一种复杂地层斜坡交界处的盾构脱困方法与流程

本发明涉及隧道工程，更具体涉及一种复杂地层斜坡交界处的盾构脱困方法。

背景技术：

1、在隧道工程中使用盾构机进行掘进时，由于地质条件的复杂性和变化性，盾构机可能会遭遇困境，如岩石变化、地层不均匀等导致卡死或姿态失稳。特别是在地层软硬斜坡交界地带，由于刀盘配置适应性不足和盾构机掘进线性变化，盾构机极容易出现卡顿。目前，已有一些解决方案可用于脱困，但存在施工难度大、成本高、安全风险大等问题。

2、有鉴于此，有必要对现有技术中的盾构施工方法予以改进，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于公开一种复杂地层斜坡交界处的盾构脱困方法，旨在解决盾构机在施工过程中遭遇困境时的脱困问题，通过内窗破岩和盾体姿态控制等手段，能够有效适应该地段的地质条件变化，解决了传统方法在此类地质条件下易出现的卡顿问题，在遭遇困境时能够快速有效脱困，避免了长时间的停工和延误施工进度的情况发生。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种复杂地层斜坡交界处的盾构脱困方法，包括以下步骤：

3、s1，分析盾构施工环境和地质条件，对施工地质进行改良加固；

4、s2，盾尾开窗并人工破岩，在盾构机盾尾中部待偏移侧下方割开内窗，并进行结构加固，通过内窗向外人工破岩，在岩层中开挖出作业空间，以满足施工人员进出以及后续支护结构的安装、岩层处理；

5、s3，盾体控制，人工破除盾构机壳体外待偏移侧的围岩，利用千斤顶钢板组配合盾构机的铰接油缸，以对盾构机的前盾作主动纠偏，调整盾体姿态，使其摆正复位；

6、s4，位置加固和填充，在盾体复位后，拆除千斤顶钢板组，并对盾体位置进行加固，以确保盾体的稳定性，同时，对开挖作业空间进行填充，以填补盾构机外部空间、增加土壤的支撑作用；

7、s5，封闭内窗和恢复掘进。

8、作为本发明的进一步改进，所述s1步骤中分析内容包括：

9、地质勘探，通过地质勘探技术手段，如地质钻探、地下水位监测，获取地下岩体的物理力学性质、岩石类型、岩性变化、地下水情况信息；

10、岩土力学参数测试，对地下岩体进行岩土力学参数测试，包括抗压强度、抗剪强度、岩石的固结性、岩石的断裂性，以评估岩体的稳定性和可行性；

11、孔洞检测，通过地下勘探孔洞检测技术，对施工区域进行孔洞探测和岩层结构探测，以了解地下空洞、断层、裂缝情况；

12、地下水环境调查，确定地下水环境因素，如地下水位、水压、水质，以评估地下水对施工的影响，采取相应的控制措施。

13、作为本发明的进一步改进，所述s1步骤中改良加固步骤包括：

14、s11，地质改良，根据地质勘探结果，采取注浆、灌浆、喷射混凝土方法，填充岩层裂隙，增加岩体的强度和稳定性；

15、s12，支护结构设计，根据地质条件和盾尾开窗施工的要求，设计支护结构保证施工空间的安全和稳定，包括钢支撑、锚杆、喷锚网、玻璃纤维锚索支护方式，以提供足够的支撑力和抗变形能力；

16、s13，岩体处理，处理方法包括预先爆破、钻孔破碎、钢筋加固，以降低岩体的硬度、破碎程度或增加其稳定性，减少对盾构机头的影响。

17、作为本发明的进一步改进，所述s2步骤中开挖破岩的具体步骤如下：

18、s21，首先从内窗位置开始水平向外开挖作业空间，以满足开挖设备施工空间为准，开挖空间与内窗等宽、等高；

19、s22，沿盾构机的高度方向拓展作业空间的整体高度，并使盾构机底部岩体形成施工凹槽；

20、s23，将作业空间整体向机头方向水平开挖一段距离，保留前盾及刀盘下方的岩体，用于支撑盾体稳定。

21、作为本发明的进一步改进，所述s3步骤具体如下：

22、s31，布置施工结构，包括：

23、在盾构机底部的施工凹槽内，且位于前盾与盾尾的下方分别浇筑一组混凝土墩，同时在混凝土墩上铺设限位支撑轨道，用于对摆正复位后的盾体进行支撑；

24、在盾构机开内窗的一侧布置扭腿，所述扭腿的底端支撑在盾构机外侧的岩体上，顶端与盾构机的侧端顶接，避免盾构机纠偏过程中发生旋转；

25、在两组混凝土墩之间布置有第一千斤顶钢板组，用于对前盾进行支托；在第一千斤顶钢板组的后方布置有第二千斤顶钢板组，用于对尾盾前端进行支托，其中第一千斤顶钢板组与第二千斤顶钢板组均沿盾构机的宽度方向并列布置有两组，其中一组布置于盾构机的正下方，用于对盾构机的底部进行支撑，另一组倾斜布置于盾构机待偏移侧的岩体上，用于对盾构机进行侧向支撑，以对纠偏过程中的盾构机提供抗倾覆力承载支撑；

26、s32，盾体纠偏，步骤如下：

27、基于盾构机的纠偏量，控制盾构机铰接油缸，使盾构机的前盾翘起，锁定铰接油缸后，抽掉第一千斤顶钢板组的顶部部分钢板，降低该钢板组侧的千斤顶高度，使其与抽调后的钢板组高度基本一致；

28、控制盾构机铰接油缸，使盾构机扎头，前盾下压落在第一千斤顶钢板组的剩余钢板上，盾构机中部翘起，呈悬空状态，锁定铰接油缸，抽掉第二千斤顶钢板组的顶部部分钢板，降低该钢板组侧的千斤顶高度，使其与抽调后的钢板组高度基本一致；

29、重复执行上述s32步骤，直至盾构机摆正复位，并全部落在限位支撑轨道上。

30、作为本发明的进一步改进，所述s4步骤还包括：

31、s41,待完成位置加固和填充后，填充材料达到预期强度时，启动盾构机进行试掘进，以测试脱困效果；

32、s42，当确认脱困成功后，切掉内窗处的结构加固，采用钢板、钢筋以及混凝土材料对内窗进行封闭；

33、s43，恢复正常掘进，在恢复盾构机的正常工作之前，需要注意掘进速度的控制；在初始掘进时，放慢推进速度，以便刀盘重新磨出掌子面并形成新的隧洞，在确保刀盘完全进入新隧洞一段距离后，逐渐恢复到正常的掘进速度。

34、作为本发明的进一步改进，所述s2步骤中开挖岩石的支护措施包括设置支撑框架和加固墙体结构。

35、作为本发明的进一步改进，所述s22步骤中，在扩展工作空间时，需要根据设计要求进行土方开挖，并及时清理、处理产生的土石方以便后续的施工顺利进行。

36、作为本发明的进一步改进，所述第一千斤顶钢板组与所述第二千斤顶钢板组均包括沿盾构机的宽度方向并列布置的千斤顶与采用钢板叠加形成的钢板组，且所述千斤顶成对布置，互为备用，防止个别千斤顶故障导致盾构机失稳。

37、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明一种复杂地层斜坡交界处的盾构脱困方法，通过对复杂地层斜坡交界处的特殊情况进行设计，采用内窗破岩和盾体姿态控制手段，能够有效适应该地段的地质条件变化，解决了传统方法在此类地质条件下易出现的卡顿问题，盾构机在遭遇困境时能够快速有效脱困，避免了长时间的停工和延误施工进度的情况发生；相比传统方法，节约了脱困时间，大大提高了施工效率，相对于其他复杂、昂贵的脱困方案，成本更加低廉，同时，脱困过程简化了施工流程，减少了所需设备和材料的使用，进一步降低了整体施工成本；采用本发明的脱困方案，利用钢板组与千斤顶的配合，能够有效控制盾体姿态，保持施工环境的相对稳定性，减少了由于盾构机卡顿引起的施工事故风险。同时，在脱困过程中，人员可以有效进出作业空间，保证了施工人员的安全，将为隧道工程领域带来经济、技术和社会上的积极影响，并为此类工程问题提供了一种全新的解决方案。