下方的地层中存在较大快的孤石或漂石，该敲击点下地层的波速会比小块卵石的地层的波速高，因此波速的高低可以作为判断是否有大块粒径的孤石或漂石存在的依据。

根据本发明的一种实施方式，优选地，所述预定距离为2-3米。例如，单条探测导线的探测宽度为2米，则在6米宽的隧道轮廓范围内需要布置3条探测导线；在每条探测导线上以1米间距布置信号传感器，以得到覆盖整个隧道轮廓范围的波频率数据。

根据本发明的技术方案，步骤：s2)根据剩余线路地层中孤石、漂石的分布情况，从地表对剩余线路进行地质钻孔取样，确定剩余线路存在孤石、漂石的危险区域。通过地质钻孔取样验证得到剩余线路孤石、漂石分布图的准确性，同时将孤石或漂石分布密集区域，确定为剩余线路存在孤石、漂石的危险区域。

根据本发明的一种实施方式，优选地，所述施工方法还包括：在步骤s2)之后，对所述危险区域的取样进行检测，确定所述剩余线路危险区域地层中的孤石或漂石的强度；步骤s6)还包括：使用盾构机根据所述剩余线路危险区域地层中的孤石或漂石的强度，完成所述剩余线路的未挖掘段的挖掘施工。例如，若孤石或漂石的强度较高，则盾构机需要更大的推力和扭矩通过所述剩余线路危险区域。

根据本发明的技术方案，步骤：s3)在所述危险区域内选取实验段，从地表以预定间距在所述实验段内打设多个破碎孔，通过所述破碎孔对孤石或漂石进行冲击破碎操作。

为保证盾构机正常掘进，破碎后的石头粒径应控制在30cm以内，优选地，采用孔位间排距45cm梅花型布孔方式，选取钻头直径为130mm，套管直径为142mm。钻机额定功率75kw，输出扭矩15000n﹒m，正常钻进扭矩6000-7000n﹒m，遭遇孤石、漂石后，功率及扭矩均有大幅突变，且钻杆无进尺，此时启动高压气带动钻头进行高频的冲击振动，将孤石或漂石破碎。

根据本发明的一种实施方式，优选地，所述步骤s3)中，从地表以预定间距打设多个破碎孔，通过所述破碎孔对孤石或漂石进行冲击破碎操作，包括：采用梅花型布孔方式，布置打设多个破碎孔；采用全液压多功能钻机通过所述破碎孔对孤石或漂石进行冲击破碎操作。

考虑密集的钻孔造成原始地层的频繁扰动，势必在地层中残留很多空隙和空洞，对于盾构施工来说，地层漏气、漏浆对掌子面稳定非常不利，在土压平衡盾构掘进时掌子面的土压平衡难以建立，造成盾构掘进困难，引起地面沉降超限，甚至地面坍塌的重大风险，根据本发明的一种实施方式，优选地，所述步骤s3)中，通过所述破碎孔对孤石或漂石进行冲击破碎操作之后，还包括：对所述多个破碎孔采用浆液进行封堵回填。例如，使用单浆液进行封堵回填实现保压，利用浆液填充地层中的空隙，同时还能提高地层的自稳性；若区间地下水位线处于隧道洞身范围以上，水系范围内回填注浆采用水泥水玻璃双浆液进行封堵。

根据本发明的技术方案，步骤：s4)使用盾构机对所述实验段进行挖掘，收集挖掘参数，以判断上述方案是否有效和可行，能够保证盾构机的正常掘进，为后续施工提供数据支撑。

根据本发明的一种实施方式，优选地，所述步骤s4)中，所述挖掘参数包括以下中的一者或多者：挖掘行程；盾构机土仓内土压；盾构机总推力；刀盘马达总扭矩；盾构机推进速度。通过采集到的上述挖掘参数，判断盾构机是否能够恢复正常掘进，例如，与破碎孤石或漂石之前的情况比较，盾构机土仓内土压降低，盾构机总推力和刀盘马达总扭矩减小，盾构机推进速度加快，判断破碎孤石或漂石达到了良好的效果，可以按照上述方式对剩余线路的未挖掘段进行施工，提高了施工的效率。

并且可以结合出渣情况进行分析，其中10-20cm粒径碎石含量约占20％，单边30cm以上粒径石头偶有出现，且排出石块均有不同程度的破损痕迹，直观反映了密打孔破碎孤石或漂石的处理效果，为后续孤石或漂石段处理方案的制定提供了参考。

根据本发明的技术方案，步骤：s5)在各项挖掘参数均在正常范围内的情况下，从地表对剩余线路的未挖掘段以预定间距打设多个破碎孔，通过所述破碎孔对孤石或漂石进行冲击破碎操作，能够为盾构机的顺利推进提供保证。

根据本发明的一种实施方式，优选地，所述步骤s5)中，从地表对所述剩余线路的未挖掘段以预定间距打设多个破碎孔，通过所述破碎孔对孤石或漂石进行冲击破碎操作，包括：采用梅花型方式布置打设多个破碎孔；采用全液压多功能钻机通过所述破碎孔对孤石或漂石进行冲击破碎操作，破碎效果好，有利于提高盾构机的推进速度。

根据本发明的技术方案，步骤：s6)使用盾构机完成剩余线路的未挖掘段的挖掘施工，降低了盾构机的故障率，解决了盾构机穿越孤石或漂石地层频出故障的难题，提高了施工效率。

根据本发明的一种实施方式，所述步骤s5)中，通过所述破碎孔对孤石或漂石进行冲击破碎操作之后，还包括：对所述多个破碎孔采用浆液进行封堵回填。优选地，使用单浆液进行封堵回填实现保压，利用浆液填充地层中的空隙，同时还能提高地层的自稳性；若区间地下水位线处于隧道洞身范围以上，水系范围内回填注浆采用水泥水玻璃双浆液进行封堵。

本发明的目的是提供一种盾构穿越孤石、漂石地层中密打孔的施工方法，使用地震散射波探测方法对剩余线路地层中孤石、漂石的情况进行探测，得到剩余线路地层中孤石、漂石的分布情况，以指导后续的盾构机挖掘工作；通过地质钻孔取样验证得到剩余线路孤石、漂石分布图的准确性，同时将孤石或漂石分布密集区域，确定为剩余线路存在孤石、漂石的危险区域；在所述危险区域内选取实验段，从地表以预定间距在所述实验段内打设多个破碎孔，通过所述破碎孔对孤石或漂石进行冲击破碎操作；使用盾构机对所述实验段进行挖掘，收集挖掘参数，以判断上述方案是否有效和可行，能够保证盾构机的正常掘进，为后续施工提供数据支撑；在各项挖掘参数均在正常范围内的情况下，从地表对剩余线路的未挖掘段以预定间距打设多个破碎孔，通过所述破碎孔对孤石或漂石进行冲击破碎操作；使用盾构机完成剩余线路的未挖掘段的挖掘施工，降低了盾构机的故障率，解决了盾构机穿越孤石或漂石地层频出故障的难题，提高了施工效率。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。