超深覆土盾构穿越复杂地层施工方法

摘要

本发明涉及一种超深覆土盾构穿越复杂地层施工方法，具体步骤是：1.盾构穿越⑥层土体改良措施；2.盾构穿越⑦1、⑦2层盾构姿态控制；3.盾构穿越⑦1、⑦2层总推力控制；4.砂性土承压含水层内盾尾密封措施；5.超深覆土盾构小半径转弯施工措施。本发明能解决超深覆土工况下进行盾构法施工穿越⑥层硬土层、⑦1、⑦2层砂性土承压含水层时所遇到刀盘扭矩控制、总推力控制、盾构姿态控制、盾尾密封及小半径转弯时的轴线控制等一系列施工问题。形成成熟的复杂地层中超深盾构法隧道掘进施工工艺、施工技术，为今后地下空间开发向深层发展打下基础，解决了盾构工程在地下设施较多区域的局限性，保障地下盾构隧道工程开发的可持续发展和应用的广泛性。

主权项

一种超深覆土盾构穿越复杂地层施工方法，其特征在于，具体施工步骤如下：1）盾构穿越⑥层土施工措施（1）选择柱塞泵为加泥加水泵（2）选择盾构推进模式故盾构机在⑥层土内推进施工时，采用手动土压平衡模式，使推进速度‑刀盘进土量‑螺旋机转速‑刀盘正面土压‑螺旋机出土量‑皮带机上土量均处于相对恒定的状态；（3）优化刀盘加水操作方式盾构推进时保持刀盘持续加水，扭矩出现下降后控制加水流量，当土仓内土体完全置换后，通过调节推进速度和增减加水流量，使推进速度和加水流量平衡；（4）提高刀盘转速在⑥层土内进行盾构推进时，将刀盘转速提升至最高档位1.51rpm；2）盾构穿越⑦1、⑦2层盾构姿态控制（1）正面土压力的设定施工中土压力设定遵循“计算理论值，调整实际值”的原则，进行土压平衡的控制；（2）二次环箍注浆利用隧道管片注浆孔进行壁后环箍注浆，通过凝固后的浆液将管片托出，保持管片坡度，二次注浆采用单液水泥浆液，为避免浆液窜入盾尾损坏盾尾刷，待管片脱出盾尾10环后进行二次环箍注浆施工，每推进10环打设一道环箍，每环注浆量约1m3；（3）贴片材料优化在超深覆土下施工时，选用橡胶纤维板作为贴片材料，用于满足调整管片坡度的要求； 3）盾构穿越⑦1、⑦2层总推力控制（1）使用超挖刀开启盾构机上半周21点~9点位置超挖刀，超挖量定为80mm，通过超挖刀刮松盾壳上半部的土体，降低钢板与土体间的摩擦系数，以减小侧摩阻力；（2）盾构机壳体减摩注浆盾构机支承环位置1点、5点、8点、11点四个方向设置壳体外注入孔，通过外注入孔向外压注膨润土浆液，使膨润土浆液在盾构机壳体表面形成一层泥膜；4）砂性土承压含水层内盾尾密封措施（1）盾尾油脂管路改造将原来左、右半圈注入口串联管路的形式改造为左、右半圈注入口并联管路形式；（2）盾尾油脂压注压注油脂时，采用自动模式下的压力控制方法，确保每个注入口的压注压力指标大于管道压力降与外部静土压力之和；如果在盾尾局部出现漏点时，采用手动模式，对漏电位置的注入口单独进行压注；（3）同步注浆控制计算盾构机浆桶规格尺寸，在浆桶内设置标尺，采用一道一道水平钢筋，使每道钢筋间的空间体积为0.45m3，通过观察标尺目测压浆量、控制压浆速度；（4）盾尾密封辅助措施① 管片加贴海绵条管片外弧面整环加贴一道20cm×15cm海绵条；② 加设临时止水装置在千斤顶靴板与管片间设置一道由弧形钢板与橡胶条组成的临时止水装置；超深覆土盾构小半径转弯施工（1）小半径转弯纠偏量计算盾构机每一环的纠偏角度为方位角J与方位角I的夹角θ，θ=1200÷R×180°÷π通过计算得到盾构机每环纠偏角度，利用三角函数关系计算得到盾构机每一环推进左、右千斤顶伸出行程差；（2）总推力计算① 盾构外壁周边与土体之间的摩阻力或粘结阻力F1对于砂性土：F1=μ（πDLpm+W）μ‑‑‑‑‑盾壳与周边土体之间的摩擦系数为0.2D ‑‑‑‑‑盾构机外径（m）L ‑‑‑‑‑‑盾构机本体长度（m）pm‑‑‑‑‑土压力(kPa)W‑‑‑‑‑‑盾构机自重（KN）② 切口环贯入阻力F2F2=LtKPpmL ‑‑‑‑‑‑开挖面周长（m）t‑‑‑‑‑‑‑切口环贯入深度（m）pm‑‑‑‑‑土压力(kPa)KP‑‑‑‑‑被动土压力系数KP=tan2(45°+θ/2)③ 工作面正面阻力F3F3=(πD2/4 )pmD ‑‑‑‑‑盾构机外径（m）pm‑‑‑‑‑土压力(kPa)④ 管片与盾尾之间的摩擦力F4F4=μGnμ‑‑‑‑‑钢与混凝土之间的摩擦系数为0.3G ‑‑‑‑‑‑每环管片重量（KN）n‑‑‑‑‑‑‑管片在盾尾内的环数⑤ 后方台车的牵引阻力F5F5=μGμ‑‑‑‑‑钢车轮与钢轨之间的摩擦系数为0.15G ‑‑‑‑‑‑每环管片重量（KN）     将各部分推力相加得到总推力F≈F1+F2+F3+F4+F5（3）区域油压纠偏方法① 在小半径转弯施工时，盾构机以左右纠偏为主，应先调整左右油压；根据千斤顶压力换算推力：② 左、右区千斤顶压力设置完成后，对上、下区千斤顶压力进行设置，结合左、右区的推力计算，利用总推力减去左、右区推力后，得到上、下区需设定的理论推力，满足推动盾构机的条件；（4）停千斤顶纠偏方法当盾构机总推力继续增大后，通过区域油压调节时如若部分分区压力小于5Mpa，无法满足总推力的要求，此时暂停部分千斤顶，其余千斤顶压力全部释放的方式进行纠偏； （5）管片贴片计算第一步，分析设计轴线与盾构机的相对位置关系，通过每一环的盾构姿态测量数据来计算：设计轴线与盾构机夹角X‰=(切口左右偏差‑盾尾左右偏差)/盾构机长度第二步，分析盾构机与管片的相对位置关系，通过左、右千斤顶推进时的行程差进行计算：盾构机与管片夹角Y‰=行程差/管片直径第三步，计算设计轴线与管片的相对位置关系：设计轴线与管片夹角Z‰=X‰+Y‰通过在管片上贴片使端面成为楔形来减小设计轴线与管片间的夹角，每环纠偏角度（‰）=贴片厚度/管片直径，通过分析设计轴线与管片的夹角以及贴片后每环纠偏角度，确定管片纠偏贴片方式。