一种卵石-泥岩复合地层穿越桩群盾构掘进的施工方法与流程

1.本发明涉及隧道工程技术领域，尤其是涉及一种卵石-泥岩复合地层穿越桩群盾构掘进的施工方法。


背景技术：

2.目前城市轨道交通建设中，因地铁盾构施工需要经常穿越建筑物、高架桥等建筑物桩群，穿越过程中控制措施若不当，通常容易引起地层松动，可能会造成地基承载力不足，引起建筑物不均匀沉降，造成重大结构安全风险。尤其是对于卵石-泥岩复合地层这种特殊地质，其中卵石层为典型的力学不稳定层，其粘结力低，尤其在卸载情况下(偏应力较大)力学性质差；而泥岩属于水敏性岩石，在含水率较低时完整性好、强度高、力学性能良好，但亲水性强、易风化，遇水后极易软化崩解，造成弹性模量、粘聚力和内摩擦角等力学参数大幅劣化，隧道在施工和运营中的安全问题尤为突出。此外，复合地层同时具有软岩地层的不稳定性和硬岩的强度，对于盾构施工要实现既稳定又快速安全的掘进，是个相对较难克服的问题。因此，亟需一种新的技术方案解决以上至少一个问题。


技术实现要素：

3.鉴于上述不足，本发明一个目的是提供一种卵石-泥岩复合地层穿越桩群盾构掘进的施工方法，旨在避免穿越卵石-泥岩复合地层中控制措施不当引起的地层松动、提高地基承载力、保证施工穿越桩群区域的施工安全，便于盾构施工，保证施工的高效、稳定推进。
4.为了实现上述技术目的，达到上述的技术要求，本发明所采用的技术方案是：
5.一种卵石-泥岩复合地层穿越桩群盾构掘进的施工方法，包括以下步骤：
6.开启盾构机，先进行100m范围内的试掘进，同时根据地面和掘进监测情况调整所述盾构机的关键施工参数，当掘进到复合地层时，进行渣土改良，并进行实时监测，每5-10环进行渣土取样进行分析，根据分析结果实时对改良参数及改良材料进行优化调整；
7.所述关键施工参数调整完毕后，预设一段掘进距离，正式开始掘进，当所述盾构机穿越桩群时，对受影响的所述桩群采取桩基托换的方式，处理后采用所述盾构机直接切削侵限桩基；
8.在所述盾构机完成所述一段掘进距离后，在施工的区间隧道内进行管片衬砌安装，并使用第一浆液在地面和隧道内同步注浆加固以及对建筑物周边进行袖阀管跟踪注浆，然后根据地面沉降情况适时使用第二浆液进行二次注浆。
9.作为优选的技术方案，所述关键施工参数包括掘进速度、出土量、平衡压力设定、浆液配比、注浆量。
10.作为优选的技术方案，所述渣土改良采用以添加泡沫为主，膨润土为辅的外加剂施工工艺，每环的泡沫注入原液为220～240l，膨胀率为8-12％，中心水为15～20m3/环，止水效果好，且能改善渣土的流动性。
11.作为优选的技术方案，所述第二浆液采用水泥浆和水玻璃浆的混合浆液，凝结时
间短、速度快、结石强度高。
12.作为优选的技术方案，所述水泥浆的水灰比为1：1，所述水泥浆与所述水玻璃浆的体积比为1：1，所述二次注浆的压力不超过0.5mpa，更好地弥补同步注浆未充填的部分，提升加固效果。
13.作为优选的技术方案，所述同步注浆压力为1.1～1.2倍的静止水土压力，且不超过3.0bar，所述同步注浆的上部注浆压力大于下部注浆压力，且两者的压力差为0.5～1.0bar，更适用于卵石-泥岩复合地层的加固。
14.作为优选的技术方案，所述第一浆液的胶凝时间为3～10h。
15.作为优选的技术方案，所述第一浆液的固结体强度：1天不小于0.1mpa，5天不小于0.5mpa，28天不小于1.0mpa，所述第一浆液的结石率大于95％。
16.作为优选的技术方案，所述第一浆液的密度不小于1.8g/cm3，所述第一浆液的泌水率不大于5％。
17.作为优选的技术方案，所述第一浆液的坍落度为12～16cm。
18.本发明的有益效果是：
19.1)盾构机在复合地层掘进前，进行了针对性的关键施工参数调整，减少了对地面建筑物的扰动和沉降影响，同时也提高了掘进质量和进程；
20.2)对复合地层与桩群这两种情况共有的复杂情况进行了针对性研究，减少土质与桩群在掘进中对盾构机与刀片的损耗，最大程度上保证施工安全；
21.3)采用地面与洞内同步注浆，再根据掘进影响进行二次选择性注浆，使隧道稳定性提高、房屋地基地质加强，减小掘进时对建筑物产生的沉降影响；
22.4)优化第一浆液的主要物理性能参数，使其更适用于卵石-泥岩复合地层，加固效果更好，防止卵石-泥岩复合底层发生过度变形而塌陷。
附图说明
23.图1为本发明提供的一个实施例的施工流程图；
24.图2为本发明提供的一个实施例的优选施工流程图。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明进一步描述。
26.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“顶”、“底”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
27.请参照图1-图2，本发明一种卵石-泥岩复合地层穿越桩群盾构掘进的施工方法，包括以下步骤：开启盾构机，先进行100m范围内的试掘进，同时根据地面和掘进监测情况调整所述盾构机的关键施工参数，当掘进到复合地层时，进行渣土改良，并进行实时监测，每5-10环进行渣土取样进行分析，根据分析结果实时对改良参数及改良材料进行优化调整，
所述关键施工参数调整完毕后，预设一段掘进距离，正式开始掘进，当所述盾构机穿越桩群时，对受影响的所述桩群采取桩基托换的方式，处理后采用所述盾构机直接切削侵限桩基，在所述盾构机完成所述一段掘进距离后，在施工的区间隧道内进行管片衬砌安装，并使用第一浆液在地面和隧道内同步注浆加固以及对建筑物周边进行袖阀管跟踪注浆，然后根据地面沉降情况适时使用第二浆液进行二次注浆。
28.如图1-图2所示，在其中一些具体的实施例中，采用土压平衡模式时，根据地勘报告给出的各土层物理力学指标，掘进时实际土仓压力应根据地面监测数据及试掘进情况进行调整。
29.如图1-图2所示，在其中一些具体的实施例中，盾构机切削侵限桩基要对刀片进行改装优化，控制盾构速度，穿越建筑物时推进速度不宜过快，尽量做到均衡施工，减少对周围土体的扰动，进一步的，在刀盘面板上焊接桩基切刀，桩基切刀径向设置，桩基刀采用抗冲击性好的硬质合金制成，在切削桩基时，盾构机上的滚刀对混凝土有碾压和拉裂的作用，能有效地破除混凝土制成的桩基，使得混凝土产生在切削作用下产生高应力压碎区，桩基切刀能有效对钢筋进行切削，将钢筋切割成小段，以便于随着渣土，通过螺旋机排出去，这样混凝土和钢筋都能切削，进一步的，在试掘进前，对盾构始发端头井进行加固，然后安装盾构机基座和轨道，盾构机进场并吊装下井，然后对盾构机进行组装调试，调试完成后进行试掘进。
30.如图1-图2所示，在其中一些具体的实施例中，管片出厂后，运输到现场储存并交验质保书，然后进行管片外观检查，外观检查完毕后，安装密封止水带，然后通过龙门吊吊运下井，利用电瓶车运输至指定位置，然后通过拼装机将所述管片衬砌安装。
31.如图1-图2所示，在其中一些具体的实施例中，掘进过程中，盾构机通过螺旋运输机出渣土，皮带运输机将渣土运输至泥斗车上，然后通过电瓶车牵引泥斗车至指定位置，龙门吊将泥斗车吊运出井，卸入储土箱种，装载机进行装车运输。
32.如图1-图2所示，在其中一些具体的实施例中，二次注浆完成后，对管片进行嵌缝，并填充手孔，将管片的缝隙和手孔严密封堵，在二次注浆前将管片上的螺栓进行二次复拧。
33.如图1-图2所示，在其中一些具体的实施例中，盾构机在掘进过程中对隧道轴线标高进行测量，然后根据测量结果调整盾构机轴线姿态，从而形成稳定连续的新建隧道，防止掘进路线过度偏离，影响新建隧道的路线。
34.如图1-图2所示，在其中一些具体实施例中，所述关键施工参数包括掘进速度、出土量、平衡压力设定、浆液配比、注浆量，关键施工参数决定了盾构机的掘进质量和工期，并对新建隧道的强度和稳定性均有很大的影响，结合地面变形情况的分析，总结出各施工参数设定的规律，并对施工工艺进行完善。
35.如图1-图2所示，在其中一些具体实施例中，所述渣土改良采用以添加泡沫为主，膨润土为辅的外加剂施工工艺，每环的泡沫注入原液为220～240l，膨胀率为8-12％，中心水为15～20m3/环，止水效果好，且能改善渣土的流动性。
36.如图1-图2所示，在其中一些具体实施例中，盾构机侧穿或下穿建筑物护或构筑物区域后，根据实际地面沉降监测结果，针对沉降异常地段进行注浆加固，浆液选用第一浆液，沉降异常地段是指日沉降达到报警值、累计沉降达到报警值的地段。
37.如图1-图2所示，在其中一些具体实施例中，所述第二浆液采用水泥浆和水玻璃浆
的混合浆液，凝结时间短、速度快、结石强度高。
38.如图1-图2所示，在其中一些具体实施例中，所述水泥浆的水灰比为1：1，所述水泥浆与所述水玻璃浆的体积比为1：1，所述二次注浆的压力不超过0.5mpa，更好地弥补同步注浆未充填的部分，提升加固效果。
39.如图1-图2所示，在其中一些具体实施例中，所述同步注浆压力为1.1～1.2倍的静止水土压力，且不超过3.0bar，所述同步注浆的上部注浆压力大于下部注浆压力，且两者的压力差为0.5～1.0bar，注浆量和注浆压力均达到设定值后才停止注浆，否则仍需补浆，同步注浆速度与掘进速度匹配，按盾构机完成一环掘进的时间内完成当环注浆量来确定其平均注浆速度，同步注浆压力值经过反复实验适用于卵石-泥岩复合地层，第一浆液在复合地层中的弥散效果更好，不会因为压力不足而导致浆液无法在复合地层中弥散开来，也防止压力过大而导致注浆距离过远。
40.如图1-图2所示，在其中一些具体实施例中，所述第一浆液的胶凝时间为3～10h，所述第一浆液的固结体强度：1天不小于0.1mpa，5天不小于0.5mpa，28天不小于1.0mpa，所述第一浆液的结石率大于95％，即固结收缩率小于5％，所述第一浆液的密度不小于1.8g/cm3，所述第一浆液的泌水率不大于5％，所述泌水率是指静置沉淀后上浮水体积与总体积之比，所述第一浆液的坍落度为12～16cm。
41.由于卵石-泥岩复合地层的复杂性，既要解决卵石的松散性、不稳定性，又要解决泥岩的水敏性，因此第一浆液的物理性能指标至关重要，首先要将卵石包裹凝结，使得卵石的整体性更好，使其具有稳定的力学结构，由于泥岩的水敏性，需要第一浆液的泌水率较小，当第一浆液的固结体强度达到上述数值时，卵石-泥岩复合地层的强度高、稳定性好，这样就能保护新建隧道以及近接的建筑物或构筑物，防止扰动造成塌陷等施工事故，第一浆液的结实率大于95％，保证同步注浆完成后，因此收缩产生的空隙减小，因为卵石本身的空隙较大，因此对第一浆液的结石率有很高的要求，防止同步注浆后收缩过大，导致间隙过大，影响加固效果，泥岩具有水敏性，因此第一浆液的泌水率不能大于5％，这样泥岩才不会亲水而软化，影响稳定性，同时第一浆液的坍落度在12～16cm，以提升注浆过程的稳定性，而第一浆液的胶凝时间在3～10h，胶凝时间若低于3h，则会影响注浆范围，降低了弥散效果，而胶凝时间大于10h，在此过程中卵石-泥岩复合地层塌陷的风险加大。
42.进一步的，所述第一浆液的成分为砂650kg、水350kg、膨润土130kg、粉煤灰350kg、水泥200kg，此配比经过反复试验，适用于卵石-泥岩复合地层，加固效果好，卵石-泥岩复合地层在注浆后24h、48h、72h均未发生过度变形、塌陷的现象。
43.如图1-图2所示，在其中一些具体实施例中，袖阀管跟踪注浆是采用袖阀管对下穿的建筑物或构筑物进行加固，防止掘进时对建筑物或构筑物产生较大的扰动，从而破坏建筑物或构筑物。
44.上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的描述，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。