一种富水砂层地区盾构超浅埋穿越河道的施工方法与流程

本发明属于地铁施工，具体涉及在富水砂层地区盾构机浅距离下穿渠底施工的方法。

背景技术：

1、涉及在富水砂层地区盾构机浅距离下穿渠底施工，在施工区间左右线隧道拱顶距离河床最近距离仅3.1m，远远小于1倍盾构直径6m，属于超浅埋盾构施工，且隧道整体处在中砂地层中，水位线在洞身范围以内；上部的河流是一条泄洪渠，渠上宽约27.0m，下宽约11m，深约5.5m，采用m7.5水泥砂浆砌片石铺设，河道昼夜水位高度变化较大。盾构机掘进施工时，极其容易出现击穿河道，河水倒灌进隧道的风险。

2、在现有公开的专利文献中，中国发明专利申请号201010105681.公开了一种地铁盾构超浅覆土穿越运营隧道施工的方法，其特征在于包括以下步骤：a.施工前准备，包括：(1)在工程开工前做好超浅覆土穿越范围的地上和地下构、建筑物的排摸及掘进沿线障碍物的排摸，以所述排摸资料为基础，对盾构超浅覆土掘进施工过程的施工风险进行辨识和评估，并制定施工方案；(2)根据所述排摸资料，对盾构设备进行改制；(3)对管片进行改制；(4)对穿越范围地下管线进行防护处理；b.实际施工，包括：(1)分段掘进，进一步包括：将盾构超浅覆土穿越范围划分为试验段、穿越段和穿越后控制段，盾构在试验段掘进时，采集盾构掘进施工的最优化参数配置，利用所述采集到的最优化参数配置指导盾构穿越段掘进施工；(2)在穿越范围内实施抗浮措施；(3)盾构穿越过后，在施工隧道内向被穿越隧道上部进行二次跟踪注浆，进一步稳定土体的后期变形；(4)在施工过程中对地面变形与被穿越隧道的沉降情况保持监测，将监测数据汇总到指挥中心的计算机终端。

3、又例如，中国发明专利申请号201910978416.3公开了一种水囊卵石混合土层土压盾构穿越河道施工方法，其特征在于，所述施工方法包括以下步骤：

4、s1)在隧道暗挖施工阶段在使用土压盾构机穿越河道以下土层的过程中，在所述土压盾构机的螺旋机位置发生连续喷涌的情况下，暂停土压盾构机施工；

5、s2)向所述土压盾构机的盾尾及土仓内注入膨润土，之后按照预定间隔时间转动刀盘以避免土压盾构机抱死；

6、s3)在距离所述土压盾构机的盾尾预定范围内的隔环管片壁后注入双液浆以形成止水环；

7、s4)对河道进行改道施工，使得改道后的新河道距离土压盾构机的盾尾预定距离；

8、s5)沿着原河道位置两侧间隔设置多口降水井，并完成降水操作；

9、s6)调整土压盾构机的土仓压力以恢复所述土压盾构机施工，继续以预定土仓压力掘进穿越原河道以下土层。

10、以上发明专利申请技术均没有解决在富水砂层地区且隧道整体处在中砂地层中的超浅埋穿越河道盾构施工安全问题。

技术实现思路

1、本发明所述富水砂层地区盾构超浅埋穿越河道的方法，主要是设置拉森钢板桩及钢板抗隆盖板对渠底进行加固，同时对常规的渣土改良技术上进行创新优化，盾构机下穿过程中减少泡沫使用量，加大了膨润土的浓度、增加了复合土(高分子聚合物)注入，优化掘进参数、掘进过程中根据出渣情况不断的控制螺机上下闸门开度等措施，保证了盾构机安全高效的下穿实施。

2、本发明所述富水砂层地区盾构超浅埋穿越河道的施工方法，包括以下步骤：

3、步骤1、盾构超浅埋穿越河道前施工步骤：

4、步骤1.1施做拉森钢板桩围堰一侧半幅导流：

5、使用长臂挖机清除河道两侧、河底的浆砌片石；

6、对拉森钢板桩做锁口处理，每片拉森钢板桩锁口后涂以一层混合油，混合油体积配合比为黄油:干膨润土:干锯沫＝5:5:3；

7、采用9m长拉森钢板桩沿明渠纵向中部位置搭设拉森钢板桩，自上游向下游逐步推进搭设，采用长臂振动沉桩机将9m长拉森钢板夯入渠底深度6m，渠底以上预留3m高度，再打夯打下一段钢板桩，依此交替进行直至完成围堰合拢，合拢后抽干合拢后明渠内存留的水，接着沿河道纵向，自一端向另一端施工拉森钢钢板桩，形成一个“u”区域沿河道纵向将抗拔桩机施工范围合拢；抽干合拢范围内存留的水，平整场地，施做抗拔桩机；

8、步骤1.2，一侧半幅抗拔桩、抗隆起盖板施工：

9、采用泥浆护壁钻孔灌注抗拔桩，利用旋挖钻机成孔完成后，进行抗拔桩桩头开挖及破除，露出抗拔桩混凝土桩头，再用液压破碎锤破除桩顶500mm范围内混凝土浮浆，直到露出原状混凝土；进行抗隆起盖板施工，抗隆起盖板采用50cm厚钢筋混凝土浇筑而成，抗浮盖板，抗隆起盖板与抗拔桩顶部凿除混凝土露出的钢筋笼主筋连接，浇筑混凝土后，抗隆起盖板与抗拔桩形成一个整体，覆盖全部盾构通过的河道区域；

10、步骤1.3，另一侧半幅导流施工：

11、三排抗拔桩沿河道纵向布置，与盾构施工方向平行，分幅进行施工；先用拉森钢板桩进行半幅河道封闭，施工纵向两排抗拔桩和抗隆起盖板；再恢复河道的流水，用钢板桩封闭另一侧河道，施工完另一侧的一排抗拔桩、抗隆起盖板；

12、步骤1.4，另一侧半幅抗拔摩擦桩、抗隆起盖板施工：

13、首选采用泥浆护壁钻孔灌桩桩，利用旋挖钻机成孔，完成后，将灌桩桩头开挖、破除，露出抗拔桩混凝土桩头；进行抗隆起盖板施工；盖板采用50cm厚钢筋混凝土浇筑而成，抗浮盖板钢筋与抗拔桩钢筋相互锚接，盖板在桩体部位设置暗梁，以加强盖板整体性；

14、步骤1.5，拔出钢板桩，处理抗隆起盖板接缝，完成加固:

15、当围堰外水位较高时，先向围堰内灌水，使内外水位差保持1～1.5m，以减小拉森钢板桩的挤压力，再从下游开始向上游逐次拔除拉森钢板桩，在拉森钢板桩施工中，左右两幅盖板留有透水缝隙，在拉森钢板桩拔除后，采用c40水下混凝土浇筑振捣密实；

16、步骤2，盾构超浅埋穿越河道掘进施工步骤：

17、步骤2.1盾构机下穿施工过程中技术参数控制:

18、2.1.1盾构机下穿施工过程中的土压控制：

19、盾构机下穿时埋深是由深到浅，再由浅到深的运行过程，每隔4-5环需要对土仓压力值理论值进行一次计算，即上部土仓压力控制在0.6～1.0bar之间，下部土仓压力控制在0.4～0.8bar之间；

20、步骤2.1.2盾构机下穿施工过程中掘进技术参数控制：

21、盾构机施工速度控制在4～6cm/min，刀盘转速控制在0.9～1.2r/min；掘进推力控制在10000～15000kn，扭矩控制在1500-2800kn.m；盾构机水平姿态与垂直姿态分别控制在±15mm；

22、步骤2.1.3同步注浆施工，边掘进边注浆，每环同步注浆量保持7m3，注浆压力控制在0.3～0.4mpa；

23、注浆采用注浆量和注浆压力双控施工工艺，盾构机下穿前对正常段与穿越段同步注浆配合比进行优化，并对浆液的胶凝时间和稠度进行调整，胶凝时间由常规的12h调整为6～10h；浆液稠度为8～12cm；

24、步骤2.1.4盾构机的盾尾油脂注入压力不低于20bar，在工序转接过程中盾尾油脂压力保持在3bar以上；

25、步骤2.2盾构机正常地段与穿越河流施工地段渣土处理措施：

26、步骤2.2.1正常地段盾构机在推进过程中渣土改良采用膨润土+泡沫的形式，每环管片(1.5m)掘进完成注入泡沫溶液30-50l/环，膨润土2-3m3/环，改良后砂性土体的坍落度为120-140mm；

27、步骤2.2.2盾构机下穿河流地段渣土处理措施:

28、盾构下穿河流期间膨润土和水的质量比为1:5；增加复合土，复合土和水的拌合质量比为1:20，以使渣土具有良好的可塑性、止水性、流动性，便于盾构的螺旋机的输送机输出渣土；

29、经改良后渣土塌落度在100～120mm时，螺机上下闸门开启3/5；改良后渣土坍落度小于100mm时，螺机上下闸门开启4/5；

30、步骤2.3，盾构机穿越河流施工过程中的管片拼装：

31、盾构机穿越河流段全部采用c型多孔管片，通过增设的注浆孔多方位、多角度二次注浆，以保证浆液注浆的饱满；

32、检查管片防水材料的粘贴情况：检查遇水膨胀止水条的粘贴质量；

33、对管片渗漏水部位即时进行二次注浆处理；

34、对管片螺栓进行三次复紧加固，其中，第一次复紧加固在管片拼装完成后进行，第二次复紧加固在下一环推进至1.4米时对上一环管片螺栓进行复紧加固，第三次复紧加固在管片脱出盾尾后进行；

35、步骤2.4，盾构机穿越河流掘进施工完成后，对每环管片反面采用双液浆进行二次注浆，直至每环管片反面注浆的饱满为止。

36、本发明所述富水砂层地区盾构超浅埋穿越河道的施工方法与本技术领域现有技术相比较，具有以下优越的技术效果：

37、1.传统施工中，盾构通过覆土小于6米的河道时由于覆土较浅，盾构通过时会导致河道底部土体隆起，并出现裂缝，河道内的水会随着裂缝进入到盾构机的土仓内，导致喷涌事故，本发明所述富水砂层地区盾构超浅埋穿越河道的施工方法，在盾构通过前，利用拉森钢板桩分幅封闭河道导流、分幅施工抗拔桩和抗隆起盖板；抗拔桩和抗隆起盖板形成一个整体，这样在盾构通行行时，盾构对河底的压力会先由抗隆起盖板承担，即使盖板受盾构推力影响有向上移动的趋势，但是抗拔桩与土体结合的摩擦力将盖板牢牢固定，不发生向上的变形，以此来保证盾构下穿超前河道时河底不隆起，不发生喷涌。

38、2.本发明所述富水砂层地区盾构超浅埋穿越河道的施工方法，在盾构通过前完成，无需改良盾构传统工艺，工艺简洁适用，节省了盾构施工工期百分之10％。

39、3.本发明所述富水砂层地区盾构超浅埋穿越河道的施工方法，使用的拉森钢板桩周转时间短，安全可靠，造价低廉。

40、4.本发明所述富水砂层地区盾构超浅埋穿越河道的施工方法，总结的盾构机下穿施工过程中掘进技术参数，例如盾构机施工速度、刀盘转速、掘进推力、控扭矩控制、盾构机水平姿态控制参数，在盾构富水砂层地区盾构超浅埋穿越河道施工中具有普遍的参考、指导意义。