盾构法隧道在富水砂层大坡度小曲线上始发的施工方法与流程

本发明涉及盾构法隧道施工技术领域，具体涉及一种盾构法隧道在富水砂层大坡度小曲线上始发的施工方法。

背景技术：

盾构始发是指盾构从组装调试，到盾构完全进入区间隧道并完成试掘进为止的施工过程。盾构隧道在富水砂层中大坡度、小曲线线路始发施工阶段，盾构在脱离基座过程中无法进行转向，若按照以往直线始发的工法，盾构在进入地层过程中无法进行纠偏转向。待盾构进入地层后，则会出现隧道中心轴线超出设计规范要求的情况，隧道成型质量无法保障。盾构进入富水砂层，铰接油缸压力较大，最大时达到360bar，一环最大增加压力100bar。由于盾尾受到摩阻力较大，致使盾构推力增加，最大推力达到4400t。在盾构小半径曲线转向过程中，大推力掘进导致小半径曲线外侧管片在转向过程中集中受力较大，出现小半径曲线外侧管片连续错台、破损。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种盾构法隧道在富水砂层大坡度小曲线上始发的施工方法。

本发明解决问题的技术方案是：所述施工方法包括：步骤一，始发线路拟合：在设计水平轴线的始发点设置未优化拟合轴线，再使未优化拟合轴线的始发点偏移至背土面钢环中心，形成拟合水平轴线；

步骤二，洞门密封、反力架偏移和基座定位：依据洞门钢环位置安装密封；在盾构的刀盘外围和帘布橡胶板外侧涂润滑油脂；保持反力架靠盾尾侧的平面与盾尾平面平行；基座的安装位置按照隧道切线轴线的延长线测量放样，定位后加固；使刀盘的中心位置和盾构尾部中心位置分别与基座前端中心位置和基座后端中心位置重合；基座按照在高程方向上高于刀盘10～20mm设置；

步骤三，盾构始发：使盾构沿拟合水平轴线掘进；使盾构的刀盘逐渐贴拢、切削墙体；盾构刀盘切削入墙后，使盾构采用空仓模式掘进，刀盘仓内积渣保持在螺机口上，并注入泡沫剂润滑；使盾构以0.8r/min的转速转动刀盘，使刀盘扭矩保持在3000kn·m以下；待刀盘距离出加固体0.5m时开始建仓，关闭出渣；刀盘建仓加压完成后停机，利用同步注浆系统向洞门注入砂浆，填充管片与主体结构、地连墙之间的空隙，形成洞门砂浆封堵环；

步骤四，盾构纠偏掘进：在盾构继续向前推进的过程中使盾构逐步转弯并偏向设计水平轴线，直至盾构返回到设计水平轴线。

进一步地，在步骤一中，未优化拟合轴线与设计水平轴线的高程偏差小于50mm，左右偏差小于50mm。

进一步地，在步骤四中，盾构转弯时外侧较内侧超前量为：

δs＝[(l×360)/(2×π×r)]×[(2×π)/360]×[(r+3)-(r-3)]

其中，l为环宽，d为隧道直径，r为转弯半径。

进一步地，在步骤四中，为降低盾构推力，在中盾注入高浓度泥浆润滑盾体，每环注入量计算公式为：

v注入量＝(v开挖体积-v中盾体积)×l盾体长度

更进一步地，高浓度泥浆为比重1.3的膨润土。

更进一步地，对盾尾同步注浆，盾尾同步注浆压力小于中盾注浆的压力。

进一步地，在步骤三中，当采用空仓模式掘进且盾尾止浆板未抵达地层时，为防止砂浆通过盾体进入刀盘仓，将空仓转为半仓掘进，以40～48l/环的注入量向刀盘中心注入泡沫和清水。

进一步地，在步骤三中，刀盘距离出加固体0.5m时关闭出渣，保持刀盘中心泡沫注入量为40～48l/环，以20mm/min的速度推进，待刀盘仓充满渣土，使盾构推力保持为1500t，扭矩为3200kn.m。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：1、解决了富水砂层土压盾构小曲线切线始发过程中洞门密封的难题。

2、将始发线预抬高10～20mm，解决了富水砂层土压盾构大坡度始发过程中竖向曲线偏差的问题。

3、通过线路拟合确定盾构始发过程盾构施工轴线和设计轴线的偏差，优化盾构始发完成后的纠偏参数，很好地控制了盾构转向趋势，解决了富水砂层始发施工轴线控制技术难题。

4、盾构小半径曲线掘进过程中，通过降低同步注浆压力、中盾注入泥浆，较好缓解了富水砂层中盾构小半径曲线掘进中盾尾铰接压力大的问题。

附图说明

图1为未优化的拟合水平轴线示意图。

图2为洞门钢环、盾构及基座偏移示意图。

图3为反力架调整示意图。

图4为拟合水平轴线及盾构纠偏轴线示意图。

图中标记：1-原洞门钢环位置；2-洞门钢环位置；3-设计水平轴线；4-拟合水平轴线；5-背土面钢环中心；6-基座前端中心位置；7-盾构尾部中心位置；8-盾构；9-基座；10-基座后端中心位置；11-墙体；12-拟合竖向轴线；13-设计竖向轴线；14-反力架；15-拟合竖向曲线在反力架上的垂足；16-拟合轴线与设计轴线相交点；17-盾构轴线与设计轴线重合点；18-盾构纠偏轴线；19-设计轴线与未优化拟合轴线始发中心点；20-未优化拟合轴线与设计轴线相交点；21-未优化拟合轴线。

具体实施方式

如图1、图2、图3和图4所示，所述施工方法包括：步骤一，始发线路拟合：在设计水平轴线3的始发点设置未优化拟合轴线21，未优化拟合轴线21为设计水平轴线3的切线；再使未优化拟合轴线21的始发点偏移至背土面钢环中心5，即使未优化拟合轴线21在高程方向向下偏移40mm，形成拟合水平轴线4，将洞门钢环位置2设置在拟合水平轴线4的起始处；未优化拟合轴线从设计轴线与未优化拟合轴线始发中心点19逐渐偏离设计水平轴线3，接着逐渐接近设计水平轴线3，最后在未优化拟合轴线与设计轴线相交点20回到设计水平轴线3；为保证盾构8始发后，盾构掘进过程仍保持转弯拟合的趋势，对未优化拟合轴线21进行优化，即使未优化拟合轴线21两端在高程方向向下偏移40mm，即未优化拟合轴线始发中心点19偏移至背土面钢环中心，形成拟合轴线与设计轴线相交点16；原洞门钢环位置1偏移至拟合竖向曲线在反力架上的垂足15，确保洞门钢环位置2的背土面中心与拟合水平轴线4重合；步骤一为盾构后期纠偏提供更多的空间，不仅可以保证始发时的安全，又能使各环误差均在50mm的规范要求之内，从而满足施工规范要求。

步骤二，洞门密封、反力架偏移和基座定位：依据洞门钢环位置2安装密封；在盾构8的刀盘外围和帘布橡胶板外侧涂润滑油脂，从而防止刀盘磨损帘布橡胶板影响密封效果；保持反力架14靠盾尾侧的平面与盾尾平面平行，即保持反力架14形成的平面与拟合竖向轴线12垂直，形成拟合竖向轴线在反力架上的垂足15；基座9的安装位置按照隧道切线轴线的延长线测量放样，定位后加固；使刀盘和盾构尾部中心位置7分别与基座前端中心位置6和基座后端中心位置10重合；基座9按照在高程方向上高于刀盘10～20mm设置，即由设计竖向轴线13调整为拟合竖向轴线12。

步骤三，盾构始发：在5～10mm/min的掘进速度下，使盾构8沿拟合水平轴线4掘进；使盾构8的刀盘逐渐贴拢、切削墙体11；盾构8刀盘切削入墙后，使盾构8采用空仓模式掘进，刀盘仓内积渣保持在螺机口上，并注入泡沫剂润滑；使盾构8以0.8r/min的转速转动刀盘，使刀盘扭矩保持在3000kn·m以下；待刀盘距离出加固体0.5m时开始建仓，关闭出渣；刀盘建仓加压完成后停机，利用同步注浆系统向洞门注入砂浆，填充管片与主体结构、地连墙之间的空隙，形成洞门砂浆封堵环，从而阻止地层内水和砂通过洞门通道涌出；

步骤四，盾构纠偏掘进：在盾构8继续向前推进的过程中使盾构8逐步转弯并偏向设计水平轴线3，直至盾构8返回到设计水平轴线3。如图所示，步骤四开始之前刀盘位于设计轴线3曲线内侧，盾尾位于设置轴线曲线3外侧，盾构8需要在脱离基座后经过拟合水平轴线4，进入盾构纠偏轴线18中，掘进至拟合轴线和设计轴线相交点16后在盾构轴线与设计轴线重合点17处返回设计水平轴线3。

进一步地，在步骤一中，未优化拟合轴线21与设计水平轴线3的高程偏差小于50mm，左右偏差小于50mm。

进一步地，在步骤四中，盾构8转弯时外侧较内侧超前量为：

δs＝[(l×360)/(2×π×r)]×[(2×π)/360]×[(r+3)-(r-3)]

其中，l为环宽，d为隧道直径，r为转弯半径。

进一步地，在步骤四中，为降低盾构推力，在中盾注入高浓度泥浆润滑盾体，每环注入量计算公式为：

v注入量＝(v开挖体积-v中盾体积)×l盾体长度

更进一步地，高浓度泥浆为比重1.3的膨润土。

更进一步地，对盾尾同步注浆，盾尾同步注浆压力小于中盾注浆的压力；使用较低的盾尾同步注浆压力，能够降低砂浆渗入尾盾与地层缝隙的概率，减少盾壳的摩阻力，较好地控制盾尾铰接油缸的压力。

进一步地，在步骤三中，当采用空仓模式掘进且盾尾止浆板未抵达地层时，为防止砂浆通过盾体进入刀盘仓，将空仓转为半仓掘进，以40～48l/环的注入量向刀盘中心注入泡沫和清水，从而确保刀盘中心不板结泥饼。

进一步地，在步骤三中，刀盘距离出加固体0.5m时关闭出渣，保持刀盘中心泡沫注入量为40～48l/环，以20mm/min的速度推进，待刀盘仓充满渣土，使盾构推力保持为1500t，扭矩为3200kn.m。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的保护范围。