盾构隧道穿越海底浅覆盖淤泥及淤泥质粘土施工方法与流程

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种盾构隧道穿越海底浅覆盖淤泥及淤泥质粘土施工方法。

背景技术：

在使用盾构机挖掘海底隧道的过程中，待挖掘隧道区域地质条件往往非常复杂，其中盾构机在浅覆盖淤泥及淤泥质软土掘进过程中，由于淤泥及淤泥质软土孔隙比大、灵敏度高、覆盖层薄，施工中盾构机姿态难以控制，管片接缝漏水漏浆，影响成型隧道质量，严重时会出现掌子面坍塌。因此，在海底隧道施工工程中，控制盾构机姿态，优化盾构机掘进参数，避免参数设置不当出现“上漂”、“冒浆”及因切口压力波动造成开挖面正面土体的流失造成开挖面坍塌等问题是施工中亟待解决的难点问题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对海底待挖掘隧道段存在浅覆盖淤泥及淤泥质软土的特点，提供一种盾构隧道穿越海底浅覆盖淤泥及淤泥质粘土施工方法。

本发明提供的盾构隧道穿越海底浅覆盖淤泥及淤泥质粘土施工方法，包括以下步骤：(1)管片合理选型，居中安装，严格控制盾尾间隙；(2)按设计值设定切口水压，并根据推进时刻的水位变化情况进行相应调整，严格控制泥水压力的波动值；(3)加强海底段泥浆质量控制、送排泥监控，适当提高泥浆比重、并控制其粘度，保证泥膜质量；(4)严格控制出土量，当干砂量过大时，提高地层探测装置的使用频率，以便及时掌握切口正面土体坍塌情况；(5)当发现海底冒浆时，根据冒浆严重程度和开挖面水压具体情况，确定盾构掘进方案；(6)提高同步注浆质量，在同步注浆的基础上，注入泥水玻璃双液浆；(7)当发现隧道上浮量较大、波及范围较远时，采取对已建隧道进行二次注浆措施，以割断泥水继续流失路径。

具体地，在步骤(1)中，为防盾构机与管片间隙一边过大，一边过小，造成盾尾间隙不均匀而降低盾尾密封效果，损坏盾尾尾刷，施工时将盾尾间隙差值控制在20mm以内。

具体地，在步骤(2)中，切口水压偏低无法支撑开挖面土体，会造成土体塌陷，切口水压较高，对土体扰动过大，也会造成土体坍塌，为避免压力波动击穿海底浅埋覆盖软土层，压力波动控制在-0.2bar～+0.2bar。

具体地，在步骤(3)中，加强送排泥监控，提前计算掘进速度与进排泥的关系，发现排泥异常，及时调整参数，防止超挖造成塌陷。

具体地，在步骤(4)中，根据具体施工情况及时调整参数，使干砂量的数据接近理论值，减少正面土体塌方的可能。

具体地，在步骤(5)中，当轻微冒浆时，在不降低开挖面水压下能进行推进，则向前推进，同时适当加快推进速度，提高拼装效率，使盾构机尽早穿过冒浆区；当冒浆严重时，将开挖面水压降低到土压和水压平衡为止；提高泥水比重和粘度，采用重浆推进；为了能使盾构机向前推进，检查掘削干砂量，确认有无超挖；掘进一定距离后进行充分的壁后注浆；将开挖面水压返回到正常状态，进行正常掘进。

具体地，在步骤(6)中，注浆浆液应具有较短的初凝时间，遇泥水后不产生裂化，且具有一定的流动性，能均匀地布满隧道一周，及时充填建筑空隙；在同步注浆的基础上，注入泥水玻璃双液浆，在隧道周围形成环箍，每隔10环进行封环处理，使隧道纵向形成间断的止水隔离带，以减缓、制约隧道上浮，从而控制隧道变形。

具体地，在步骤(7)中，当发现隧道上浮量较大、波及范围较远时，采取对已建隧道进行二次注浆措施，以割断泥水继续流失路径。

本发明提供的盾构隧道穿越海底浅覆盖淤泥及淤泥质粘土施工方法，针对海底的浅覆盖淤泥及淤泥质软土的特点，通过控制盾尾间隙、优化盾构机掘进参数、提高同步注浆质量等措施避免掘进参数设置不当出现“上漂”、“冒浆”及因切口压力波动造成开挖面正面土体的流失造成开挖面坍塌等问题。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中:

图1是根据本发明实施方式的盾构隧道穿越海底浅覆盖淤泥及淤泥质粘土施工方法中盾尾间隙结构示意图；

图2是根据本发明实施方式的盾构隧道穿越海底浅覆盖淤泥及淤泥质粘土施工方法步骤流程图。

附图标记说明

1、盾构机2、推进油缸3、盾尾间隙4、盾尾刷5、管片

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

下面结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细描述。

本发明提供的盾构隧道穿越海底浅覆盖淤泥及淤泥质粘土施工方法，如图1-2所示，包括以下步骤：(1)管片合理选型，居中安装，严格控制盾尾间隙；(2)按设计值设定切口水压，并根据推进时刻的水位变化情况进行相应调整，严格控制泥水压力的波动值；(3)加强海底段泥浆质量控制、送排泥监控，适当提高泥浆比重、并控制其粘度，保证泥膜质量；(4)严格控制出土量，当干砂量过大时，提高地层探测装置的使用频率，以便及时掌握切口正面土体坍塌情况；(5)当发现海底冒浆时，根据冒浆严重程度和开挖面水压具体情况，确定盾构掘进方案；(6)提高同步注浆质量，在同步注浆的基础上，注入泥水玻璃双液浆；(7)当发现隧道上浮量较大、波及范围较远时，采取对已建隧道进行二次注浆措施，以割断泥水继续流失路径。

根据本发明的技术方案，首先对步骤(1)的管片进行合理选型，管片是盾构开挖后的一次衬砌，支撑作用于隧道上的土压、水压，防止隧道土体坍塌、变形和渗漏水。管片根据掘进线路参数、盾构机姿态与油缸行程、盾尾间隙进行选型，例如在一项盾构隧道工程中，采用管片内径13.3m，外径14.5m，环宽2m，厚600mm，通用双面楔形环，楔形量48mm，采用“7+2+1”分块模式，错缝拼装；管片结构采用c60高性能耐腐蚀混凝土，抗渗等级p12；环、纵缝用斜螺栓连接，防水设计采用两道三元乙丙弹性密封垫和内侧嵌缝防水。为防盾构机与管片间隙一边过大，一边过小，造成盾尾间隙不均匀而降低盾尾密封效果，损坏盾尾尾刷，施工时将盾尾间隙差值控制在20mm以内。

根据本发明的技术方案，步骤(2)按设计值设定切口水压，并根据推进时刻的水位变化情况进行相应调整，严格控制泥水压力的波动值。切口水压偏低无法支撑开挖面土体，会造成土体塌陷；切口水压较高，对土体扰动过大，也会造成土体坍塌，为避免压力波动击穿海底浅埋覆盖软土层，压力波动控制在-0.2bar～+0.2bar。具体切口水压设定方法如下：

1.切口水压设定

理论计算：

a切口水压上限值：

p上＝p1+p2+p3

＝γw·h+k0·[(γ-γw)·h+γ·(h-h)]+20

p上：切口水压上限值(kpa)；

p1：地下水压力(kpa)；

p2：静止土压力(kpa)；

p3：变动土压力，一般取20kpa；

γw：水的溶重(kn/m3)；

h：地下水位以下的隧道埋深(算至隧道中心)(m)；

k0：静止土压力系数；

γ：土的容重(kn/m3)；

h：隧道埋深(算至隧道中心)(m)。

b切口水压下限值：

p下＝p1+p'2+p3

＝γw·h+ka·[(γ-γw)·h+γ·(h-h)]-2·cu·sqr(ka)+20

p下：切口水压下限值(kpa)；

p'2：主动土压力(kpa)；

ka：主动土压力系数；

cu：土的凝聚力(kpa)。

盾构掘进时的切口泥水压力应介于理论计算值上下限之间，并根据地表建(构)筑物的情况和地质条件适当调整。

根据本发明的技术方案，步骤(3)加强海底段泥浆质量控制、送排泥监控，适当提高泥浆比重、并控制其粘度，保证泥膜质量；加强送排泥监控，提前计算掘进速度与进排泥的关系，发现排泥异常，及时调整参数，防止超挖造成塌陷。泥水指标控制和掘进速度按照如下方法控制：

2.泥水指标控制

(1)比重ρ＝1.15g/cm3～1.30g/cm3；

(2)漏斗粘度ν＝25s～35s；

(3)析水率<5％；

(4)ph值：8-9；

(5)api失水量<30cc/30min；

3.掘进速度控制

正常掘进条件下，掘进速度应设定为15～40mm/min；在盾构通过土石交界面段时，掘进速度应控制在5～10mm/min。

根据本发明的技术方案，包括步骤(4)严格控制出土量，当干砂量过大时，提高地层探测装置的使用频率，以便及时掌握切口正面土体坍塌情况；根据具体施工情况及时调整参数，使干砂量的数据接近理论值，减少正面土体塌方的可能。掘削量按照如下方法控制：

4.掘削量的控制

盾构机掘进实际掘削量vr可由下式计算得到：

vr＝(q1-q0)×t

vr：实际掘削量(kn/ring)

q1：排泥流量(m3/min)；

q0：送泥流量(m3/min)；

t：掘削时间(min)。

当发现掘削量过大时，应立即检查泥水密度、粘度和切口水压。此外，也可以利用超前地质预报探测装置，检查土体坍塌情况，在查明原因后应及时调整有关参数，确保开挖面稳定。

根据本发明的技术方案，包括步骤(5)当发现海底冒浆时，根据冒浆严重程度和开挖面水压具体情况，确定盾构掘进方案；当轻微的冒浆时，在不降低开挖面水压下能进行推进，则向前推进，同时适当加快推进速度，提高拼装效率，使盾构尽早穿过冒浆区；当冒浆严重时，将开挖面水压降低到土压和水压平衡为止；提高泥水比重和粘度，采用重浆推进；为了能使盾构机向前推进，检查掘削干砂量，确认有无超挖；掘进一定距离后进行充分的壁后注浆；将开挖面水压返回到正常状态，进行正常掘进。

根据本发明的技术方案，包括步骤(6)提高同步注浆质量，在同步注浆的基础上，注入泥水玻璃双液浆；注浆浆液具有较短的初凝时间，遇泥水后不产生裂化，且具有一定的流动性，能均匀地布满隧道一周，及时充填建筑空隙；在同步注浆的基础上，注入泥水玻璃双液浆，在隧道周围形成环箍，每隔10环进行封环处理，使隧道纵向形成间断的止水隔离带，以减缓、制约隧道上浮，从而控制隧道变形。同步注浆按照如下方法控制：

5.同步注浆

(1)注浆压力

注浆压力设定为3～5bar，管片注浆口的实测注浆压力为2～4bar。

(2)注浆量

理论注浆量：

v＝π[(7.5×7.5-7.25×7.25)]×2m

实际的注浆量为理论空隙的130％～150％，即为30.1～34.7m3。

根据本发明的技术方案，包括步骤(7)当发现隧道上浮量较大、波及范围较远时，采取对已建隧道进行二次注浆措施，以割断泥水继续流失路径。

本发明提供的盾构隧道穿越海底浅覆盖淤泥及淤泥质粘土施工方法，针对海底的浅覆盖淤泥及淤泥质软土的特点，通过控制盾尾间隙、优化盾构机掘进参数、提高同步注浆质量等措施避免参数设置不当出现“上漂”、“冒浆”及因切口压力波动造成开挖面正面土体的流失造成开挖面坍塌等问题。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。