一种高富水圆砾地层土压平衡盾构快速掘进施工方法与流程

本发明属于隧道施工，特别是涉及一种高富水圆砾地层土压平衡盾构快速掘进施工方法。

背景技术：

1、随着地下空间的开发，盾构技术已广泛地应用于地铁、隧道、市政管道等工程领域。在我国的各项施工中，盾构机的种类越来越多，其中土压平衡式盾构机在地铁施工中有着较为出色的表现。

2、在浙江地区，隧道经常需穿越高富水圆砾地层，地层含水量高、渗透系数大，尤其遇到下穿河道时，圆砾层承压水与地表水联通，盾构掘进对地层扰动大，螺旋输送机易出现喷涌等现象，危及隧道开挖面稳定性，且河道底部覆土较浅，掘进过程中土仓压力极易击穿覆土面，在河面形成冒泡、冒浆，污染河道；尤其是类似杭州市区地层，地表河道多，水系复杂，周围环境复杂，对盾构掘进施工提出了更高的要求，如何快速、安全地完成掘进施工，减少施工过程中导致的地层变形是本领域的一大难点。

3、申请公布号为cn117988863a的中国专利公开了一种富水砂层地区盾构超浅埋穿越河道的施工方法，其方案包括步骤1、盾构超浅埋穿越河道前施工方法；步骤2、盾构超浅埋穿越河道掘进施工方法。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，这样在盾构通行时，盾构对河底的压力会先由抗隆起盖板承担。

4、但是该方案抗隆起盖板为50cm厚钢筋混凝土浇筑而成，过厚的钢筋混凝土凝结时间长、析水性大，铺设钢筋费时费力，同时上述方案的盖板只考虑了抗隆起问题，并没有考虑改善富水圆砾地层浆液流失现象，无法起到较好的地层加固作用；

5、同时该方案的隧道施工方向与河道方向垂直，所以需要采用两次围堰来保证河道导流，但不适用于隧道施工方向与河道方向同向的情形。

6、授权公告号为cn111852485b的中国专利公开了一种浅埋软弱地层中盾构隧道下穿敏感建筑群的施工方法，其方案通过施工准备、地层复合式预注浆加固处理、在非下穿段进行施工试验和盾构机穿越敏感建筑群四个步骤，有效的控制了盾构机下穿时地表沉降变形，保证了敏感建筑物的安全。其方案的步骤二：地层复合式预注浆加固处理（相当于cn117988863a中设置的抗隆起盖板）；采用地面分层注浆和盾构机超前注浆两种复合深层注浆方法，对敏感建筑物周围下方布设斜向的注浆加固孔，并向注浆加固孔内注浆加固。注浆浆液是由水泥浆和水玻璃浆组成的双液浆。

7、常规的1:1水灰比单液浆易分散流失，而上述文件中的水泥浆加水玻璃双液浆又不均匀、稳定性差，加固体止水性得不到保证，且强度也不易控制，常常出现加固体强度过低无法起到加固效果，或加固体强度过高，盾构机掘进困难，压力控制不当浆液逃逸至河流内更是易造成环境污染的麻烦。

8、所以亟需一种高富水圆砾地层土压平衡盾构快速掘进施工方法，能够使富水圆砾地层的土压盾构可以安全穿越河道，同时能够改善富水圆砾地层浆液流失现象，保持对地层加固。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高富水圆砾地层土压平衡盾构快速掘进施工方法，以解决背景技术中存在的问题。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、一种高富水圆砾地层土压平衡盾构快速掘进施工方法，包括以下步骤：

4、s1：一体式围堰，包括步骤s11~步骤s12

5、s11：侧壁采用钢板桩打入河道内，

6、s12：河岸回填作业平台采用素填土，每回填1m铺筑一层钢塑格栅，所述钢塑格栅的边角与s11中的钢板桩焊接固定形成土壁一体式围堰，

7、s2：围堰抽水后对围堰底部进行多组分注浆加固，所述多组分注浆的浆液包括水、水泥、黏土、粉煤灰、膨润土、减水剂、速凝剂、早强剂，按重量比依次为5：10：5~6：0.1~0.2：0.015~0.03：0.15~0.25：0.015~0.03；

8、s3：弱泥水模式转换，盾构机接入移动式弱泥水装置，向土仓内注入泥浆，将土仓环境改造为浓泥浆稳固掌子面；

9、s4：盾构掘进，包括步骤s41~步骤s43，

10、s41：试验掘进阶段，

11、s42：正穿河道掘进阶段，

12、s43：穿越后观测阶段；

13、其中步骤s41和步骤s42都设有步骤s44：深层多组分精准注浆施工。

14、进一步地，步骤s11中，钢板桩采用双层sp-ⅳ型拉森钢板桩，两层钢板桩间距0.5m，中间采用沙袋填充密实，钢板桩的桩长均为12m，插入河底以下6m。

15、进一步地，步骤s2注浆前采用跳孔施工，注浆加固范围为盾构掘进范围上下左右各1m，钻浆孔采用梅花形布置，孔距1.5m×1.5m，孔径108mm，钻浆孔埋入袖阀管装置，采用小型螺杆注浆设备沿所述袖阀管装置外侧和钻浆孔壁之间灌注活性膨润土和早凝早强水泥作为套壳料。

16、进一步地，待套壳料注浆结束48小时后，沿袖阀管内侧放置双塞管，双塞管通过加压的方式与袖阀管装置内壁进行固定，首先沿袖阀管下端进行注浆作业，跳孔施工的先行注浆孔的注浆压力为0.3～0.5mpa，后续补充注浆孔的注浆压力为0.5～0.8mpa，相邻孔注浆的间隔时间大于24小时。

17、进一步地，步骤s41和步骤s42均通过盾构机的盾壳径向孔注入克泥效，克泥效的注入点在1点钟和11点钟位置。

18、进一步地，步骤s41和步骤s42中，管片脱离盾尾时进行同步注浆，每十环管片用水泥加水玻璃的双液浆封环一次。

19、进一步地，步骤s44中，采用φ48的钢花管，钢花管壁厚为3mm，杆件上预制好出浆孔，管身采用塑料薄膜缠绕三圈注浆端设置逆向止回装置，采用盾构机的超前注浆孔打入钢花管并注入浆液，注浆的浆液包括水泥浆液、粉煤灰、矿渣粉、速凝剂，其中水泥浆液中的水灰比为1.5：1。

20、进一步地，在步骤s4中，盾构机掘进中途设置停机检修点，对盾构机设备进行维修保养，并根据盾构参数分析刀具磨损情况，如果刀具存在异常情况，先带压进仓进行刀具的更换。

21、本发明的有益效果是：

22、1）对下穿河道的隧道快速高效掘进，有效地避免了掘进过程中突泥涌水、管片渗漏、河道污染的问题，使富水圆砾地层的土压盾构可以安全穿越河道，同时。

23、2）采用多组分浆液，具有稳定性好、析水性小、凝结时间可控等优点，有效地改善富水圆砾地层浆液流失现象，起到较好的地层加固作用。

24、3）回填土体和围堰可形成一个整体，避免在软土中打设钢板桩直接回填作业平台出现挤压钢板桩变形的情况。

技术特征：

1.一种高富水圆砾地层土压平衡盾构快速掘进施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高富水圆砾地层土压平衡盾构快速掘进施工方法，其特征在于：步骤s11中，钢板桩采用双层sp-ⅳ型拉森钢板桩，两层钢板桩间距0.5m，中间采用沙袋填充密实，钢板桩的桩长均为12m，插入河底以下6m。

3.根据权利要求1所述的高富水圆砾地层土压平衡盾构快速掘进施工方法，其特征在于：步骤s2注浆前采用跳孔施工，注浆加固范围为盾构掘进范围上下左右各1m，多组分注浆的注浆孔位采用梅花形布置，孔距1.5m×1.5m，孔径108mm，钻浆孔埋入袖阀管装置，采用小型螺杆注浆设备沿所述袖阀管装置外侧和钻浆孔壁之间灌注活性膨润土和早凝早强水泥作为套壳料。

4.根据权利要求3所述的高富水圆砾地层土压平衡盾构快速掘进施工方法，其特征在于：待套壳料注浆结束48小时后，沿袖阀管内侧放置双塞管，双塞管通过加压的方式与袖阀管装置内壁进行固定，首先沿袖阀管下端进行注浆作业，跳孔施工的先行注浆孔的注浆压力为0.3～0.5mpa，后续补充注浆孔的注浆压力为0.5～0.8mpa，相邻孔注浆的间隔时间大于24小时。

5.根据权利要求1所述的高富水圆砾地层土压平衡盾构快速掘进施工方法，其特征在于：步骤s41和步骤s42均通过盾构机的盾壳径向孔注入克泥效，克泥效的注入点在1点钟和11点钟位置。

6.根据权利要求1所述的高富水圆砾地层土压平衡盾构快速掘进施工方法，其特征在于：步骤s41和步骤s42中，管片脱离盾尾时进行同步注浆，每十环管片用水泥加水玻璃的双液浆封环一次。

7.根据权利要求1所述的高富水圆砾地层土压平衡盾构快速掘进施工方法，其特征在于：步骤s44中，采用φ48的钢花管，钢花管壁厚为3mm，杆件上预制好出浆孔，管身采用塑料薄膜缠绕三圈注浆端设置逆向止回装置，采用盾构机的超前注浆孔打入钢花管并注入浆液，注浆的浆液包括水泥浆液、粉煤灰、矿渣粉、速凝剂，其中水泥浆液中的水灰比为1.5：1。

8.根据权利要求1所述的高富水圆砾地层土压平衡盾构快速掘进施工方法，其特征在于：在步骤s4中，盾构机掘进中途设置停机检修点，对盾构机设备进行维修保养，并根据盾构参数分析刀具磨损情况，如果刀具存在异常情况，先带压进仓进行刀具的更换。

技术总结
本发明公开了一种高富水圆砾地层土压平衡盾构快速掘进施工方法，属于隧道施工技术领域，包括土壁一体式围堰、弱泥水模式转换、盾构掘进、深层多组分精准注浆施工；其中围堰抽水后对围堰底部进行多组分注浆加固，所述多组分注浆的浆液包括水、水泥、黏土、粉煤灰、膨润土、减水剂、速凝剂、早强剂。本发明可以快速下穿河道，同时多组分浆液具有稳定性好、析水性小、凝结时间可控等优点，有效地改善富水圆砾地层浆液流失现象，同时深层多组分精准注浆施工可以提高围岩整体性和自承能力、降低支护成本、提高支护效果，利用多组分的浆液把围岩周围的各种弱面充实、重新胶结起来，改善围岩的物理力学性能，从而提高围岩的整体稳定性和抗渗性。

技术研发人员：刘轶,李刚柱,杨立新,左小平,易先坤,秦亮,史邢凯,李东杰,姚绩,刘小青,郎梦龙,张扬,张明富,郭一凡,王明,包培栋,徐杨,俞世琛,赵昕龙,谢迎康,李鹏飞,金卓婷,杨峰,黄凯,李波,付欣,孟凡宇
受保护的技术使用者：中铁三局集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/4/10