专利名称：盾构隧道施工检修环境的形成方法
技术领域：
本发明涉及隧道的盾构施工方法，特别涉及一种盾构隧道施工检修环 境的形成方法，属于建筑工程领域。
背景技术：
20世纪以来，世界各国隧道盾构掘进工程技术取得了突飞猛进的进步， 并已取得了显著的成就，大直径、长距离的跨海越江隧道己经越来越多地 出现在国家间、地区间和城市间的公路、铁路交通工程中。在这些大直径、 长距离的隧道工程的施工过程中，由于各地区不同的地质水文条件、地下 不明障碍物的存在、施工设备的故障以及设备本身的使用寿命等因素，所 以无论采用何种类型的盾构机进行掘进施工，均存在着半途中在地下或水 底对盾构设备(刀具、盾尾密封、推进千斤顶等)进行检修或更换的可能， 尤其是在长距离越江隧道的施工中盾构设备的检修更是不可避免的，因此， 必须根据理论计算、模拟试验和积累的经验，考虑盾构施工阶段中的设备 检修和更换，设计出盾构设备检修、更换的技术方案并进行相应的可行性 研究，同时针对可能出现的突发紧急情况制定出应对措施。目前在国内的隧道施工中尚无成熟的检修和更换盾构设备的施工经 验，特别是没有在江河底下检修和更换设备的施工实例和经验。经对现有 技术的文献检索发现，陆永芳发表的文章《盾构施工中的刀具更换》(《山 西建筑》，2006.32 (11) P316-317)提出了 "从地面进行地层加固"和"压 气作业"两种方法。其中，"从地面进行地层加固"的方法"采用注浆、旋 喷桩或者搅拌桩进行加固，主要加固盾构机刀盘前方、上方和附近周围的 土体，加固施工完成后在盾构机刀盘土舱的上方及前方形成一个包裹的加固体，起到止水和挡土的作用。"但是该方法的主要缺点是受到隧道埋深和 地面建筑物、地表环境条件的极大限制。"压气作业"是指"通过对盾构机 土舱内注入压縮空气，使盾构机前端土舱与外界土层形成一个密闭的压气 空间，以压縮空气为压力介质保证土层稳定，并能够阻止地下水流入到土 舱内，使得作业人员能够安全进入稳定的气压空间内，进行盾构机刀具的 检査及更换工作。"但其存在的主要缺点是气压作业的风险较大，压气作业 过程中由于操作不当或者意外事故会导致作业人员的减压病，此外作业人 员还必须经过专门的培训。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的问题，提供一种 盾构隧道施工检修环境的形成方法，其不受隧道埋深和地面建筑物、地表 环境条件的限制，具有操作安全性高、环境适用性强的优点。 本发明解决其技术问题所采取的技术方案如下 一种盾构隧道施工检修环境的形成方法，其具体步骤如下(1) 根据施工隧道所处地段的地质资料和所用盾构机的技术参数，确 定需要检修或更换的盾构设备及其部位、数量以及对盾构外土体加固的形 式、范围和加固强度；(2) 由盾构内部向盾构外部钻孔，将加固管路伸出盾构外部，形成加 固管路网； '(3) 对盾构外部土体进行加固。 本发明所述的盾构隧道施工检修环境的形成方法，其步骤(1)的具体内容为，在施工中实时监测盾构设i的使用情况以及盾构掘进过程中各施 工参数的变化情况，根据施工隧道所处地段的地质资料和所用盾构机的技 术参数，结合以往的施工经验和当前盾构的掘进状态，检査盾构设备的耗情况，确定需要进行检修或更换的盾构设备及其所处部位和数量，在此 基础上确定对盾构外土体进行加固的方法形式及总体范围，然后依据现有 的设计规范和计算方法确定准确的土体加固范围和加固强度，再确定实际 所需加固管路的大小、长度和数量；步骤(2)的具体内容为将若干加固 管路依照所述步骤(1)所确定的大小、长度和数量，由盾构内部通过位于 盾构头部胸板和盾尾上的预留孔，向盾构外部依次伸出，在盾构外部周围 的土体中形成一个加固管路网，所述预留孔上设置有止水阀，使加固管路 与预留孔间达到密封，以保证盾构外部的水土不会涌入盾构内；步骤(3) 的具体内容为通过步骤(2)所形成的加固管路网对周围土体进行加固， 加固过程中要进行实时监控，通过盾构头部胸板上留有的观察孔取样测试 土体加固强度并观察土体渗水情况，当土体加固强度达到要求后，不直接 拆除加固管路，而是保留加固管路在原位；完成步骤(1)至(3)的操作 之后，在盾构设备检修或更换的全过程中，随时观察测试土体，必要时对 土体进行补充加固以确保土体强度始终达到要求。与现有技术不同的是，本发明所述的盾构隧道施工检修环境的形成方 法对土体的加固过程不需要从地面上进行，而是由盾构内部向盾构外部周 围区域土体中钻孔并对周围土体直接进行有效的加固，形成抵御外部水土 压力和高压水渗透的帷幕，为检修人员创造一个安全可靠的施工环境。本 发明所述方法既克服了 "从地面进行地层加固"的方法受到隧道埋深和地 表建筑物及环境条件限制的缺陷，又避免了 "压气作业"方法中气压作业 环境对操作人员安全和健康可能造成的危险或危害。本发明为隧道的盾构 施工，尤其是大直径、长距离的盾构隧道工程在江河底下施工进行盾构设 备检修更换或者排除不明障碍物，提供了一种更安全可靠的检修环境的形 成方法，从而保证操作人员能够在安全的环境下进行盾构设备的检修或更换作业。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。本实施例采用了本 发明的技术方案进行施工，其给出了详细的实施方式和具体的操作过程， 但本发明的保护范围不局限于下述的实施例。以某盾构隧道施工工程为例，在施工过程中对盾构设备的使用情况以 及盾构掘进中各施工参数的变化情况进行了实时监测，其采用本发明所述 盾构隧道施工检修环境的形成方法在施工中进行了盾构设备的检修和更 换。第一步，当盾构掘进到第1500环时，通过检査盾构设备的损耗情况， 发现盾构刀盘上的部分刀具磨损较大而严重影响盾构刀盘切削土体的效 率，此时，盾构处于6)3土层(即粉质粘土层)中，盾构顶部覆土厚度25 30m，河床面以上水位约6.0m，属于深覆土，高水压状态。于是根据上述 施工隧道所处地段的地质资料和盾构机的技术参数，结合以往的施工经验 和当前盾构的掘进状态，确定对盾构刀盘上的刀具进行检修和更换，并且确定了该刀具所处部位和数量；同时在此基础上确定对盾构外土体进行加 固的方法形式及总体范围为由盾构内向外伸出管路并对盾构外刀盘前方、 上方及周围土体进行加固；然后依据现有的设计规范和计算方法确定准确 的土体加固范围和加固强度技术指标加固体厚度6.0m，加固体弯拉强度 2. lMPa;最后再确定实际需用加固管路的大小为0)89X6 mm的20tt低碳无 缝钢管、长度为9. 6 14. 6 m和数量共计444根。第二步，首先清理盾构头部胸板或盾尾；其次将若干加固管路依照第 一步所确定的大小、长度和数量连接到位于盾构头部胸板和盾尾上的预留 孔内侧并密封；然后打开预留孔上设置的止水阀，由盾构内部向盾构外部 钻孔，将上述加固管路由盾构内部向盾构外部依次缓慢伸出，在盾构外部周围的土体中形成一个加固管路网，加固管路的伸出顺序为先内圈后外圈、 由顶部沿顺时针方向依次伸出。这一过程中，要求严格控制向外伸出的加 固管路长度和数量等，止水阀应使加固管路与盾构头部胸板或盾尾上的预 留孔达到密封，确保盾构外部的水土不会涌入盾构内。第三步，将第一步所形成的加固管路网连接到加固设备上，并且对周 围土体进行加固。加固过程中要进行实时监控，通过盾构头部胸板上留有 的观察孔进行取样测试土体加固强度并观察土体渗水情况。当土体加固强 度达到要求后，不直接拆除加固管路，而是保留加固管路在原位。完成上述第一至第三步的操作之后，在盾构设备检修或更换的全过程 中随时观察测试土体，当土体强度低于第一步中所确定的加固土体强度值 或加固土体厚度小于第一步中所确定的加固土体厚度值时，对土体进行补 充加固以确保土体强度始终达到要求。本实施例应用本发明所述的方法后达到了良好的实际效果经加固后 的土体强度达到了要求，在进行盾构刀盘上受损刀具的检修和更换作业过 程中，没有发生外部水土涌入和渗水现象，安全地完成了操作作业。
权利要求
1、一种盾构隧道施工检修环境的形成方法，其特征在于具体步骤如下(1)根据施工隧道所处地段的地质资料和所用盾构机的技术参数，确定需要检修或更换的盾构设备及其部位、数量以及对盾构外土体加固的形式、范围和加固强度；(2)由盾构内部向盾构外部钻孔，将加固管路伸出盾构外部，形成加固管路网；(3)对盾构外部土体进行加固。
2、 根据权利要求1所述的盾构隧道施工检修环境的形成方法，其特征在 于所述步骤(1)的具体内容为在施工中实时监测盾构设备的使用情况以 及盾构掘进过程中各施工参数的变化情况；根据施工隧道所处地段的地质资料 和所用盾构机的技术参数，结合以往的施工经验和当前盾构的掘进状态，检査 盾构设备的损耗情况，确定需要进行检修或更换的盾构设备及其所处部位和数 量；在此基础上确定对盾构外土体进行加固的方法形式及总体范围，然后依据 现有的设计规范和计算方法确定准确的土体加固范围和加固强度，再确定实际 所需加固管路的大小、长度和数量。
3、 根据权利要求2所述的盾构隧道施工检修环境的形成方法，其特征在 于所述步骤(2)的具体内容为将若干加固管路依照所述步骤(1)所确定 的大小、长度和数量，由盾构内部通过位于盾构头部胸板和盾尾上的预留孔， 向盾构外部依次伸出，在盾构外部周围的土体中形成一个加固管路网。
4、 根据权利要求3所述的盾构隧道施工检修环境的形成方法，其特征在 于所述预留孔上设置有止水阀，使加固管路与预留孔间达到密封，以保证盾 构外部的水土不会涌入盾构内。
5、 根据权利要求3或4所述的盾构隧道施工检修环境的形成方法，其特 征在于所述步骤(3)的具体内容为通过步骤(2)所形成的加固管路网对 周围土体进行加固，加固过程中要进行实时监控，通过盾构头部胸板上留有的 观察孔取样测试土体加固强度并观察土体渗水情况。
6、 根据权利要求5所述的盾构隧道施工检修环境的形成方法，其特征在于所述步骤(3)中，当土体加固强度达到要求后，不直接拆除加固管路， 而是保留加固管路在原位。
7、根据权利要求1或6所述的盾构隧道施工检修环境的形成方法，其特征在于完成步骤(1)至(3)的操作之后，在盾构设备检修或更换的全过程 中，随时观察测试土体，必要时对土体进行补充加固以确保土体强度始终达到 要求。
全文摘要
本发明公开了一种盾构隧道施工检修环境的形成方法，其具体步骤如下(1)根据施工隧道所处地段的地质资料和所用盾构机的技术参数，确定需要检修或更换的盾构设备及其部位、数量以及对盾构外土体加固的形式、范围和加固强度；(2)由盾构内部向盾构外部钻孔，将加固管路伸出盾构外部，形成加固管路网；(3)对盾构外部土体进行加固。本发明既不受隧道埋深和地表建筑物及环境条件的限制，又避免了气压环境对人员安全健康可能造成的危害，因而具有安全性高、适用性强的优点，为隧道的盾构施工，尤其是大直径、长距离的隧道工程在江河底下进行盾构设备检修更换提供了一种安全可靠的作业环境的形成方法，从而保证操作人员的作业安全。
文档编号E21D9/06GK101251016SQ20081003550
公开日2008年8月27日 申请日期2008年4月2日 优先权日2008年4月2日
发明者凌宇峰, 巴雅吉呼, 张冠军, 段创峰, 丽 滕, 王吉云, 黄均龙 申请人:上海隧道工程股份有限公司