一种浅埋盾构下穿河道河面冒泡的控制方法与流程

[]本发明涉及市政河道工程施工，尤其涉及一种浅埋盾构下穿河道河面冒泡的控制方法。

背景技术：

0、[背景技术]

1、随着我国轨道交通的发展，地铁建设过程中，受地面环境及选线因素的影响，不可避免的会更多地出现以区间隧道方式穿越江河、湖泊、水库等地表水体的情况。

2、在盾构穿越河道区间范围内的土体含水量极其丰富，地层的渗透系数、水压较大，开挖面内的渣土变稀，流动性变大，使得盾构在此地层的掘进中，面临着土压平衡难以建立、喷涌灾害、扭矩超限等多重施工风险，因此必须要进行土体改良，改善土体流塑性，降低土体渗透系数，保证土体在土舱和螺旋输送机内的“土塞效应”，维持开挖面的土压平衡，抵抗喷涌灾害。

3、泡沫剂是众多改良剂中效用较为常用的一种，具有较为广泛的适用性，但是盾构泡沫剂在使用中，气泡主要是通过微小泡沫实现，泡沫是属于气-液二相体系，是由不足10％的发泡剂溶液与90％以上的空气组成，所以往往会出现泡沫剂出泡量控制不到位的现象，导致过量的泡沫气体从刀盘的开口被注入到开挖室内，开挖室内的气压过高，则会使得土层内气体携带部分泡沫剂从地层中的孔隙进入河道中，并在河面产生气泡，因此，盾构机掘进过程中，若发现所穿越的河道出现冒泡现象，则需引起十分注意，首先考虑是否是由于开挖室的气压过高而导致，此外，若泡沫剂属于降解性低、或含有毒性大、有害性高的物质时，地表水环境将随气泡的产生而受到污染。

技术实现思路

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技术实现要素：
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1、本技术所解决的现有技术所存在的问题是：

2、防止因盾构机下穿河流时河面严重冒泡现象，避免了由于河面持续导致河床下部土层形成孔隙通道，从而引发喷涌导致地表塌陷，保证了施工进度，有效规避了安全风险。

3、本发明解决技术问题的方案是：

4、提供一种浅埋盾构下穿河道河面冒泡的控制方法，包括以下步骤，

5、s1：在盾构施工前对盾构机穿越河流浅覆土地段进行风险评估；包括且不限于对所穿河道水深、河底实际标高、淤泥层厚度及其周边环境进行详细调查，确保盾构掘进范围内无河堤护岸桩及不明确的障碍物；复核隧道覆土层厚度，以利于进行平衡压力设定值的计算；

6、s2：控制泡沫剂的选型，采用具有降解性好、组分及其降解产物低毒或者无毒特征的盾构施工用泡沫剂，防止施工中造对环境的负面影响；在上软下硬地层使用膨润土和泡沫剂对渣土进行改良，且每环泡沫使用量为120～150l，地下水较大时加入适量膨润土为每环2～4m3；

7、s3：泡沫系统采用单管单泵系统，解决土压平衡盾构压缩空气泡沫系统发泡过程中气液混合参数选择盲目、泡沫浪费严重的问题，提升泡沫系统的可靠性和可操控性；

8、s4：在掘进过程根据盾构埋深和水位情况的变化，调整土压设定值，前50环作为试推进段，通过分析掘进数据反馈指导施工，以优化掘进参数；盾构推进过程中，确保盾构均衡、匀速穿越，推进速度为20～35mm/min，减少盾构推进对河流下方土层造成的扰动；并严格控制出土量，确保每斗出土量与掘进距离相匹配，做到浆液注入与掘进同步，并严格控制注浆压力，避免由于注浆压力过高顶破上覆土层；

9、s5：做好掘进过程中的风险应对措施，防止盾尾发生涌水涌砂，定期、定量、均匀地压注盾尾油脂，针对施工中发生的险情，根据监测结果和报警机制，发现问题并及时实施相应的预案；

10、s6：在掘进过程中针对所出现的河面冒泡现象，根据河面、土仓内监测数据反馈，查询故障点并对故障进行处理；若出泡量较少，则立即对河面进行喷消泡剂消除泡沫。

11、优选地，所述s2中的泡沫系统为压缩空气泡沫系统，发泡原理是将一定比例的压缩空气注入到混合泡沫液中，撞击混合后产生泡沫，可以通过调整压缩空气供给量、水的供给量、空气压力的因素产生不同特性的泡沫；其中所采用的泡沫发生器可以通过改变气体流量、液体流量比例和压力，得到不同特性的泡沫，且发泡器内部没有复杂部件，不易堵塞，使用维护方便，能够适应恶劣工作环境；具体的发泡工艺过程，将泡沫剂与水按一定比例混合成为均匀的发泡剂溶液，使用定量泵加大发泡剂溶液的流量和压力，通过压力表、流量计、阀门输送到发泡混合器内，同时使用压缩机产生压缩空气，通过压力表、流量计、阀门输送到发泡混合器与发泡剂溶液混合，充分混合后通过泡沫发生器产生泡沫。

12、优选地，所述压缩空气泡沫系统包括进液系统、进气系统和泡沫发生器组成；进液系统又由泡沫液混合箱、螺杆泵、液体流量调节阀、电磁流量计和压力表组成；进气系统由螺杆式空压机、储气罐、压力调节阀、气体流量调节阀、气体涡街流量计和压力表组成。

13、优选地，所述步骤s1中，根据场地作业条件，在穿越前应对河底覆土采取加固措施；包括根据作业条件操作难易度考虑，从填筑围堰排水、三轴搅拌桩加固、隔离桩+抗浮板三个方案中选择；其中填筑围堰排水过程采用回填水泥砂砾，满足1.5d覆土深度，埋设导排管，工期短，造价低，保证施工安全，能确保盾构机施工时冒顶，盾尾漏浆。

14、优选地，所述步骤s2中，根据渣土情况采用手动模式、半自动模式、自动模式调整注入量，使渣土保持良好的和易性，便于出渣,掘进过程中当出现喷涌现象，采用聚合物进行改良。

15、优选地，所述步骤s4中，同步注浆速度应与掘进速度相匹配，注浆量达到设计值的85％以上时，即认为达到了质量要求；同步注浆中增加早强剂，控制浆液凝结时间在4-6小时之内，稠度12～14cm。

16、优选地，所述步骤s2中，砂质粉土：泡沫注入率40％+膨润土率4％；砂土：泡沫注入率50％+膨润土率6％；砾石层：泡沫注入率60％+膨润土率8％。

17、优选地，所述盾构机为具备以下要求的盾构机：具备渣土改良系统，泡沫口不少于3个，膨润土口不少于2个；刀盘具备足够的强度及耐磨能力，刀盘外圈应焊接大于60mm的耐磨钢环；螺旋叶片和外护筒的内表面进行耐磨处理，耐磨层厚度不小于5mm；刀盘大圆环需镶嵌30把保径刀具且在周边撕裂刀同轨迹增加8把焊接撕裂刀。

18、优选地，所述步骤s5和步骤s6过程中，对河面进行实时监测，包括专人观测、钢尺量河面泡沫覆盖面积、统计河面气体溢出点位数量；如果出现河面冒泡现象，通过泡沫系统分析压力再结合检查其他仪器仪表的读数及状态的方法，即可快速准确地判断和排除故障，并对此采取应急措施；避免气体在盾构土层内形成更大的流动通道，造成喷涌、河水下灌等其他危险现象，保证了施工进度。

19、优选地，所述步骤s6中的消泡处理，若在实际运行过程中，前面措施都未能避免河面冒泡现象，则根据实际情况考虑是否停止推进，并采用消泡剂对河面进行消泡处理。

20、本技术解决技术问题所产生的技术效果如下：

21、与现有技术相比，本发明一种浅埋盾构下穿河道河面冒泡的控制方法通过采用以下步骤，s1：在盾构施工前对盾构机穿越河流浅覆土地段进行风险评估；包括且不限于对所穿河道水深、河底实际标高、淤泥层厚度及其周边环境进行详细调查，确保盾构掘进范围内无河堤护岸桩及不明确的障碍物；复核隧道覆土层厚度，以利于进行平衡压力设定值的计算；s2：控制泡沫剂的选型，采用具有降解性好、组分及其降解产物低毒或者无毒特征的盾构施工用泡沫剂，防止施工中造对环境的负面影响；在上软下硬地层使用膨润土和泡沫剂对渣土进行改良，且每环泡沫使用量为120～150l，地下水较大时加入适量膨润土为每环2～4m3；s3：泡沫系统采用单管单泵系统，解决土压平衡盾构压缩空气泡沫系统发泡过程中气液混合参数选择盲目、泡沫浪费严重的问题，提升泡沫系统的可靠性和可操控性；s4：在掘进过程根据盾构埋深和水位情况的变化，调整土压设定值，前50环作为试推进段，通过分析掘进数据反馈指导施工，以优化掘进参数；盾构推进过程中，确保盾构均衡、匀速穿越，推进速度为20～35mm/min，减少盾构推进对河流下方土层造成的扰动；并严格控制出土量，确保每斗出土量与掘进距离相匹配，做到浆液注入与掘进同步，并严格控制注浆压力，避免由于注浆压力过高顶破上覆土层；s5：做好掘进过程中的风险应对措施，防止盾尾发生涌水涌砂，定期、定量、均匀地压注盾尾油脂，针对施工中发生的险情，根据监测结果和报警机制，发现问题并及时实施相应的预案；s6：在掘进过程中针对所出现的河面冒泡现象，根据河面、土仓内监测数据反馈，查询故障点并对故障进行处理；若出泡量较少，则立即对河面进行喷消泡剂消除泡沫，实际应用过程，采用本发明的控制盾构穿越河道过程中河内冒泡现象，在盾构进行前详细调查盾构穿越地层深度、土层介质变化，根据不同位置地层所出渣土，选择对应的优质渣土改良剂，并设计一套泡沫剂控制系统，可以细化到根据土层深度变化，精准控制各部分原件，在掘进时自动将泡沫注入开挖室，另外在掘进过程中，对河面进行实时监测，如果出现河面冒泡现象，通过泡沫系统分析压力再结合检查其他仪器仪表的读数及状态的方法，即可快速准确地判断和排除故障，并对此采取应急措施，从而避免气体在盾构土层内形成更大的流动通道，造成喷涌、河水下灌等其他危险现象，保证了施工进度。