一种用于富水软弱敏感地层的盾尾刷更换施工方法与流程

1.本发明属于隧道施工技术领域，更具体地说，涉及一种用于富水软弱敏感地层的盾尾刷更换施工方法。


背景技术：

2.城市地铁盾构法施工过程中，因长距离掘进导致盾尾刷磨损在所难免，盾尾渗漏是盾构法施工过程中面临的最大风险之一，尤其是在富水软弱敏感地层，如何确保盾尾刷更换作业安全，是本地层盾构法施工的关键和重难点。
3.城市地铁盾构法施工过程中盾尾刷更换作业通常采用洞内注浆法进行盾尾止水，此类方案存在以下缺点：1）洞内注浆法只能通过脱出盾尾的管片进行注浆加固，而通过中盾盾体径向孔注入聚氨酯难以阻止刀盘前方来水；2）洞内注浆法往往根据经验在脱出盾尾的3~5环管片注入双液浆，注浆效果难以量化，存在一定渗漏风险；3）洞内注浆法加固深度和强度有限，无法较好地提高地层承载力，不适用于富水软弱敏感地层。
4.经检索，中国专利公开号：cn 101251015 a；公开日：2010年6月9日；公开了一种盾尾刷更换的施工方法，所用盾构机的尾部装置有预设冻结管，其操作步骤包括有：确定更换盾尾刷；调整盾构推进参数，控制盾构姿态；在普通环前方用冻结管片拼装一冻结特殊环，该冻结管片内预埋有冻结管和测温管；在冻结特殊环前方拼装一用于盾尾刷更换操作的更换特殊环；连接冻结管路与冻结设备；对盾尾外围土体进行冻结操作，在盾尾刷后侧形成止水的冻结帷幕；在冻结帷幕的保护下逐个更换盾尾刷并向盾尾刷内注入防水油脂；盾尾刷全部更换完成后对冻结帷幕强制解冻；恢复盾构正常推进。该申请案的施工方法，提高了施工过程中的止水效果及环境适应性，但该申请案的施工方法依托于特定结构的盾构机，适用范围有限。
5.另，中国专利公开号：cn 111997633 a；公开日：2020年11月27日；公开了一种盾构机更换盾尾密封刷的施工方法，包括以下步骤：通过盾体和管片上的注浆孔向盾尾、土仓和盾体四周注高粘度膨润土；在盾尾后第一环和第二环管片和盾壳外注聚氨酯；在盾尾后第十环管片、第七环管片、和第五环管片做止水环管片箍；确保止水效果良好后打开管片开始更换新的盾尾刷；对新的盾尾刷涂盾尾油脂；管片拼装后盾构机恢复掘进。该申请案的施工方法虽然缩短了施工工期，但仍无法有效解决富水软弱敏感地层区域施工的渗漏问题。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题至少之一，根据本发明的一方面，提供了一种用于富水软弱敏感地层的盾尾刷更换施工方法，包括如下步骤：s10、选定盾尾刷更换作业区域；
s20、对作业区域进行预加固施工；s30、将盾构机掘进至作业区域；s40、脱出盾尾管片施做止水环；s50、拆除管片并进行盾尾刷更换，更换过程中逐块恢复盾尾刷更换完成区域的管片；s60、恢复掘进。
7.根据本发明实施例的用于富水软弱敏感地层的盾尾刷更换施工方法，可选地，所述步骤s20中，采用mjs工法桩进行作业区域预加工。
8.根据本发明实施例的用于富水软弱敏感地层的盾尾刷更换施工方法，可选地，所述步骤s20中，预加工至作业区域地层强度大于1mpa，渗透系数小于10-6
cm/s后，进行步骤s30的操作。
9.根据本发明实施例的用于富水软弱敏感地层的盾尾刷更换施工方法，可选地，所述步骤s20中，预加固的范围为沿盾构机上方、下方、左方及右方均延伸2m。
10.根据本发明实施例的用于富水软弱敏感地层的盾尾刷更换施工方法，可选地，所述步骤s30中，盾构机在作业区域处的掘进速度小于20mm/min，刀盘转动速度0.8~1rpm。
11.根据本发明实施例的用于富水软弱敏感地层的盾尾刷更换施工方法，可选地，所述步骤s40具体包括：s41、盾构机掘进至作业区域后停机，脱出盾尾管片；s42、对脱出盾尾的第一环注入聚氨酯；s43、对盾体径向孔注入聚氨酯；s44、对脱出盾尾的第2~5环全环注入双液浆。
12.根据本发明实施例的用于富水软弱敏感地层的盾尾刷更换施工方法，可选地，所述步骤s42和步骤s43的先后顺序可调换。
13.根据本发明实施例的用于富水软弱敏感地层的盾尾刷更换施工方法，可选地，所述步骤s40具体包括：s45、注浆完成后，通过管片注浆孔球阀检测注浆效果，无渗漏水后进行步骤s50，若存在渗漏水，重复步骤s42~步骤s44的操作。
14.根据本发明实施例的用于富水软弱敏感地层的盾尾刷更换施工方法，可选地，所述步骤s50具体包括：s51、拆除k块，检查无渗漏水后，进行该处管片对应区域的盾尾刷更换，更换后涂抹手涂油脂；s52、油脂涂抹饱满后，拆除相邻管片，进行该处管片对应区域的盾尾刷更换，更换后涂抹手涂油脂；s53、重复步骤s52，并逐块恢复拼装盾尾刷更换完成区域的管片，至全部盾尾刷更换完成；s54、对油脂腔注入盾尾油脂，注入压力不小于1mpa。
15.根据本发明实施例的用于富水软弱敏感地层的盾尾刷更换施工方法，可选地，所述mjs工法桩预加工具体包括：s21、测量放线，确定预加固范围；
s22、对预加固区域管线进行迁改或保护；s23、施做2根mjs桩作为试桩，对预加固区域地层加固效果进行检测；s24、试桩检测合格后进行预加固区mjs桩施做；s25、mjs桩施做完成后进行等强，之后进行地层强度和渗透系数检测，强度达到1mpa以上，渗透系数小于10-6cm/s，合格后进行步骤s30的操作。
16.有益效果相比于现有技术，本发明至少具备如下有益效果：本发明的用于富水软弱敏感地层的盾尾刷更换施工方法，结合地面环境提前预设盾尾刷更换位置区域，在该区域对应的地面位置进行地层预加固，待加固完成后进行强度和渗透系数检测，待相应指标达标后，将盾构机掘进至预定位置停机，进行盾尾刷更换作业，有效地确保了盾构机在此类地层更换盾尾刷作业的安全；进一步地，预加固时采用mjs工法桩施工，具有更大的加固深度，且加固后的强度及渗透系数更加可靠。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
18.图1示出了本发明的用于富水软弱敏感地层的盾尾刷更换施工方法流程图；图2示出了本发明实施例的mjs工法桩施工过程流程图；图3示出了本发明实施例的mjs加固平面示意图；图4示出了本发明实施例的mjs工法加固及洞内注浆纵剖面示意图；附图标记：1、盾构机；2、mjs加固体；3、洞内管片；4、聚氨酯填充层；5、双液浆填充层；6、注浆孔；7、试桩。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
21.盾构机在富水软弱地层进行盾尾刷更换作业，会面临盾尾渗漏、地层承载力不足导致盾构机下沉等风险，如何确保地层强度和渗透系数满足要求成为本地层盾尾刷更换作业成败的关键，而采用传统更换盾尾刷时的洞内注浆止水方法，存在诸多缺陷，有渗漏风险，无法较好地提高地层承载力，不适用于富水软弱敏感地层，针对此，本发明实施例设计了一种用于富水软弱敏感地层的盾尾刷更换施工方法，解决在长时间停机进行盾尾刷更换过程中地层承载力和渗透系数满足安全作业要求的问题。
实施例
22.本实施例的用于富水软弱敏感地层的盾尾刷更换施工方法，如图1所示，包括如下步骤：s10、选定盾尾刷更换作业区域；在选定作业区域时，结合地层分析和地面环境，选择地面具备加固施工条件的区域，区域选择时应避免河道区域、交通道路区域、管线密集区域等，所选作业区域的地面应为后续预加固施工提供充足空间。
23.s20、对作业区域进行预加固施工；本实施例中，采用mjs工法桩进行作业区域预加工，在富水软弱敏感地层，盾构机长时间停机会存在盾构机下沉、稳定性差、渗水的缺陷，通过对选定的作业区域进行预加固，并使得该区域地层强度大于1mpa，渗透系数小于10-6
cm/s，可确保作业区域进行后续盾尾刷更换作业的安全性。
24.进一步地，本实施例中，mjs工法桩预加工具体步骤包括：s21、测量放线，确定预加固范围；本实施例中，预加固的范围为沿盾构机上方、下方、左方及右方均延伸2m的空间范围；s22、对预加固区域管线进行迁改或保护；s23、施做2根mjs桩作为试桩7，对预加固区域地层加固效果进行检测；如图3所示，本实施例中，试桩7的桩径为2000mm；s24、试桩检测合格后进行预加固区mjs桩施做；如图3所示，本实施例中，mjs桩施做有两排，共计17根，mjs桩的桩径为2000mm，两排桩的中心垂直距离为1400mm；步骤s22和步骤s23中，试桩及mjs桩的施工流程具体如图2所示；s25、mjs桩施做完成后进行等强，之后通过抽芯对加固体强度和渗透系数进行检测，强度达到1mpa以上，渗透系数小于10-6cm/s，合格后进行步骤s30的操作；本实施例采用mjs工法桩进行预加固，相比于三轴搅拌桩作业，具有更大的加固深度，且加固后的强度及渗透系数更加可靠。
25.s30、将盾构机掘进至作业区域；预加固完成并检测合格后，将盾构机掘进至作业区域，随后停机，盾构机在作业区域内掘进时，控制掘进速度小于20mm/min，刀盘转动速度0.8~1rpm，预加固后的作业区域地层强度要大于富水软弱敏感地层的其他区域，若盾构机采用原有掘进速度或刀盘转速，会磨损刀具，影响盾构机有效使用寿命，因此需要对掘进速度和刀盘转动速度进行控制。
26.s40、脱出盾尾管片施做止水环；盾构机在作业区域停机后，对脱出盾尾的管片注入聚氨酯和双液浆施做止水环，具体步骤如下：s41、盾构机掘进至mjs加固体2所在作业区域后停机，脱出盾尾管片；s42、对脱出盾尾的第一环注入聚氨酯，保护盾尾刷，防止后续双液浆侵入盾尾刷内造成固结；s43、对盾体径向孔注入聚氨酯，阻止刀盘前方来水，同时防止双液浆注入刀盘内
导致刀盘无法转动；通过步骤s42和步骤s43形成聚氨酯填充层4，本实施例中步骤s42和步骤s43无先后顺序，也可先进行步骤s43再进行步骤s42；s44、对脱出盾尾的第2~5环全环注入双液浆，形成双液浆填充层5；s45、注浆完成后，通过洞内管片3的注浆孔6球阀检测注浆效果，无渗漏水后进行步骤s50，若存在渗漏水，重复步骤s42~步骤s44的操作。
27.s50、拆除管片并进行盾尾刷更换，更换过程中逐块恢复盾尾刷更换完成区域的管片，具体包括如下步骤：s51、拆除k块，检查无渗漏水后，进行该处管片对应区域的旧盾尾刷拆除和新盾尾刷安装，更换后涂抹手涂油脂；s52、油脂涂抹饱满后，拆除相邻管片，进行该处管片对应区域的盾尾刷更换，更换后涂抹手涂油脂；s53、重复步骤s52，并逐块恢复拼装盾尾刷更换完成区域的管片，至全部盾尾刷更换完成；s54、对油脂腔注入盾尾油脂，注入压力不小于1mpa；步骤s50中，每一步作业完成后，通过验收后方可进行下一步作业，在更换作业过程中需确保作业平台牢固，注意防火、通风。
28.s60、恢复掘进，盾尾刷更换作业完成、恢复管片拼装、油脂腔注入饱满后，恢复正常掘进。
29.本实施例的用于富水软弱敏感地层的盾尾刷更换施工方法，通过在地面预设位置进行mjs工法桩预加固，使加固范围、地层强度和渗透系数均满足要求，有效地确保了盾构机在此类地层更换盾尾刷作业的安全。
30.本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。