一种盾构机盾壳注浆包裹物的处理方法与流程

本发明属于盾构机掘进施工技术领域，具体涉及一种盾构机盾壳注浆包裹物的处理方法。

背景技术：

盾构掘进同步注浆是盾构施工过程中必不可少的一个环节，而在盾构施工过程中因同步注浆压力过大，注浆量过多，再加上出现长时间的停机等因素叠加，造成同步注浆砂浆在盾体上部表面形成固结，盾构机上部表面被砂浆包裹导致盾构出现盾构机掘进姿态不可控，盾构机掘进推力大，地面沉降不可控，管片破损等问题出现，目前现有的采用在盾构机上方地面施工围护结构开挖竖井，在竖井内进行盾构机注浆包裹物处理技术，虽然效果显著，但对地面环境要求高，工期长，成本大，不利于盾构施工风险、工期和成本控制。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种盾构机盾壳注浆包裹物的处理方法，其通过地质钻在地面钻孔取芯对盾构机盾壳上部注浆包裹物的范围进行确认，能有效减少对盾构机盾壳的损伤，同时还能有效避免涌水涌砂的风险；通过潜孔钻钻孔破除注浆包裹物的方法可规避竖井开挖对周边环境的影响和竖井开挖风险，能有效节省工期，同时还能有效节约施工成本；通过盾壳内安装的球阀来判断盾壳上部注浆包裹物是否被破除，能有效保证盾构机盾壳注浆包裹物的破除质量，保证盾构机的掘进姿态可控。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种盾构机盾壳注浆包裹物的处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、盾构机停机；

步骤二、地质钻钻孔取芯确定注浆包裹物的范围：在盾构机上方地面，采用全站仪在地面上对盾构机的位置进行定位，在地面上定位出的盾构机的位置处标记多圈地质钻孔位，采用地质钻在所标记的地质钻孔位上进行钻孔取芯，确定盾壳上部注浆包裹物的范围，并在确定出的注浆包裹物的范围的边界处进行标记，地质钻在所标记的地质钻孔位上进行钻孔取芯后形成地质钻孔；

步骤三、地质钻孔的回填；

步骤四、标记潜孔钻孔位：根据步骤二中标记的注浆包裹物的范围，在该范围内标记多个潜孔钻孔位；

步骤五、注浆包裹物的破除：采用潜孔钻依次在多个潜孔钻孔位处进行钻孔施工，潜孔钻在潜孔钻孔位处钻孔后形成潜孔钻孔，通过潜孔钻的钻头使潜孔钻孔底部盾壳周围的注浆包裹物振松；

步骤六、潜孔钻孔的回填；

步骤七、判断注浆包裹物是否破除：打开盾构机的盾壳内安装的多个球阀，观察多个球阀的渗水或渗泥情况，当有球阀未出现渗水或渗泥现象时，表明注浆包裹物未完全被破除，关闭球阀，并在地面上标记出未出现渗水或渗泥现象的球阀的位置，执行步骤八；当每个球阀内均有渗水或渗泥现象时，说明注浆包裹物已被破除，关闭球阀并执行步骤十；

步骤八、局部加密布孔：在步骤七中标记出的球阀的位置对应的地面局部区域范围内标记出多个潜孔钻孔加密孔位；

步骤九、将潜孔钻孔加密孔位视为潜孔钻孔位，重复步骤五至步骤七；

步骤十、盾构机恢复掘进。

上述的一种盾构机盾壳注浆包裹物的处理方法，其特征在于：步骤二中，进行地质钻钻孔取芯时，在地面上定位出的盾构机的位置处由内至外依次标记出多圈所述地质钻孔位，同时采用地质钻由内至外依次对多圈所述地质钻孔位进行钻孔取芯，具体过程如下：

步骤201、首先在地面上定位出的盾构机的位置处的中心处采用地质钻进行钻孔取芯，确定出盾壳上部存在注浆包裹物的中心地质钻孔，将中心地质钻孔对应的孔位作为第一圈地质钻孔位；

步骤202、在第i圈地质钻孔位外侧地面上布置第i+1圈地质钻孔位，并对第i+1圈地质钻孔位进行钻孔取芯，判断第i+1圈地质钻孔位对应的芯样是否有注浆包裹物，当第i+1圈地质钻孔位对应的芯样有注浆包裹物时，执行步骤203；当第i+1圈地质钻孔位对应的芯样无注浆包裹物时，执行步骤204；

其中，i为正整数，当i等于1时，第一圈地质钻孔位为中心地质钻孔对应的孔位且中心地质钻孔对应的孔位仅有一个；当i大于1时，每圈地质钻孔位均包括多个地质钻孔位；

步骤203、将第i+1圈地质钻孔位视为第i圈地质钻孔位，执行步骤202；

步骤204、在第i圈地质钻孔位和第i+1圈地质钻孔位之间布置终止圈地质钻孔位，终止圈地质钻孔位包括多个地质钻孔位，当终止圈地质钻孔位对应的芯样有注浆包裹物时，将第i+1圈地质钻孔位中多个地质钻孔位的连线作为盾壳上部注浆包裹物的范围的边界；当终止圈地质钻孔位对应的芯样无注浆包裹物时，将终止圈地质钻孔位中多个地质钻孔位的连线作为盾壳上部注浆包裹物的范围的边界。

上述的一种盾构机盾壳注浆包裹物的处理方法，其特征在于：步骤三中进行地质钻孔的回填时，当步骤二中每完成一个地质钻孔位的钻孔取芯后，进行下一个地质钻孔位的钻孔取芯时，同步对前一个地质钻孔进行回填；当完成最后一个地质钻孔位的钻孔取芯后，对最后一个地质钻孔进行回填。

上述的一种盾构机盾壳注浆包裹物的处理方法，其特征在于：步骤二中标记出的注浆包裹物的范围的边界为矩形边界。

上述的一种盾构机盾壳注浆包裹物的处理方法，其特征在于：步骤五中，采用潜孔钻进行注浆包裹物的破除时，推动调压组织使潜孔钻的钻具连续推动，并使潜孔钻的钻头一直与注浆包裹物触摸，直至位于潜孔钻孔底部的盾壳周围的注浆包裹物振松，实现对注浆包裹物的破除；当所述潜孔钻的钻头与注浆包裹物触摸的过程中，潜孔钻的钻具循环的进行正转和反转。

上述的一种盾构机盾壳注浆包裹物的处理方法，其特征在于：步骤六中进行潜孔钻孔的回填时，当步骤五中每完成一个潜孔钻孔位的钻孔施工后，进行下一个潜孔钻孔位的钻孔施工时，同步对前一个潜孔钻孔进行回填；当完成最后一个潜孔钻孔位的钻孔施工后，对最后一个潜孔钻孔进行回填。

上述的一种盾构机盾壳注浆包裹物的处理方法，其特征在于：步骤二中的地质钻孔和步骤五中的所述潜孔钻孔均呈竖向布设。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过地质钻在地面钻孔取芯确定盾壳上部注浆包裹物的方法，相对于传统的在洞内盾壳开孔确定注浆包裹物的做法来说，能有效减少对盾构机盾壳的损伤，同时还能有效避免涌水涌砂的风险。

2、本发明通过采用钻孔取芯和潜孔钻孔破除注浆包裹物的方法可规避竖井开挖对周边环境的影响和竖井开挖风险，能有效节省工期，同时还能有效节约施工成本。

3、本发明通过盾壳内安装的球阀来判断盾壳上部注浆包裹物是否被破除，使得施工人员能够快速的判断盾壳上注浆包裹物的处理效果，能有效提高施工效率，同时能有效保证盾构机盾壳注浆包裹物的破除质量，保证盾构机的掘进姿态可控。

综上所述，本发明通过地质钻在地面钻孔取芯对盾构机盾壳上部注浆包裹物的范围进行确认，能有效减少对盾构机盾壳的损伤，同时还能有效避免涌水涌砂的风险；通过潜孔钻钻孔破除注浆包裹物的方法可规避竖井开挖对周边环境的影响和竖井开挖风险，能有效节省工期，同时还能有效节约施工成本；通过盾壳内安装的球阀来判断盾壳上部注浆包裹物是否被破除，能有效保证盾构机盾壳注浆包裹物的破除质量，保证盾构机的掘进姿态可控。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的流程框图。

图2为本发明地质钻孔位的布设示意图。

图3为本发明潜孔钻孔位的布设示意图。

图4为本发明局部加密布孔的示意图。

图5为本发明地质钻的使用状态图。

图6为本发明潜孔钻的使用状态图。

附图标记说明:

1—盾壳；2—地质钻；3—潜孔钻孔位；

4—球阀；5—中心地质钻孔；6—潜孔钻；

7—地质钻孔位；8—第一边界；9—第二边界；

10—注浆包裹物；11—潜孔钻孔加密孔位。

具体实施方式

如图1至图6所示的一种盾构机盾壳注浆包裹物的处理方法，包括以下步骤：

步骤一、盾构机停机；

实际使用时，当盾构机的上部表面被同步注浆产生的砂浆包裹后，会导致盾构机的掘进姿态不可控且盾构机推力大，由于推力过大最终导致盾构机设计推力无法满足盾构机向前推进的推进力要求，导致盾构机停机。

步骤二、地质钻钻孔取芯确定注浆包裹物的范围：在盾构机上方地面，采用全站仪在地面上对盾构机的位置进行定位，在地面上定位出的盾构机的位置处标记多圈地质钻孔位，采用地质钻2在所标记的地质钻孔位上进行钻孔取芯，确定盾壳1上部注浆包裹物10的范围，并在确定出的注浆包裹物10的范围的边界处进行标记，地质钻2在所标记的地质钻孔位上进行钻孔取芯后形成地质钻孔；

实际使用时，采用地质钻2进行钻孔取芯之前，首选需要根据设计图纸，确定每个地质钻孔位7处，地面与盾构机的盾壳1之间的垂直距离，进而有助于根据每个地质钻孔位7的具体位置控制地质钻2的钻孔深度，避免地质钻2钻设深度过大，导致地质钻2对盾构机的盾壳1产生一定程度的损害。

需要说明的是，通过对盾壳1上部被砂浆包裹的范围(即注浆包裹物10的范围)的边界处进行标记，能够使施工人员直观的看到注浆包裹物10的范围，进而便于施工人员后期通过潜孔钻孔来对盾构机盾壳1上部的注浆包裹物10进行处理。

如图5所示，具体实施时，采用地质钻2进行钻孔取芯时，地质钻2的钻具由上至下竖直钻进地面内进行取芯。

步骤三、地质钻孔的回填；

实际使用时，进行潜孔钻孔位的布置之前，首先需要对地质钻孔进行回填，便于标记潜孔钻孔位，同时保证盾构机的上部地层的稳定性。

需要说明的是，进行地质钻孔的回填时，地质钻孔内距离盾构机盾壳1位置1m以内的深度范围内采用中砂进行回填，地质钻孔内距离盾构机盾壳1位置1m以上的深度范围内采用水泥砂浆进行回填至地面位置。

步骤四、标记潜孔钻孔位：如图3所示，根据步骤二中标记的注浆包裹物10的范围，在该范围内等间距标记多个潜孔钻孔位3；

实际使用时，每个潜孔钻孔位3布设在该潜孔钻孔位3周围的多个潜孔钻孔位3之间的距离均相等，l1优选的为0.45m。

需要说明的是，所述潜孔钻孔位3可呈多排布设，多排所述潜孔钻孔位3呈交错布设；所述潜孔钻孔位3可呈多排布设也可呈多列布设，多列所述潜孔钻孔位3呈交错布设。

步骤五、注浆包裹物的破除：采用潜孔钻6依次在多个潜孔钻孔位3处进行钻孔施工，潜孔钻6在潜孔钻孔位3处钻孔后形成潜孔钻孔，通过潜孔钻6的钻头使潜孔钻孔底部盾壳1周围的注浆包裹物10振松；

实际使用时，进行潜孔钻钻孔施工时，需要使潜孔钻6的钻头一直与注浆包裹物10触摸，装在潜孔钻钻杆前端的冲击器在压气的效果下，其活塞不断冲击钻头，潜入孔底，产生使注浆包裹物10受挤压的冲击力，压气由气接头进入，经由中空钻杆直达孔底，不断进行冲击使盾壳1产生振动，从而将盾壳1周围包裹物振松。

需要说明的是，潜孔钻孔垂直向下钻设，采用钻孔取芯和潜孔钻孔破除注浆包裹物的方法可规避竖井开挖对周边环境的影响和竖井开挖风险，在工期上比开挖竖井可节约20天～40天时间，在成本上比开挖竖井可节约200万元～300万元不等。

具体实施时，当对一个潜孔钻孔位3采用潜孔钻6进行钻孔并对该潜孔钻孔位3处的注浆包裹物10进行振动后，即可对该潜孔钻孔进行回填，保证盾构机上方土体的稳定性。

步骤六、潜孔钻孔的回填；

步骤七、判断注浆包裹物是否破除：打开盾构机的盾壳1内安装的多个球阀4，观察多个球阀4的渗水或渗泥情况，当有球阀4未出现渗水或渗泥现象时，表明注浆包裹物10未完全被破除，关闭球阀4，并在地面上标记出未出现渗水或渗泥现象的球阀4的位置，执行步骤八；当每个球阀4内均有渗水或渗泥现象时，说明注浆包裹物10已被破除，关闭球阀4并执行步骤十；

实际使用时，盾构机内侧安装有多个球阀4，当完成所有的潜孔钻孔位3的钻孔施工后，施工人员在盾构机内，可通过盾构机内的球阀4观察盾壳1上部注浆包裹物10的处理效果，若盾壳1上部注浆包裹物10的处理效果未达到预设效果，可对盾壳1上部注浆包裹物10进行再次破除，进而能有效保证盾构机盾壳注浆包裹物的破除质量，保证盾构机的掘进姿态可控。

需要说明的是，盾构机上部地层内一般有地下水存在，当打开球阀4后，通过观察球阀4是否存在渗水或渗泥的情况来判断盾壳1上部注浆包裹物10的处理效果是否达到预设效果，使得施工人员能够快速的判断盾壳1上部注浆包裹物10的处理效果，能有效提高施工效率。

步骤八、局部加密布孔：如图4所示，在步骤七中标记出的球阀4的位置对应的地面局部区域范围内标记出多个潜孔钻孔加密孔位11；

实际使用时，潜孔钻孔加密孔位11的孔间距小于潜孔钻孔孔位7的孔间距，能有效提高注浆包裹物10的破除效果，进而实现对盾壳1上部注浆包裹物10的完全破除。

具体实施时，根据盾壳1内球阀4的数量，将盾壳1上部注浆包裹物10的范围等分为几个局部区域，每个球阀4均对应一个局部区域。

步骤九、重复步骤五至步骤七；

步骤十、盾构机恢复掘进。

实际使用时，当盾壳1上部注浆包裹物10的破碎效果达到预设效果后，盾构机的姿态可控，因此可以使盾构机恢复掘进，继续施工。

如图2所示，本实施例中，步骤二中，进行地质钻钻孔取芯时，在地面上定位出的盾构机的位置处由内至外依次标记出多圈所述地质钻孔位7，同时采用地质钻2由内至外依次对多圈所述地质钻孔位7进行钻孔取芯，具体过程如下：

步骤201、首先在地面上定位出的盾构机的位置处的中心处采用地质钻进行钻孔取芯，确定出盾壳1上部存在注浆包裹物10的中心地质钻孔5，将中心地质钻孔5对应的孔位作为第一圈地质钻孔位；

步骤202、在第i圈地质钻孔位外侧地面上布置第i+1圈地质钻孔位，并对第i+1圈地质钻孔位进行钻孔取芯，判断第i+1圈地质钻孔位对应的芯样是否有注浆包裹物10，当第i+1圈地质钻孔位对应的芯样有注浆包裹物10时，执行步骤203；当第i+1圈地质钻孔位对应的芯样无注浆包裹物10时，执行步骤204；

其中，i为正整数，当i等于1时，第一圈地质钻孔位为中心地质钻孔5对应的孔位且中心地质钻孔5对应的孔位仅有一个；当i大于1时，每圈地质钻孔位均包括多个地质钻孔位7；

步骤203、将第i+1圈地质钻孔位视为第i圈地质钻孔位，执行步骤202；

步骤204、在第i圈地质钻孔位和第i+1圈地质钻孔位之间布置终止圈地质钻孔位，终止圈地质钻孔位包括多个地质钻孔位7，当终止圈地质钻孔位对应的芯样有注浆包裹物10时，将第i+1圈地质钻孔位中多个地质钻孔位7的连线作为盾壳1上部注浆包裹物10的范围的边界；当终止圈地质钻孔位对应的芯样无注浆包裹物10时，将终止圈地质钻孔位中多个地质钻孔位7的连线作为盾壳1上部注浆包裹物10的范围的边界。

实际使用时，采用全站仪在地面上对盾构机的位置进行定位后，同时需要标记出盾构机的中心线，在确定盾壳1上部注浆包裹物位置中心的中心地质钻孔5时，可在盾构机的中心线的中间位置处布置地质钻孔位7进行地质钻孔取芯，取芯有注浆包裹物10后确定出中心地质钻孔5，能有效提高工作效率。

需要说明的是，当确定盾壳1上部注浆包裹物10位置中心的中心地质钻孔5后，可在中心地质钻孔5的外圈由内至外依次向四周间距1m布置一圈或多圈地质钻孔位7进行钻孔取芯，同时对地面高程进行测量，计算各地质钻孔的地面距离盾构机盾壳1的距离，了解砂浆包裹厚度，当发现有一圈中的地质钻孔取芯无包裹砂浆时，向内回退0.5m，施工地质钻孔后再确认取芯是否有砂浆，如图2所示，如取芯有砂浆将以最外圈的地质钻孔位7连线的范围做为包裹物的处理范围，最外圈的地质钻孔位7连线为第一边界8，即第i+1圈地质钻孔位中多个地质钻孔位7的连线为为第一边界8；如向内回退0.5m后施工的地质钻孔取芯无砂浆时，将以回退0.5m后的地质钻孔位7连线的范围做为包裹物的处理范围，回退0.5m后的地质钻孔位7连线为第二边界9，即终止圈地质钻孔位中多个地质钻孔位7的连线为第二边界9。

具体实施时，第一边界8和第二边界9对应的地质钻孔位7钻孔取芯后均无砂浆，保证标记出的盾壳1上部注浆包裹物10的范围的精确性和完整性。

本实施例中，步骤三中进行地质钻孔的回填时，当步骤二中每完成一个地质钻孔位7的钻孔取芯后，进行下一个地质钻孔位7的钻孔取芯时，同步对前一个地质钻孔进行回填；当完成最后一个地质钻孔位7的钻孔取芯后，对最后一个地质钻孔进行回填。

实际使用时，进行地质钻孔的回填时，采取随钻随填的方法，能够保证盾构机上部土体的稳定性，避免盾构机上部土体出现塌陷，进而影响盾构机的正常掘进。

本实施例中，步骤二中标记出的注浆包裹物10的范围的边界为矩形边界。

实际使用时，盾壳1上部注浆包裹物10位置中心的中心地质钻孔5外侧的每一圈地质钻孔位7的连线均为矩形，确保确定出的盾壳1上部被砂浆包裹的范围更贴合实际。

本实施例中，步骤五中，采用潜孔钻进行注浆包裹物的破除时，推动调压组织使潜孔钻6的钻具连续推动，并使潜孔钻6的钻头一直与注浆包裹物10触摸，直至位于潜孔钻孔底部的盾壳1周围的注浆包裹物10振松，实现对注浆包裹物10的破除；当所述潜孔钻6的钻头与注浆包裹物10触摸的过程中，潜孔钻6的钻具循环的进行正转和反转。

实际使用时，采用潜孔钻进行注浆包裹物的破除时，通过使潜孔钻6的钻具进行循环的正转和反转，避免了潜孔钻6的钻头重复冲击在一样的凿痕上，并产生了对注浆包裹物10起刮削效果的剪切力，在冲击器活塞冲击力和反转组织的剪切力效果下，注浆包裹物10不断被压碎和剪碎。

本实施例中，步骤六中进行潜孔钻孔的回填时，当步骤五中每完成一个潜孔钻孔位3的钻孔施工后，进行下一个潜孔钻孔位3的钻孔施工时，同步对前一个潜孔钻孔进行回填；当完成最后一个潜孔钻孔位3的钻孔施工后，对最后一个潜孔钻孔进行回填。

实际使用时，进行潜孔钻孔的回填时，潜孔钻孔内距离盾构机盾壳1位置1m以内的深度范围内采用中砂进行回填，潜孔钻孔内距离盾构机盾壳1位置1m以上的深度范围内采用水泥砂浆进行回填至地面位置。

本实施例中，步骤二中的地质钻孔和步骤五中的所述潜孔钻孔均呈竖向布设。

实际使用时，通过使潜孔钻孔和地质钻孔均呈竖向布设，便于根据设计图纸上标示的每个地质钻孔位7处地面与盾构机的盾壳1之间的垂直距离，来控制潜孔钻孔和地质钻孔的钻孔深度，进而能有效保障盾构机盾壳1的结构不被地质钻2或潜孔钻6的钻头破坏。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。