一种适用于硬塑性膨胀粘土地层的停机方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是适用于硬塑性膨胀粘土地层的停机方法，属于地下工程领域。
【背景技术】
[0002]由于我国地质条件复杂多变，盾构施工工序也十分繁琐，经常出现盾构机刀盘刀具磨损严重、刀盘结饼、泥浆栗堵塞等情况，而不得不需要进行停机维修等作业，不仅盾构掘进效率低，而且对施工安全和周围环境造成不利影响。目前，频繁停机开舱已经成为我国盾构技术的一个明显的特点，也极大的制约了我国盾构技术的发展。随着我国各大城市大型越江过湖隧道的发展，盾构穿越硬塑性膨胀粘土地层已经成为盾构施工领域的新挑战，尤其是泥水盾构在具有遇水崩解和膨胀特性硬塑性粘土地层中停机时如何保证开挖面稳定、防止地面塌陷，实现安全停机，已成为中国盾构施工企业极为关注的技术问题。目前国内外关于盾构施工引起的地层变形以及开挖面破坏方面的研究大多都在讨论特定地层和施工工况下的沉降及稳定控制问题，但这些研究并没有涉及硬塑性膨胀粘土中盾构在停机保压状态下的开挖面破坏或地表坍塌的报道，然而在实际硬塑性膨胀粘土工程施工过程中屡次在泥水盾构停机检修时地表出现塌陷的现象。为了保证泥水盾构在硬塑性膨胀粘土地层中安全地进行停机维修作业，提出一种考虑停机地点、停机时间、泥浆性质和注浆量的停机施工方法，以防止因盾构停机引起的地表塌陷。使用这种方法进行停机，保证开挖面的稳定性，防止地表塌陷，为盾构检修作业提供了安全可靠的停机的环境，解决了在硬塑性膨胀粘土地层中进行停机维修时开挖面破坏和地表塌陷等问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服上述缺陷，提出一种在硬塑性粘土地层中考虑停机地点、停机时间、泥浆性质和注浆量、解决了在硬塑性膨胀粘土地层中进行停机维修时开挖面破坏和地表塌陷等问题的适用于硬塑性膨胀粘土地层的停机方法。
[0004]为了实现上述发明目的，本发明所采取的技术方案为:一种适用于硬塑性膨胀粘土地层的停机方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0005]I)根据盾构施工路线提前选择合理的停机位置和停机时间；
[0006]2)在所述盾构刀盘到达所述预设停机位置之前，提前采用具有高密度、低渗透性的泥浆置换所述盾构机压力舱中的掘进泥浆，在所述盾构机停机时停止泥浆循环，并保持所述盾构机泥水舱泥水压力；
[0007]3)在所述盾构机恢复掘进后逐渐以低密度泥浆置换高密度、低渗透性的泥浆，并且增大所述盾构机盾尾壁后注浆量，直至盾尾通过所述停机位置后一段距离。
[0008]前述的一种适用于硬塑性膨胀粘土地层的停机方法，所述步骤I)中停机位置选择空旷无重要建筑物和无地下管线地带，停机时间根据硬塑性膨胀土室内浸水崩解、膨胀试验和数值模拟确定，控制在2?3天。
[0009]前述的一种适用于硬塑性膨胀粘土地层的停机方法，所述步骤2)中盾构机开始置换掘进泥浆位置为所述盾构机刀盘距离所述预设停机位置大约0.8D?1.2D，D为盾构机外径，所述高密度、低渗透性泥楽为密度1.18g/cm3-l.22g/cm3的膨润土泥楽，在所述盾构机刀盘到达所述预设停机位置时停止泥浆循环，保持所述盾构机泥水舱泥浆压力为正常施工状态下的泥浆压力，该压力根据所述盾构埋深、地质条件及地下水位线确定。
[0010]前述的一种适用于硬塑性膨胀粘土地层的停机方法，所述步骤3)低密度泥浆为所述盾构机正常施工状态下的掘进泥浆，所述盾构在恢复掘进后盾尾壁后注浆量为
1.1T?1.2T，T为所述盾构正常施工状态下壁后注浆量，根据盾构开挖直径和隧道外径以及地层条件综合确定，直到所述盾构盾尾离开所述停机位置0.8D?1.2D，D为盾构机外径。
[0011]本发明的优点在于主动选择停机位置降低停机风险，并考虑硬塑性膨胀土遇水崩解、膨胀特性，利用高密度、低渗透性泥浆减小泥浆对地层的渗透量，利用短时间停机和停止泥浆循环减少刀盘前方土体的崩解和膨胀，并在恢复掘进后通过增大注浆量减小后期沉降，克服了硬塑性膨胀粘土特殊地质条件导致难以停机的困难，解决了开挖面失稳和地表塌陷等问题。而且本发明所涉及的工艺流程简单，无需增加其他设备，是一种简单易行、经济合理的适用于硬塑性膨胀粘土地层的盾构停机方法。
[0012]说明书附图:
[0013]图1为本发明的停机方法中盾构刀盘离A的距离为0.8D?1.2D的示意图；
[0014]图2为本发明的停机方法中盾构刀盘到达A点的示意图；
[0015]图3为本发明的停机方法中盾尾离开A点距离为0.8D?1.2D的示意图。
[0016]其中:1、硬塑性膨胀粘土地层；2、盾构机；3、刀盘；4、泥水舱；5、掘进泥浆；6、壁后注浆；7、衬砌；8、高密度、低渗透性泥浆；9、增加的壁后注浆
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行说明。
[0018]本发明设计了一种硬塑性膨胀粘土地层泥水盾构“选点短停机，高密度、低渗透性泥浆支护，充分壁后注浆”的停机施工方法，以防止因盾构停机引起的地表塌陷。主要包括停机前选择性避开重要、危险建筑区域进行停机，降低施工风险；停机时利用高密度、低渗透性泥浆进行泥浆支护，并保持停机时间为3天以内，减少因泥浆浸润导致的刀盘前方粘土崩解软化、膨胀和坍塌；恢复掘进时在停机位置增大注浆量以充填地层局部塌孔。此种停机方法，可以有效地防止硬塑性膨胀粘土地层I盾构停机时刀盘前方土体的崩解、软化和坍塌，保障盾构停机时地表稳定性，实现在硬塑性地层中进行安全停机，且操作简单、经济合理，是一种较为适合我国目前国情的在硬塑性膨胀粘土地层中进行泥水盾构施工时的停机方法。
[0019]首先在盾构停机前主动选择地表无重要建筑物的停机位置A，此时盾构机盾尾壁后注浆6、位于盾构机后方的衬砌7如图1所示，在盾构刀盘3距离预设停机位置A里程约为0.8D?1.2D(D为盾构外径)时，用高密度、低渗透性的泥浆8置换盾构机压力舱中的掘进泥浆5并保持泥浆循环；在盾构刀盘3到达预设停机位置A时(如图2所示)，停止泥浆循环并保持泥水舱4泥浆压力为正常掘进状态下泥浆压力；盾构机2停机到预定停机时间(一般2?3天)时，恢复掘进，并逐渐以正常施工状态下的掘进泥浆5进行置换，并且增大盾尾壁后注浆量至总注浆量为1.1T?1.2T(T为盾构正常施工状态下壁后注浆量，增加后的壁后注浆9如图3)，直至盾构盾尾离开停机位置A的距离为0.8D?1.2D(D为盾构机外径)，如图3所示。
[0020]该工法可以有效地防止硬塑性膨胀粘土地层盾构停机时刀盘前方土体的崩解、软化、膨胀和坍塌，保障盾构停机时地表稳定性，实现在硬塑性地层中进行安全停机。该工法先根据盾构施工路线提前选择合理的停机位置，降低施工风险；停机时利用高密度、低渗透性泥浆进行泥水支护，并保持停机时间为3天以内，减少因泥浆浸润导致的刀盘前方粘土崩解软化和坍塌；恢复掘进时在停机位置增大注浆量以充填地层局部塌孔，以减少后续沉降。
[0021]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种适用于硬塑性膨胀粘土地层的停机方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)根据盾构施工路线提前选择合理的停机位置和停机时间； 2)在所述盾构刀盘到达所述预设停机位置之前，提前采用具有高密度、低渗透性的泥浆置换所述盾构机压力舱中的掘进泥浆，在所述盾构机停机时停止泥浆循环，并保持所述盾构机泥水舱泥水压力； 3)在所述盾构机恢复掘进后逐渐以低密度泥浆置换高密度、低渗透性的泥浆，并且增大所述盾构机盾尾壁后注浆量，直至盾尾通过所述停机位置后一段距离。2.根据权利要求1所述的一种适用于硬塑性膨胀粘土地层的停机方法，其特征在于，所述步骤I)中停机位置选择空旷无重要建筑物和无地下管线地带，停机时间根据硬塑性膨胀土室内浸水崩解、膨胀试验和数值模拟确定，控制在2~3天。3.根据权利要求1所述的一种适用于硬塑性膨胀粘土地层的停机方法，其特征在于，所述步骤2)中盾构机开始置换掘进泥浆位置为所述盾构机刀盘距离所述预设停机位置大约0.8D-1.2D，D为盾构机外径，所述高密度、低渗透性泥浆为密度1.18g/cm3~l.22g/cm3的膨润土泥浆，在所述盾构机刀盘到达所述预设停机位置时停止泥浆循环，保持所述盾构机泥水舱泥浆压力为正常施工状态下的泥浆压力，该压力根据所述盾构埋深、地质条件及地下水位线确定。4.根据权利要求1所述的一种适用于硬塑性膨胀粘土地层的停机方法，其特征在于，所述步骤3)低密度泥浆为所述盾构机正常施工状态下的掘进泥浆，所述盾构在恢复掘进后盾尾壁后注浆量为1.1T-1.2T，T为所述盾构正常施工状态下壁后注浆量，根据盾构开挖直径和隧道外径以及地层条件综合确定，直到所述盾构盾尾离开所述停机位置0.8D-1.2D，D为盾构机外径。
【专利摘要】本发明涉及的是适用于硬塑性膨胀粘土地层的停机方法，属于地下工程领域。主要包括停机前选择性避开重要、危险建筑区域进行停机，降低施工风险；停机时利用高密度、低渗透性泥浆进行泥浆支护，并保持停机时间为3天以内，减少因泥浆浸入导致的刀盘前方粘土崩解、软化、膨胀和坍塌；恢复掘进时在停机位置增大注浆量以充填地层局部塌孔。此种停机方法，可以有效地防止硬塑性膨胀粘土地层盾构停机时刀盘前方土体的崩解、软化、膨胀和坍塌，保障盾构停机时地表稳定性，实现在硬塑性地层中进行安全停机，且操作简单、经济合理，是一种较为适合我国目前国情的在硬塑性膨胀粘土地层中进行泥水盾构施工时的停机方法。
【IPC分类】E21D9/093, E21D9/08
【公开号】CN105156124
【申请号】CN201510406805
【发明人】闵凡路, 张亚洲, 张宁
【申请人】河海大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年7月10日