专利名称：一种泥水盾构施工地下障碍物快速清除方法
技术领域：
本发明属于地铁盾构隧道施工技术领域，具体涉及一种泥水盾构施工地下障碍物快速清除方法。
背景技术：
地铁盾构施工具有高度的机械化、自动化，不影响地面交通，对周围建(构)筑物影响较小，适应软弱地质条件，施工速度快等优点，在城市地铁工程中得到广泛应用。目前已经成为国内外城市地铁隧道的主要施工方法。由于城市建设难免遗留钢管等不明障碍物，故在城市地铁盾构隧道施工过程中难免需要对这些不明障碍物进行清理。而城市地铁盾构隧道施工地质条件及周边环境复杂，障碍物处理本身风险较高，易对周边环境产生破坏甚至造成人员伤亡，故选取适当的清障方法就显得尤为重要。目前地铁施工中比较常见的地下障碍物主要有以下几种地下残留桩基、孤石、钻杆及其它不明障碍物(如炮弹、钢管等)。目前，工程中清除地下障碍物的方法很多，按照操作要求可分为人工清障和大型机械清障。而常见的人工清障方法有竖井开挖、直接带压进仓清除、定向爆破、冷冻加固后进仓清除。综合工程造价、施工工期、施工安全等方面考虑，基于冷冻法加固的地下障碍物处理是相对安全快捷的处理方法。综上所述，鉴于城市地铁建设工期要求和安全性保障，液氮冷冻下的泥水泥水盾构施工地下障碍物快速清除方法能有效降低和控制工程安全风险，具有重要的工程意义和推广应用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种泥水盾构施工地下障碍物快速清除方法，该方法能够快速有效清除地铁泥水盾构施工中碰到的地下不明障碍物，保证施工工期和周边建构筑物的安全性，为城市地铁隧道泥水盾构施工的正常掘进提供必要条件。为实现上述技术目的，本发明提供的方案是一种泥水盾构施工地下障碍物快速清除方法，其特征在于所述方法包含如下步骤
1)调查施工区域范围内的地下障碍物情况，分析障碍物的大小及分布情况；根据实地踏勘的施工场地环境，设计冷冻施工范围及冷冻管埋深、冷冻时间、冷冻温度的参数；
2)垂直钻设冷冻孔和测温孔，钻孔至设计深度，分别向冷冻孔和测温孔内埋设冷冻管和测温管；
3)将冷冻管相互连接，并设置液氮进液口和排气口；
4)向冷冻管的进液口内输送液氮，气化后的氮气通过排气口排入空气，如此反复循环对需要冷冻的地层进行冷冻；
5)冷冻过程中通过预埋的测温管对土体进行温度监测；
6)冷冻效果达到设计要求之后，施工人员带压进入泥水盾构刀盘位置，对冷冻土体进行分段分层开挖，并形成洞室；7)施工人员带压进洞室清理地下障碍物；
8)待障碍物全部清除之后，停止冷冻，并拔出埋设的冷冻管。而且，所述步骤2的具体步骤如下
1)施工钻场基础，确保钻场基础平整、稳固；
2)采用垂直钻机钻设冷冻孔；
3)在相邻冷冻孔的中心处钻设测温孔；
4)清除冷冻管内异物，并在地面配组，丈量全长，作好记录；
5)向冷冻孔内埋设冷冻管，冷冻管的长度应不小于设计冷冻孔的深度；
6)向测温孔内埋设测温管。而且，所述冷冻孔和测温孔的钻设，根据深度及地层情况的需要及时增减钻铤，钻进过程施力均匀，匀速推进，并平衡转速、压力及冲洗量；冷冻孔和测温孔的施工过程中使用灯光经纬仪进行终孔和成孔测斜，并及时绘制冷冻孔偏斜平面图；冷冻孔的终孔间距不大于设计值，否则应予以补孔。而且，所述步骤4中输送液氮时，检测液氮各个回路温度，并保持基本相同，同时现场储备足量液氮，以防液氮供应出现中断；经常转动刀盘以防止把盾构刀盘冻住影响盾构推进。而且，所述步骤6的具体步骤如下
1)冷冻运行开始后，使用泥浆(若使用高粘度聚合物泥浆，效果更佳)对泥水仓泥浆反复置换，保证掌子面优质泥膜的形成；
2)施工人员带压进洞室使用铁锹、风镐以及高压水管分段分层开挖洞室；
3)洞室开挖完成后，焊接钢板和槽钢施作简易支撑，防止掌子面上方掉落土体。而且，所述步骤8的拔管方法如下
1)盾构机推进待盾尾脱离加固体后，进行同步注浆；
2)待水泥浆达到强度后，停止冷冻，冷冻拔管；
3)对每个冷冻孔进行三重管高压旋喷桩加固。本发明采用液氮冷冻下的泥水泥水盾构施工地下障碍物快速清除方法，具有如下优点1、快速有效，本方法只需先进行冷冻孔施工，然后快速冷冻，在短时间内能达到清除地下障碍物的目的，能有效节省工期；2、安全性高，本方法采用液氮进行冷冻，冷冻时间短，对周边环境造成的影响较小，同时冷冻后地层强度高，为人工带压进仓作业提供了可靠的安全保障。
图1是本发明的流程图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。本实施例提供一种泥水盾构施工地下障碍物快速清除方法，该方法采用液氮对地层进行冷冻，然后带压进仓清除地下障碍物，该方法如图1所示包括以下步骤。步骤1，调查施工区域范围内地下障碍物情况，分析障碍物的大小及分布情况；根据实地踏勘的施工场地环境，设计冷冻施工范围及相应的各项冷冻参数，例如冷冻管埋深、冷冻时间、冷冻温度等。步骤2，垂直钻设冷冻孔和测温孔，钻孔至设计深度，分别向冷冻孔和测温孔内埋设冷冻管和测温管。步骤3，将冷冻管相互连接，并设置液氮进液口和排气口。步骤4，将液氮通过进液口向冷冻管内输送，汽化后的氮气通过排气口排入空气，如此反复循环对需要冷冻的地层进行冷冻。步骤5，冷冻过程中通过预埋的测温管对土体进行温度监测。步骤6，冷冻效果达到设计要求之后，施工人员带压进入泥水盾构刀盘位置对冷冻土体进行分段分层开挖，并形成洞室。步骤7，施工人员带压进洞室采用合理方法对地下障碍物进行清理。步骤8，待障碍物全部清除之后，停止冷冻，拔出埋设的冷冻管。在上述实施例中，步骤2所述的冷冻钻孔施工，具体步骤如下。第一步，认真按图纸要求施工钻场基础，确保钻场基础平整、稳固。第二步，采用垂直钻机钻设冷冻孔，造孔使用牙轮钻头钻进。第三步，在相邻冷冻孔的中心处钻设测温孔。第四步，钻进时，应按深度及地层情况的需要，及时增减钻铤，要求作到均匀、匀速钻进，严禁忽快忽慢，压力忽大忽小。合理掌握转速、压力及冲洗量，加尺或更换钻头时，钻具应下到距孔底O. 3 O. 5m处扫孔，不准将钻具停在一个深度长期冲压。停电时，应将钻具提至安全深度，停电超过2小时，应将钻具全部提出，对所有钻具应经常详细检查，弯钻杆和磨损过大的钻杆禁止使用，终孔时应复核钻具全长，并冲孔将岩粉排净，再下管。第五步，冷冻孔和测温孔的施工过程中使用灯光经纬仪进行终孔和成孔测斜并及时绘制冷冻孔偏斜平面图。冷冻孔平均偏斜率不得大于I %，冷冻孔终孔间距不大于设计值，否则应予以补孔。第六步，下管前，清除冷冻管内异物，并进行地面配组，丈量全长，做好记录。第七步，向冷冻孔内埋设冷冻管，冷冻深度应满足设计要求，下管长度应不小于设计冷冻孔深度。第八步，向测温孔内埋设测温管。在上述实施例中，步骤4所述的液氮冷冻，输入液氮，液氮孔回路温度控制在-50°C -90°C，并监测液氮各个回路温度并保持基本相同，同时现场储备足量液氮，以防液氮供应出现中断；由于液氮发展速度快，在冷冻施工时经常转动刀盘以防止把盾构刀盘冻住影响盾构推进。在上述实施例中，步骤6所述的带压进仓开挖洞室，具体步骤如下。第一步，冷冻运行开始后，使用高粘度聚合物泥浆每2天对泥水仓泥浆置换一次，每次泥浆置换量不小于60m3，并适当增大压力，保证掌子面优质泥膜的形成。第二步，带压进仓使用铁锹、风镐以及高压水管分段分层开挖洞室，洞室空间要求刀盘前方不小于600mm,上方不小于500mm。第三步，洞室开挖完成后，焊接钢板和槽钢施作简易支撑防止掌子面上方掉落土体。
在上述实施例中，步骤8所述的冷冻管拔除，具体步骤如下。第一步，盾构机推进待盾尾脱离加固体后，进行同步注浆。第二步，待水泥浆达到强度后，停止冷冻，冷冻拔管。第三步，对每个冷冻孔进行Φ800三重管高压旋喷桩加固。
权利要求
1.一种泥水盾构施工地下障碍物快速清除方法，其特征在于所述方法包含如下步骤:1)设计冷冻施工范围及冷冻管埋深、冷冻时间、冷冻温度的参数；2)垂直钻设冷冻孔和测温孔，钻孔至设计深度，分别向冷冻孔和测温孔内埋设冷冻管和测温管；3)将冷冻管相互连接，并设置液氮进液口和排气口；4)向冷冻管的进液口内输送液氮，气化后的氮气通过排气口排入空气，如此反复循环对需要冷冻的地层进行冷冻；5)冷冻过程中通过预埋的测温管对土体进行温度监测；6)冷冻效果达到设计要求之后，施工人员带压进入泥水盾构刀盘位置，对冷冻土体进行分段分层开挖，并形成洞室；7)施工人员带压进洞室清理地下障碍物；8)待障碍物全部清除之后，停止冷冻，并拔出埋设的冷冻管。
2.根据权利要求1所述的一种泥水盾构施工地下障碍物快速清除方法，其特征在于所述步骤2的具体步骤如下:1)施工钻场基础，确保钻场基础平整、稳固；2)采用垂直钻机钻设冷冻孔；3)在相邻冷冻孔的中心处 钻设测温孔；4)清除冷冻管内异物，并在地面配组，丈量全长，作好记录；5)向冷冻孔内埋设冷冻管，冷冻管的长度应不小于设计冷冻孔的深度；6)向测温孔内埋设测温管。
3.根据权利要求2所述的一种泥水盾构施工地下障碍物快速清除方法，其特征在于:所述冷冻孔和测温孔的钻设，根据深度及地层情况的需要及时增减钻铤，钻进过程施力均匀，匀速推进，并平衡转速、压力及冲洗量；冷冻孔和测温孔的施工过程中使用灯光经纬仪进行终孔和成孔测斜，并及时绘制冷冻孔偏斜平面图；冷冻孔的终孔间距不大于设计值，否则应予以补孔。
4.根据权利要求1所述的一种泥水盾构施工地下障碍物快速清除方法，其特征在于:所述步骤4中输送液氮时，检测液氮各个回路温度，并保持相同，同时现场储备足量液氮，以防液氮供应出现中断；经常转动刀盘以防止把盾构刀盘冻住影响盾构推进。
5.根据权利要求1所述的一种泥水盾构施工地下障碍物快速清除方法，其特征在于所述步骤6的具体步骤如下:1)冷冻运行开始后，使用泥浆对泥水仓泥浆反复置换，保证掌子面优质泥膜的形成；2)施工人员带压进洞室使用铁锹、风镐以及高压水管分段分层开挖洞室；3)洞室开挖完成后，焊接钢板和槽钢施作简易支撑，防止掌子面上方掉落土体。
6.根据权利要求1所述的一种泥水盾构施工地下障碍物快速清除方法，其特征在于所述步骤8的拔管方法如下:1)盾构机推进待盾尾脱离加固体后，进行同步注浆；2)待水泥浆达到强度后，停止冷冻，冷冻拔管；3)对每个冷冻孔进行三重管高压旋喷桩加固。
全文摘要
本发明属于地铁盾构隧道施工技术领域，具体涉及一种泥水盾构施工地下障碍物快速清除方法。该方法对需清障地层区域采用液氮进行冷冻，然后带压进仓清除地下障碍物。本发明有如下优点1、快速有效，本方法只需先进行冷冻孔施工，然后快速冷冻，在短时间内能达到清除地下障碍物的目的，能有效节省工期；2、安全性高，本方法采用液氮进行冷冻，冷冻时间短，对周边环境造成的影响较小，同时冷冻后地层强度高，为人工带压进仓作业提供了可靠的安全保障。
文档编号E21D9/12GK103075161SQ20131001578
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月16日 优先权日2013年1月16日
发明者李勇军, 周诚, 王承山, 骆汉宾, 孙振川, 丁烈云, 徐延召, 郭谱, 荣亮, 黄平华 申请人:中铁隧道集团有限公司, 华中科技大学