一种包含孤石和基岩凸起地层的隧道盾构掘进方法技术

本发明专利技术公开了一种包括全风化花岗岩孤石发育地层和基岩凸起段的隧道盾构掘进的方法，分别对全风化花岗岩孤石发育地层和基岩凸起段提出针对性掘进方法，全风化花岗岩孤石发育地层采用先探测后处理的施工方法，海底基岩凸起段采用海中爆破及注浆加固的方法施工；本发明专利技术极大地降低了刀盘以及盾构主轴承的损坏几率，基本消除对盾构掘进的影响，实现海底隧道盾构施工的安全顺利进行。

A method of shield tunneling including boulder and bedrock raised stratum

【技术实现步骤摘要】
一种包含孤石和基岩凸起地层的隧道盾构掘进方法
本专利技术涉及一种盾构施工中特殊地层处理方法，特别涉及一种包含孤石和基岩凸起地层的隧道盾构掘进方法。
技术介绍
球状风化体（孤石）对盾构施工影响大，盾构推进时孤石容易随刀盘一起滚动，妨碍刀盘掘进；同时，孤石的存在会引起盾构姿态和掘进方向难以控制，刀盘磨损致使刀盘强度与刚度降低而无法掘进，刀盘受力不均致使主轴承受损或密封破坏，刀盘损坏。另外，隧道盾构施工过程中，经常会遇到坚硬的孤石或基岩凸起侵入盾构掘进路线，如果直接进行盾构掘进，极易造成盾构刀盘损坏，产生危险且延误工期，所以往往需要预先对上述特殊地层进行处理，以确保在该地层盾构作业安全高效。
技术实现思路
为了保证孤石及基岩凸起地层中盾构施工的安全高效，确保盾构机作业时不发生冒浆、坍塌，提高施工过程的安全性，本专利技术提供了一种包含孤石和基岩凸起地层的隧道盾构掘进方法，具体技术方案如下：特殊地层为包括全风化花岗岩孤石发育地层和基岩凸起地层，其中，全风化花岗岩孤石发育地层采用先探测后处理的施工方法，基岩凸起段采用钻孔爆破及注浆加固的施工方法；所述全风化花岗岩孤石发育地层的探测具体采用电磁波层析成像法和声波层析成像法的复合探测方法；所述钻孔爆破采用百米钻由地面竖直向下打爆破孔，至基岩凸起顶面停止，然后利用履带锚固机对盾构线路中的基岩进行取孔，并在爆破孔中布设PVC护管，然后在爆破孔中装入乳化炸药，接着对爆破孔进行架空防护及重物压盖，最后起爆。其中，全风化花岗岩孤石发育地层的施工方法具体为：<br>(1)孤石探测：采用超前地质物探或超前地质钻探或补勘钻探等方法进行孤石探查，以尽可能准确探明盾构隧道孤石分布情况，避免探查不充分导致盾构掘进受阻；(2)处理方案：盾构掘进施工过程中，利用盾构电磁波层析成像和超声波层析成像的复合探测系统时刻监视掌子面前方的变化，可以更提前准确、及时地发现孤石，根据情况采用相应措施；如果发现孤石为上悬孤石群，则由盾构隧道内向孤石群开设引洞，由引洞对孤石群进行注浆加固，从而防止；如果孤石处于盾构路线上且孤石周围地层较好，在盾构机刀盘转动时不随之发生转动，则优化盾构掘进参数直接破碎通过；如果孤石处于盾构路线上且孤石周围地层较差，孤石易随刀盘转动时，应采取预先处理措施然后再掘进通过，预先处理措施为：当不具备地面作业条件时，对孤石周边土层进行洞内注浆加固，或利用盾构机自带的冰冻装置将孤石周围的土体冰冻为冻土结构；当具备地面作业条件时，可采用采用爆破处理，爆破后岩石块径大小要求为40～50cm，对爆破体缝隙进行注浆加固。进一步地，如果孤石处于盾构路线上且孤石周围地层较好，则首先利用盾构机自带的水刀将孤石切割为小块，然后优化盾构掘进参数直接破碎通过。其中，基岩凸起段的盾构掘进方法为：采用钻孔爆破及注浆加固的方法施工，具体包括以下步骤：（1）对基岩凸起段进行详细地质勘察，明确基岩凸起的范围、位置；（2）根据勘察确定的所述基岩凸起的位置，在地面上采用钻机打引孔，通过特殊PVC管引炸药入孔，在洞外进行爆破处理，控制爆破后岩石粒径大小为40～50cm，并对爆破体缝隙注浆封堵，以确保盾构掘进通过时保压；（3）从地面向硬岩上部软土地层钻孔，采用袖阀管对软土地层进行注浆加固后，加固范围为硬岩顶面到隧道结构顶面6m；（4）注浆加固后提高软土土体强度和自稳能力，避免在盾构刀盘扰动下，土体坍塌；（5）盾构机配置了常压刀盘，使刀具能够直接破中风化花岗岩，让盾构直接掘进通过；（6）盾构机刀具设计配置重型耐磨刀具，具备直接开挖破碎中、微风化花岗岩，盾构设计具备直接掘进通过能力；根据基岩凸起制定针对性的换刀方案，并储备足够的备用刀具。本专利技术针对包括全风化花岗岩孤石发育地层和基岩凸起段的地质结构提出一种隧道盾构掘进的方法，分别对全风化花岗岩孤石发育地层和基岩凸起段提出针对性掘进方法，极大地降低了刀盘以及盾构主轴承的损坏几率，基本消除对盾构掘进的影响，实现隧道盾构施工的安全顺利进行。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。特殊地层为包括全风化花岗岩孤石发育地层和基岩凸起地层，其中，全风化花岗岩孤石发育地层采用先探测后处理的施工方法，基岩凸起段采用钻孔爆破及注浆加固的施工方法；所述全风化花岗岩孤石发育地层的探测具体采用电磁波层析成像法和超声波层析成像法的复合探测方法；所述钻孔爆破采用百米钻由地面竖直向下打爆破孔，至基岩凸起顶面停止，然后利用履带锚固机对盾构线路中的基岩进行取孔，并在爆破孔中布设PVC护管，然后在爆破孔中装入乳化炸药，接着对爆破孔进行架空防护及重物压盖，最后起爆。其中，全风化花岗岩孤石发育地层的施工方法具体为：(1)孤石探测：采用超前地质物探或超前地质钻探或补勘钻探等方法进行孤石探查，以尽可能准确探明盾构隧道孤石分布情况，避免探查不充分导致盾构掘进受阻；(2)处理方案：盾构掘进施工过程中，利用盾构电磁波层析成像和超声波层析成像的复合探测系统时刻监视掌子面前方的变化，提前发现孤石，根据情况采用相应措施；如果发现孤石为上悬孤石群，则由盾构隧道内向孤石群开设引洞，由引洞对孤石群进行注浆加固，从而阻止隧道上方孤石落入刀盘前方，保证盾构掘进顺利进行；如果孤石处于盾构路线上且孤石周围地层较好，在盾构机刀盘转动时不随之发生转动，则优化盾构掘进参数直接破碎通过；如果孤石处于盾构路线上且孤石周围地层较差，孤石易随刀盘转动时，应采取预先处理措施然后再掘进通过，预先处理措施为：当不具备地面作业条件时，对孤石周边土层进行洞内注浆加固，或利用盾构机自带的冰冻装置将孤石周围的土体冰冻为冻土结构；当具备地面作业条件时，可采用采用爆破处理，爆破后岩石块径大小要求为40～50cm，对爆破体缝隙进行注浆加固。进一步地，如果孤石处于盾构路线上且孤石周围地层较好，则首先利用盾构机自带的水刀将孤石切割为小块，然后优化盾构掘进参数直接破碎通过。其中，基岩凸起段的盾构掘进方法为：采用钻孔爆破及注浆加固的方法施工，具体包括以下步骤：（1）对基岩凸起段进行详细地质勘察，明确基岩凸起的范围、位置；（2）根据勘察确定的所述基岩凸起的位置，在地面上采用钻机打引孔，通过特殊PVC管引炸药入孔，在洞外进行爆破处理，控制爆破后岩石粒径大小为40～50cm，并对爆破体缝隙注浆封堵，以确保盾构掘进通过时保压；（3）从地面向硬岩上部软土地层钻孔，采用袖阀管对软土地层进行注浆加固后，加固范围为硬岩顶面到隧道结构顶面6m；（4）注浆加固后提高软土土体强度和自稳能力，避免在盾构刀盘扰动下，土体坍塌；（5）盾构机配置了常压刀盘，使刀具能够直接破中风化花岗岩，让盾构直接掘进通过；（6）盾构机刀具设计配置重型耐磨刀具，具备直接开挖破碎中、微风化花岗岩，盾构设计具备直接掘进通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包含孤石和基岩凸起地层的隧道盾构掘进方法，该地层包括全风化花岗岩孤石发育地层和基岩凸起地层，其特征在于，所述掘进方法中，全风化花岗岩孤石发育地层采用先探测后处理的施工方法，基岩凸起段采用钻孔爆破及注浆加固的施工方法；所述全风化花岗岩孤石发育地层的探测具体采用电磁波层析成像法和声波层析成像法的复合探测方法；所述钻孔爆破采用百米钻由地面竖直向下打爆破孔，至基岩凸起顶面停止，然后利用履带锚固机对盾构线路中的基岩进行取孔，并在爆破孔中布设护管，然后在爆破孔中装入炸药，接着对爆破孔进行架空防护及重物压盖，最后起爆。/n

【技术特征摘要】
1.一种包含孤石和基岩凸起地层的隧道盾构掘进方法，该地层包括全风化花岗岩孤石发育地层和基岩凸起地层，其特征在于，所述掘进方法中，全风化花岗岩孤石发育地层采用先探测后处理的施工方法，基岩凸起段采用钻孔爆破及注浆加固的施工方法；所述全风化花岗岩孤石发育地层的探测具体采用电磁波层析成像法和声波层析成像法的复合探测方法；所述钻孔爆破采用百米钻由地面竖直向下打爆破孔，至基岩凸起顶面停止，然后利用履带锚固机对盾构线路中的基岩进行取孔，并在爆破孔中布设护管，然后在爆破孔中装入炸药，接着对爆破孔进行架空防护及重物压盖，最后起爆。


2.根据权利要求1所述的一种包含孤石和基岩凸起地层的隧道盾构掘进方法，其特征在于，全风化花岗岩孤石发育地层的施工方法具体为：
(1)孤石探测
采用超前地质物探或超前地质钻探或补勘钻探等方法进行孤石探查，以尽可能准确探明盾构隧道孤石分布情况，避免探查不充分导致盾构掘进受阻；
(2)处理方案
盾构掘进施工过程中，利用盾构电磁波层析成像和超声波层析成像的复合探测系统时刻监视掌子面前方的变化，提前发现孤石，根据情况采用相应措施；
如果发现孤石为上悬孤石群，则由盾构隧道内向孤石群开设引洞，由引洞对孤石群进行注浆加固；
如果孤石处于盾构路线上且孤石周围地层较好，在盾构机刀盘转动时不随之发生转动，则优化盾构掘进参数直接破碎通过；
如果孤石处于盾构路线上且孤石周围地层较差，孤石易随刀盘转动时，应采取预先处理措施然后再掘进通过，预先处理措施为：当不具备地面作业条件时，对孤石周边土...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙振川，王利明，王凯，韩伟锋，李宏波，李凤远，张合沛，褚长海，潘东江，陈瑞祥，苏文德，彭正勇，徐黎明，
申请(专利权)人：中铁隧道局集团有限公司，盾构及掘进技术国家重点实验室，
类型：发明
国别省市：广东;44