盾构水下斜交进洞施工方法

盾构水下斜交进洞施工方法
【专利摘要】本发明公开盾构水下斜交进洞施工方法，包括以下步骤：步骤1：利用盐水冰冻法对洞门处土体冰冻加固；步骤2：制作接收基础；步骤3：洞门处地下连续墙凿除及洞门圈安装，所述凿除包括第一次凿除及第二次凿除；步骤4：接收井内水土回填；步骤5：冻土的化冻，冻结管拔除；步骤6：盾构机进洞推进；步骤7：接收井沙土及水的清理；步骤8：封堵洞门周围土体；步骤9：盾构机的拆卸调运。本发明的方法可以适应于多类不良地质土层、承压水头较高且无法满足降承压水条件的工况，适应周边环境复杂，管线、建筑物群近且多的不良施工环境，适应于接收井没有足够条件进行加固的狭窄场地。
【专利说明】盾构水下斜交进洞施工方法【技术领域】
[0001]本发明涉及隧道工程，特别涉及水下盾构的斜交进洞施工技术。
【背景技术】
[0002]在盾构隧道处于小曲率半径曲线上时，进洞时隧道轴线与接收井壁(地下连续墙)存在一定的水平倾斜角，在深覆土、高水压、复杂地层、斜交进洞工况状态下盾构进洞施工存在较大涌水涌沙风险。
[0003]盾构的进出洞施工技术必须根据工程所处地层的土质、水文、环境条件和环境保护要求而制定。如何科学、合理地运用各种不同的进出洞技术，使其符合各工程的特定工况条件要求，是一项值得研究、探讨的课题。
[0004]其中采用盾构水下进洞的工程一般具备以下条件:
[0005]I)、盾构接收井的体积相对较小，一般小于IOK立方米；
[0006]2)、接收井相对是一个封闭体，无其他已与之连通的隧道或者地下结构；
[0007]3)、附近有大量充足水源，24小时内可以灌满接收井。

【发明内容】

[0008]本发明的目的在于提供一种新的盾构水下斜交进洞施工方法，采用盐水冰冻法对洞门处土体冰冻加固，采用MlO型号的水泥砂浆层作为接受基础，并向以该水泥砂浆接受基础作为下底的接收井中回填沙土及水，从而保证及接收井的地下连续墙壁内外的水土压力基本相同。`
[0009]为实现上述目的，本发明提供盾构水下斜交进洞施工方法，包括以下步骤:
[0010]步骤1:利用盐水冰冻法对洞门处土体冰冻加固，包括在洞门后土体上安装冻结管，所述冻结管内包括低温循环的Cacl2盐水；
[0011]步骤2:制作接收基础，在所挖的接收井底面上回填细骨料，并将该细骨料压实，然后在该细骨料上浇筑素混凝土层及水泥砂浆层；
[0012]步骤3:洞门处地下连续墙凿除及洞门圈安装，所述地下连续墙的凿除包括第一次凿除及第二次凿除；
[0013]步骤4:接收井内水土回填，包括先在接收井内回填沙土，回填的沙土的上表面高于洞门圈，然后在沙土上回填水；
[0014]步骤5:冻土的化冻，冻结管拔除，所述拔除后的冻结管的高度略高于所述进洞门；
[0015]步骤6:盾构机进洞推进；
[0016]步骤7:接收井沙土及水的清理；
[0017]步骤8:封堵洞门；
[0018]步骤9:盾构机的拆卸调运。
[0019]所述水泥砂浆为MlO型号，其水泥砂浆面高出洞门。[0020]所述洞门圈安装在洞门处的地下连续墙壁，在所述第一次凿除后安装洞门圈环形钢板，并在洞门圈周围预钻灌浆孔，在灌浆孔中安装填埋注浆管，然后再进行第二次凿除。
[0021]冻土的化冻使用热盐水循环化冻。
[0022]所述步骤8包括以下步骤:
[0023]步骤81:使用环形钢板将洞门圈与盾尾壳体钢板焊接在一起；
[0024]步骤82:利用所述的注浆管向洞门口注浆从而封堵洞门；
[0025]步骤83:将盾尾壳体从洞门圈环形钢板上割除。
[0026]本发明的有益效果:本发明公开的盾构水下斜交进洞施工方法为防止或控制在盾构进洞过程中，地下水土从开放的洞门圈中大量涌出而发生工程险情，利用接收井内、外水土压力平衡可控制渗透的机理，主动将盾构接收井用水土回填，而后在水土压力平衡情况下，盾构再安全推入接收井的施工工艺。可以适应于多类不良地质土层、承压水头较高且无法满足降承压水条件的工况，适应周边环境复杂，管线、建筑物群近且多的不良施工环境，适应于接收井没有足够条件进行加固的狭窄场地。
[0027]为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
【专利附图】

【附图说明】
[0028]下面结合附图，通过对本发明的【具体实施方式】详细描述，将使本发明的技术方案及其有益效果显而易见。
[0029]附图中，
[0030]图1为本发明盾构水下斜交进洞施工方法流程示意图；
[0031]图2A为本发明盾构水下斜交进洞施工方法连续墙凿除及洞门圈安装前的剖面图；
[0032]图2B为本发明盾构水下斜交进洞施工方法连续墙凿除及洞门圈安装前的侧剖视图；
[0033]图3为本发明盾构水下斜交进洞施工方法洞门附近冻结壁凿除后的结构示意图；
[0034]图4A与4B为本发明盾构水下斜交进洞施工方法沙土回填后的结构示意图；
[0035]图5为本发明盾构水下斜交进洞施工方法冻结管拔除，盾构开始进洞结构示意图；
[0036]图6A及6B为本发明盾构水下斜交进洞施工方法盾构进洞，注浆密封结构示意图；
[0037]图7为本发明盾构水下斜交进洞施工方法水土清理，盾构切割的结构示意图。【具体实施方式】
[0038]为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
[0039]本具体实施例以某盾构隧道进洞施工为例，该工程是小曲率半径盾构隧道，盾构进洞时隧道轴线与接收井壁地下连续墙存在16.5°的水平倾斜角，进洞施工处于深覆土、高水压、复杂地层等状态下，存在较大涌水涌沙风险。为保障盾构顺利进洞，综合考虑地层特点和工程特征，采取了水下斜交进洞施工方法。施工过程证明了该施工方法可显著降低盾构进洞涌水涌沙风险，对类似进洞环境复杂、地下水丰富、曲线隧道等条件下盾构进洞方法的选择有良好的借鉴意义。
[0040]参阅图1，为实现上述目的，本发明提供的盾构水下斜交进洞施工方法其应用包括以下步骤:
[0041 ] 步骤1:利用盐水冰冻法对洞门Ia处土体冰冻加固，包括在洞门Ia外侧安装冻结管2，所述冻结管2内包括低温循环的Cacl2盐水。
[0042]该Cacl2盐水温度较低，在冻结管2内部循环，可以吸收该冻结管2外壁附近土体的温度，使其结冻。
[0043]参阅图2A及2B，采用盐水冰冻法对进洞处洞门Ia周围土体进行垂直局部冻结，可保证后续洞门Ia凿除和接收井3填土过程中不发生洞门Ia涌水涌沙事故。本实施例根据地层土质条件计算所得洞门Ia处地下连续墙4b凿除前冻结壁5平均温度需达到_15°C以下，有效厚度达到3.8m。
[0044]步骤2:制作接收基础，在所挖的接收井3底面上回填细骨料6，并将该细骨料6压实，然后在该细骨料6上浇筑素混凝土层71及水泥砂浆7。
[0045]参阅图3或图4，具体是接收井3开挖至-30m设计高程后，回填约6m厚细骨料6压实至离接收井3隧道洞门Ia低500臟，所述细骨料6颗粒的85%直径在IOmm?37.5mm之间。
[0046]根据实际施工情况，优选MlO型号的水泥砂浆7既能保证承载盾构机8的能力，又能保证盾构机8刀盘对其切削而不损伤刀盘，保证盾构机8在接收基础上能够转动刀盘向前推进，模拟在泥土中的推进施工。
[0047]根据实际施工情况，优选水泥砂浆面高出盾构洞门la440mm，盾构在进洞的过程中，刀盘削切砂浆基座成60°的弧面。砂浆基座宽度为抵至接收井两侧墙体，长度为满足盾构机拆除所需长度。
[0048]步骤3:洞门Ia处地下连续墙4b凿除及洞门圈9安装，所述地下连续墙4b的凿除包括第一次凿除及第二次凿除。
[0049]请参阅图3，在洞门圈9的安装前，进洞处冻结壁5平均温度达到设计温度_15°C以下后，在地下连续墙4b上开4个探测观察孔10，通过观察孔10观察冻结壁5的冻结情况，若无泥水流出或虽有泥水流出但渐止，则可确认冻结壁5强度满足设计要求，如有严重涌砂冒水现象，则应采取注浆堵漏，隔断地下水通道，并对洞门Ia 土体采取补强加固措施。
[0050]在冻结壁5强度满足设计要求，盾构机8推进至刀盘距地下连续墙4bl0m后停机，开始地下连续墙4b的凿除工作。
[0051]地下连续墙4b分两次凿除，第一次凿除地下连续墙4b，500mm，凿除自上而下进行，之后安装洞门圈9环形钢板11。在洞门圈9周围预钻灌浆孔120、安装预埋优选的6个注浆管121，完毕后，第二次凿除剩余IOOOmm厚地下连续墙4b，凿除自上而下进行。
[0052]步骤4:接收井3内水土回填，包括先在接收井3内回填沙土，回填的沙土的上表面高于洞门圈9，然后在沙土上回填水。其回填的沙土及水保证该进洞门附近水土压力基本平衡。
[0053]请参阅图4A及4B，在地下连续墙4b凿除完毕并且接收井3内清理干净后，接收井3内开始进行填土回水作业。填土高度为洞门圈9以上2m。
[0054]步骤5:冻土的化冻，冻结管2拔除，所述拔除后的冻结管2的高度略高于所述进洞门la。
[0055]请参阅图5，当化冻到一定程度时使用吊机将冻结管2拔除，冻结管2需拔至洞门Ia顶部上方500mm。
[0056]步骤6:盾构机8进洞推进。
[0057]步骤7:接收井3沙土及水的清理。
[0058]当接收井3内水位抽到一定程度后，将盾构机8上部的土方进行清理。具体水位根据工程的实际要求选择。
[0059]步骤8:封堵洞门la。
[0060]在盾构通过洞门Ia及隧道施工过程中，洞门Ia与盾构8、洞门Ia与隧道结构之间存在有一个圆环间隙，若不作密封处理，洞门Ia 土体及地下水就会从此间隙中流入接收井内，使洞门口处土体流失，引起地层沉降变形、影响施工安全。
[0061]泥水清理后，使用环形钢板将洞门圈9端面的钢板与盾尾壳体81钢板焊接在一起，形成一个有效的封堵。在洞门圈的环板外围预先安装有6个注浆管121，沿洞门圈布置。焊接完成后利用6个注浆管121进行洞门Ia注入浆液S，彻底封堵洞门la。
[0062]步骤9:盾构机8的拆卸调运。
[0063]请参阅图7，在完成步骤8中的工作后，将盾构壳体从洞门圈9环形钢板上割除，并拆解吊出盾构机。
[0064]综上所述，本发明公开的盾构水下斜交进洞施工方法采用盐水冰冻法对进洞处洞门周围土体进行垂直局部冻结，可保证后续洞门凿除和接收井填土过程中不发生洞门涌水涌沙事故；优选MlO水泥砂浆既能保证承载盾构机的能力，又能保证盾构机刀盘对其切削而不损伤刀盘，保证盾构机在基础上能够转动刀盘向前推进，模拟在泥土中的推进施工；利用水土回填可以使接收井内、外水土压力平衡，降低塌方的风险；使用环形钢板将洞门圈端面的钢板与盾尾壳体钢板焊接在一起，形成一个有效的封堵，同时向该洞门圈中注浆可以有效的降低土体流失，不易引起地层沉降变形，提高施工安全。
[0065]以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.盾构水下斜交进洞施工方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:利用盐水冰冻法对洞门处土体冰冻加固，包括在洞门后土体上安装冻结管，所述冻结管内包括低温循环的Cacl2盐水； 步骤2:制作接收基础，在所挖的接收井底面上回填细骨料，并将该细骨料压实，然后在该细骨料上浇筑水泥砂浆； 步骤3:洞门处地下连续墙凿除及洞门圈安装，所述地下连续墙的凿除包括第一次凿除及第二次凿除； 步骤4:接收井内水土回填，包括先在接收井内回填沙土，回填的沙土的上表面高于洞门圈，然后在沙土上回填水； 步骤5:冻土的化冻，冻结管拔除，所述拔除后的冻结管的高度略高于所述洞门； 步骤6:盾构机进洞推进； 步骤7:接收井沙土及水的清理； 步骤8:封堵洞门； 步骤9:盾构机的拆卸调运。
2.根据权利要求1所述的盾构水下斜交进洞施工方法，其特征在于，所述水泥砂浆为MlO型号，其水泥砂浆面高出洞门。
3.根据权利要求1所述的盾构水下斜交进洞施工方法，其特征在于，所述洞门圈安装在洞门处的地下连续墙壁上，在所述第一次凿除后安装洞门圈环形钢板，并在洞门圈周围预钻灌浆孔，在灌浆孔中安装填埋注浆管，然后再进行第二次凿除。
4.根据权利要求1所述的盾构水下斜交进洞施工方法，其特征在于，冻土的化冻使用热盐水循环化冻。
5.根据权利要求1所述的盾构水下斜交进洞施工方法，其特征在于，所述步骤8包括以下步骤: 步骤81:使用环形钢板将洞门圈与盾尾壳体钢板焊接在一起； 步骤82:利用所述的注浆管向洞门口注浆从而封堵洞门周围土体； 步骤83:将盾尾壳体从洞门圈环形钢板上割除。
【文档编号】E21D9/06GK103527205SQ201310456866
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】潘树杰, 张伟 申请人:深圳中海建筑有限公司