富水软土地层中盾构接收施工方法及止水密封装置制造方法及图纸

本发明专利技术针对现有技术存在的问题提出了一种在富水软土地层中盾构接收施工方法及止水密封装置，止水密封装置包括：预埋门洞钢环、弹性止浆板、柔性长尾刷和橡胶帘布板；本发明专利技术提供的方法可解决在富水软土地层中接收端头加固不理想，掌子面坍塌，洞门涌水涌砂的问题，同时可以快速隔绝地下水且可在不可视的情况下保证加固质量，且采用多道被动止水密封构件可保证注浆效果并隔绝地下水，在风险出现时采用多种主动止水施工方法彻底杜绝涌水风险出现，保证施工质量与施工安全。保证施工质量与施工安全。保证施工质量与施工安全。

【技术实现步骤摘要】
富水软土地层中盾构接收施工方法及止水密封装置


[0001]本专利技术属于盾构施工领域，主要是针对盾构法在富水软土地层中端头加固失效的一种富水软土地层中盾构接收施工方法及止水密封装置。

技术介绍

[0002]近年来，城市现代化建设飞速发展，地下轨道运输空间的运用大大缓解了城市交通压力；在隧道施工方法中，盾构法因施工快速、不影响地面建筑及交通的正常使用的优点以及近年来盾构法施工机械的快速更新迭代使得盾构法逐渐成为主流隧道施工方法；在盾构法施工过程中，一般隧道路线将分为几个区间，在各区间的连接处设有始发井与接收井；盾构机从始发井开始掘进至接收井驶出；在正常掘进的过程中，施工安全相对容易保证；盾构掘进风险点主要集中于始发与接收端头，盾构的始发与接收是盾构法的关键节点；
[0003]盾构法施工属于地下工程，施工效果往往不可视，工程勘察难以做到点点俱到使得盾构法施工的工程质量与施工安全难以保证；盾构端头加固与止水密封又是重中之重，端头加固质量不好以及止水设施不妥当将直接引起洞门涌水涌砂、掌子面坍塌等一些列工程事故；目前，端头加固往往采用注浆法或高压旋喷桩，其注浆效果不可视，往往由于场地情况特殊导致端头加固效果不理想；国外国内也有采用水平冷冻的案例，但常规水平冷冻法在富水软土场地中的加固效果往往不理想；现有的盾构接收止水密封方案主要由环形帘布橡胶板、环形压板及折页板组成，环形帘布橡胶板固定在开挖隧道的接收洞门的门外环形外侧壁上，环形帘布橡胶板的内径小千洞门的直径，环形压板扣压在环形帘布橡胶板的外圈上，在环形压板的外侧面上沿外圆圆弧均布有折页板；但这种常规的橡胶帘布与折页压板的组合在富水地区不具有良好的工程效果极易由于橡胶帘布与盾构机盾体无法紧密贴合，导致涌水涌砂；由于其无法形成有效的封闭环境也使得在注浆时极易漏浆产生经济损失并影响注浆效果；现有止水构件往往设置于外接环梁上，在盾构接收完成拆除外接环梁后易引发风险后置；因此，在富水软土场地中端头加固与止水密封是一个亟须解决的难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术存在的问题提出了一种富水软土地层中盾构接收方法及止水密封装置，该方法可解决在富水软土地层中接收端头加固不理想，掌子面坍塌，洞门涌水涌砂的问题；可以快速隔绝地下水且可在不可视的情况下保证加固质量；采用多道被动止水密封构件可保证注浆效果并隔绝地下水，在风险出现时采用多种主动止水施工方法彻底杜绝涌水风险出现，保证施工质量与施工安全。
[0005]为达到以上技术目的，本专利技术提供了一种盾构接收施工方法，其特征在于，具体步骤如下：
[0006](1)在盾构机破除洞门前，通过洞门侧墙钻出冻结孔，安装孔口管，冷冻管采用跟钻法；对洞门周围土体进行杯型冷冻，杯长采用9.5米，壁厚2.5米，杯底厚4米；
[0007](2)在水平冷冻时，对冷冻加固体至地面范围内与冷冻加固体后3米范围进行wss注浆，浆液采用水泥水玻璃双液浆，将形成水平加固与止水帷幕彻底隔绝地下水；
[0008](3)在注浆形成的止水帷幕范围内布置观测孔观测地下水的变化，在主体结构侧墙增设泄水孔，打穿围护结构用pc管连接泄水孔集中至水箱并抽离，以便引流加固土体与围护结构间隙中的水源；
[0009](4)在盾构机进入加固土体前，且冷冻加固25天以上后进行破壁；本法采用预留洞门，只需破除围护结构，先进行部分破壁，分4层破壁，在破壁的过程中如有渗水点应即使封堵以防影响冷冻加固效果，保留100毫米地连墙，保留钢筋用于保护冻结土体，在围护结构侧墙上打若干观测孔，用以判断冻土与地连墙的胶结情况；
[0010](5)在预埋洞门钢环上安装第一道止水构件环状弹性止浆板，并将弹性构件安装到位，而后距离75毫米安装第二道止水密封构件柔性长尾刷，在钢丝刷之间注入止水膨胀油脂，在洞门钢环外环板上安装橡胶帘布板，并将收紧钢丝绳穿过半月环连接到安装在洞门侧墙的张拉机上，在安装环状构件时应把各面板相互交错以形成完全密封的环面保证止水效果；
[0011](6)在止水密封构件安装完成后，盾构机进入加固端头范围内，盾构机采用小推力慢速推进，保持刀盘不停转动，准备好蒸汽和加盐水的防冻措施；破除期间加强冷冻，破除地连墙后对渗流点压注速凝水泥；当盾构机破除洞门后，盾构机首先于环状弹性止浆板接触，弹性止浆板由于折叠板的作用不会阻挡盾构机的前进，折叠板又可以将反压板调整角度与盾构机盾体充分接触；此时安装于反压板上的多道止推板发挥作用，即使有岩石大颗粒卡在止推板处形成孔隙，后一道止推板也可以与盾构机盾体充分贴合，隔绝地下水并形成封闭的注浆环境；
[0012](7)盾构机拼装管片后继续前进，驶过弹性止浆板后将与环状柔性长尾刷接触，长尾刷为弹性构件既不会影响盾构机正常掘进又可与盾构机盾体紧密贴合；多层钢丝刷与钢丝刷间止水油脂将会隔绝水源，盾构机掘扰动形成的碎小颗粒若通过了第一道弹性止浆板也会停留在长尾刷钢丝刷之间，将避免支在橡胶帘布与盾体间，可大大提高橡胶帘布的止水效果；此外，本次改进的长尾刷可承受0.35Mpa的水压而保证变形小于25mm；当盾构机使出洞门时，用张拉机拉近收紧钢丝绳，钢丝绳将会带动折页压板将橡胶帘布压紧在盾构机盾体上；由此形成三道被动止水密封构件；
[0013](8)盾构机拼接管片继续前进，若此时在洞门间隙处仍有水流深渗出，涌水风险较大时积极采取主动方案；盾构机停止前进，用多快弧形钢板将洞门钢环梁外环板与盾构机盾体焊接，各弧形钢板间也要焊接密实，形成完全密闭的环境；这时，打开管片内预留注浆孔，并向内注入水泥浆液，待其稳定后打开注浆孔观察是否有水流流出，若无水流时切割掉弧形钢板，盾构机继续前进完成接收；当盾构机接收完成后，为防止注浆效果不理想，在冷冻加固解冻后水源从洞门间隙中流出，此时拆除橡胶帘布，用弧形钢板将洞门钢环外环板与最后一环管片钢制外壁焊接，形成永久性止水构件；
[0014](9)盾构接收完成后解冻，为防止地面融陷对土体进行补注；打开管片预留注浆孔以0.35mpa注浆压力多点、少量、多次、均匀注浆，浆液为水泥单液浆，范围为洞门向内10环管片上的注浆孔；当冻结壁全部融化，实测地层沉降持续一个月每半个月不大于0.5mm，停止融沉补偿注浆，盾构接收完成；
[0015]本专利技术较优的技术方案：所述步骤(1)和(4)中冻结加固设计参数取为冻结土体温度低于
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10℃；冻土单轴抗压强度为4.0Mpa，弯折强度高达1.8MPa，直剪强度可达1.5Mpa；冻结孔布置采用外圈中圈内圈三层分布可加强土体冻结效果，此外在洞门侧墙设置多组测温孔、观测孔；冷东管设置采用更适用于富水软土地带的跟管法，可大大减小渗水风险；此外冻结管长度采用远长于冻结加固尺寸，长管为13.5米，短管为4米；
[0016]本专利技术较优的技术方案：所述步骤(2)中wss注浆中采用ZLJ
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250型钻机，注浆泵采用SYB60型，浆液采用A液为C30水泥浆液B液采用水玻璃(波美度40Be)，在喷头处将AB液混合，注浆范围为冷冻加固体水平向外3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富水软土地层中盾构接收的施工方法，其特征在于具体步骤如下：(1)冻结钻孔及设备安装：首先在地连墙上根据隧道中心点位置为圆心，用经纬仪定好各孔位置；用开孔器(配金刚石钻头取芯)开孔，钻进至400mm时安装孔口管与球阀，而后二次开孔至打穿地连墙；安装并调整好钻机方位后固定，冻结管钻进采用跟管法钻进技术；边掘进边测斜纠偏；冻结管达到设计深度后封闭孔底部，封好孔口进行打压试验观测成孔质量达标后使用双快水泥密封冻结管与地连墙之间的间隙；在地面安装冻结站包括冷冻机、盐水箱、盐水泵，室外放置无噪音的箱式变电站、清水泵、清水箱和冷却塔；(2)积极冻结与wss注浆：按预计降温曲线进行盐水降温，积极冻结时间30天；要求冻结孔单孔流量不小于5m3/h；积极冻结7天盐水温度降至－18℃以下；去、回路盐水温差不大于2℃；视温度与流量积极延长冷却时间；对冷冻加固体至地面范围内与冷冻加固体后3米范围进行wss注浆，浆液采用双液浆，A液为水泥浆液B液为水玻璃；将形成端头加固与止水帷幕彻底隔绝地下水；(3)止水装置安装：在预留洞门内洞门钢环上焊接弹性止浆板，间隔75mm安装柔性长尾刷，并于各层钢丝刷刷间充填止水膨胀油脂；在洞门外预埋洞门环外环板安装橡胶帘布板；在侧墙设置收紧装置，所述收紧装置包括设置在外墙上的收紧装置与收紧钢丝绳，所述收紧装置安装在洞门外墙上并连接拉力计以观测张拉应力；所述收紧钢丝绳贯穿橡胶帘布外折页压板外环孔；此时，被动止水构件安装完成包含所述环状弹性止浆板、柔性长尾刷、橡胶帘布板与所述收紧装置；(4)维护冷冻，盾构机掘进：根据实测温度数据判断冻土帷幕是否交圈和达到设计厚度，测温判断冻土帷幕交圈并达到设计厚度后打探孔；确认冻土帷幕内土层无水、无压后，进行人工破除维护结构侧墙至保留300mm预留厚度，不得使用大型冲击钻以免引起冻结土体结构破坏；期间进行维护冷冻直至盾构机完全出动且最后一环完全稳定；(5)盾构掘进：当探孔观测到冻结帷幕内无水无压，复核冻结法与水泥系复合加固良好后破除最后一层围护结构侧墙；而后盾构机进入冻结加固段，间通过所述泄流孔积极引流加固土体与围护结构侧墙间隙中地下水流；盾构机每环盾构管片拼装完成后继续前进；止浆板与柔性长尾刷紧密贴合盾构机盾体形成一道或两道密封结构在盾构机壳体保护下进行管片安装；重复以上所述步骤，盾构机继续前进通过洞门时拉近所述收紧装置使折页压板将橡胶帘布与盾体紧密贴合，形成第三道止水密封结构；此时被动止水密封构件完全发挥作用；(6)主动措施：当在盾构机前进的过程中如发现渗流量过大时，涌水涌砂风险过高时可在盾构机盾尾刷距离洞门环梁外板0.5m时用多块弧形钢板将盾尾盾体与洞门环梁外环板焊接为整体，各钢板间也焊接牢固形成完全封闭的空间；此时从管片中预留注浆孔范围为洞门向内5环注入速凝水泥浆液并待其稳定，至通过打开注浆孔观测无水流流出，水源彻底隔绝后切割钢板再进行管片安装；当出现渗水但渗水量不大，涌水风险可控时拆除所述橡胶帘布板，将最后一环管片钢制外壁与洞门环梁外环面用弧形钢板焊接为整体，再从所述预留管片注浆孔向外注入水泥浆液待其稳定后可彻底隔绝地下水；此时视主体结构设计可不再切除所述弧形钢板将其作为永久性结构；所述主动措施可在注浆不可视的条件下形成一完全密闭的环境，保证注浆质量，且形成永久性结构；可完美解决常规外置洞门环梁拆除止水构件拆除，由于注浆效果不达标引发的后置涌水风险；
(7)盾构结束：盾构继续前进，直至盾构机全部进入接收井，且两道止水构件与环管片接触后不在移动，形成永久性刚性密封；盾构结束后解除冷冻，并对冻结土体解冻后融陷进行控制；利用管片上预留的注浆孔，范围为洞门向内10环管片上的注浆孔将水泥单液浆先底部后两侧，最后顶部的顺序，多点、少量、多次、均匀注入土体中至地表沉降稳定；注入水泥水玻璃双液浆封堵密实注浆孔；解除冷冻后对冻结孔及观测孔进行封堵。2.根据权力要求1所述的一种盾构接收的施工方法，其特征在于，所述步骤(1)中钻孔定位测量在围护结构施工时先将孔位放出并用PE管预留一段管口，在结扎钢筋时尽量避开开孔位置。孔口管安装并用膨胀螺丝紧固后焊接牢固，二次开孔时开孔直径为108mm。地层为富水软土，冻结管钻进采用跟管法钻进，利用冻结管作钻杆，冻结管采用丝扣连接，并辅以焊接，焊接要两层满焊，确保其同心度和焊接强度，冻结管到达设计深度后密封头部。冻结站安装中，机房采用隔音材料搭建。管路用法兰连接，盐水管用架子敷设在主体结构侧墙上，以免影响路面通行。冷冻机组的蒸发器及低温管路用保温板保温，盐水箱和盐水干管用20mm厚的保温板保温。在盐水管路和冷却水循环管路上要设置阀门和测温仪、压力表、流量计等测试元件。3.根据权力要求1所述的一种盾构接收的施工方法，其特征在于，所述步骤(2)中还应做到在积极冻结过程中，要根据实测温度数据判断冻土帷幕是否交圈和达到设计厚度，测温判断冻土帷幕交圈并达到设计厚度后打探孔，确认冻土帷幕内土层冻结情况。对冷冻加固体至地面范围内与冷冻加固体后3米范围进行wss注浆，浆液采用水泥水玻璃双液浆。将形成水平加固与止水帷幕彻底隔绝地下水。4.根据权力要求1所述的一种盾构接收施工方法，其特征在于，所述步骤(3)中还应做到首先清理预留洞门钢环上杂物，而后安装弹性止浆板。安装所述止浆板应首先将止浆板底座焊接于洞门钢环上，再于其上安装折叠板与反压板，弹簧构件预拉后安装于接环上。所述止浆板在安装时应注意将板面相互交叠，不应在各止浆板间出现间隙由此形...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴龙，阮永芬，张虔，李飞鹏，姜海成，谭桂平，陈博，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：