一种盾体注浆辅助大直径盾构始发姿态调整的方法技术

本发明专利技术提供了一种盾体注浆辅助大直径盾构始发姿态调整的方法。所述方具体步骤如下：在盾构始发过程中姿态出现异常时首先通过盾体径向孔及超前注浆孔注入粘度大于60s的膨润土在前中盾位置形成膨润土环箍进行保护；在膨润土注入完成后通过在纠偏侧的盾体超前注浆孔及径向注浆孔注入水泥和水玻璃双浆液，并在注入孔位的盾体外侧形成凸起；在双浆液注入完成后，在盾构掘进过程中对盾构机姿态进行调整，在盾构姿态调整过程再次注入双浆液；待盾构机姿态调整结束后，注入分散剂对双浆液凸起进行溶解。本发明专利技术通过盾体注入浆液的办法改变受力状态，无需增加额外辅助设备，快速有效的完成姿态纠偏处理，解决了盾构始发姿态调整的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种盾体注浆辅助大直径盾构始发姿态调整的方法


[0001]本专利技术涉及一种盾构法隧道施工领域，具体涉及一种盾体注浆辅助大直径盾构始发姿态调整的方法。

技术介绍

[0002]盾构姿态是掘进参数控制的一项重要内容，同时也是成型隧道验收的一项重要标准，因此在掘进过程中需要高度重视盾构姿态实际值及趋势值，以免因为控制措施不及时或设备故障导致盾构姿态异常，成型隧道质量发生连锁反应，更为严重会导致线路改迁。常规盾构在施工过程中出现姿态异常情况，因为盾构结构自身重量较小，并且配置铰接装置可以辅助盾构姿态纠偏，但是大直径盾构机因为开挖断面大，自身重量大、径长比大且无铰接装置，所以在施工过程中极易出现姿态异常现象。
[0003]在大直径盾构始发过程中，大直径泥水盾构常采用短套筒延长洞门钢环，为泥水建压提供基础条件，也是降低盾构始发涌水涌沙的基本保障，但短套筒的尺寸设计需要保持与洞门钢环一致，避免造成盾体被卡的现象，为了保证盾构机与洞门钢环设计中心对应，同时预防始发洞门密封装置下部受压损坏，特意将盾构机整体空间位置在设计坡度基础上增加2～3
‰
。在盾构始发掘进过程中，按照盾构施工原理可见，盾体进入短套筒及钢环部分建筑空隙较大，同时反作用力较小，所以盾构姿态容易出现大幅度的波动，常见滚动角有15mm/m，俯仰角
±
1mm/m，方位角
±
2mm/m，导致姿态控制难题；盾构机进入洞门环时出现姿态异常，会导致盾构机与洞门环不同心，洞门密封因间隙不均一导致失效，间隙过小将会损坏折页板，间隙过大导致折页板外翻，可能造成涌水涌沙，甚至造成端头沉降或塌陷。随着盾构机向前掘进，在导台结构与洞门钢环段因为没有地层外界约束，受盾构机自重的影响导致姿态不断下降，加固体段转入原状土地层段，地层承载力发生变化，常出现垂直姿态下垂现象，常见垂直趋势变为
‑
2mm/m或更大，也常称为栽头现象。在盾构机完全离开加固体并进入原始地层中，由于盾构机整机重量大且无铰接装置，盾构始发段防止反力架变形及洞门密封装置的渗漏，控制掘进参数为推进压力小和泥水仓压力低的状态，同时如果地层为一些中风化泥质粉砂岩和中风化泥岩层，其造浆能力较强导致高浓度泥浆渗入地层对后方管片产生上浮力，加大管片上浮量，共同对垂直姿态造成一定的影响。
[0004]目前，由于盾构始发的加固体地层强度较大，地层对盾构机产生的摩擦力加大，如果进行盾构机姿态调整，便会出现卡盾现象，导致盾构机无法正常始发。所以在盾构始发过程中，不同区域的姿态异常都是采用一些特殊方法进行处理，比如说洞门环的姿态异常，一般处理方法是外侧增加钢板继续焊接，该方法会导致工作量增加，且安全风险较大；而在盾构始发出现栽头现象时，一般处理方法是增加下部油缸推力或调整管片选型方法使得下部管片超前量增加，改变盾构机受力状态，该种方法导致成型隧道未能较好的按照设计轴线建设，可能造成改线。除此之外，现有盾构始发过程中姿态偏差较大，还会采用增加辅助油缸调整、脱困，或是额外增加配重等，改变盾构机重心等处理方法，这些方法施工工序复杂，且周期长，同时对盾构机整体结构设计有一定的影响。为了避免大直径盾构施工过程中因
姿态异常对施工进度和质量等影响，需要专门针对盾构始发阶段盾构从加固体进入原始地层中出现管片姿态异常现象后的纠偏措施。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对大直径盾构姿态调整困难的问题，提供了一种盾体注浆辅助大直径盾构始发姿态调整的方法,该方法主要是在盾体不同点位注入不同浆液，通过浆液改变盾体与地层之间的摩擦力，从而实现盾构机姿态调整的目的，解决盾构始发阶段盾构从加固体进入地层后出现的姿态异常情况。
[0006]为了达到上述技术目的，本专利技术提供了一种盾体注浆辅助大直径盾构姿态调整的方法，所述方法针对盾构始发过程中盾构机从加固体区域进入黏土地层中盾构机姿态出现向下栽头和水平飘移现象进行的纠偏措施，其具体步骤如下：
[0007](1)在盾构始发过程中通过盾构机导向系统监测盾构机的掘进姿态，在姿态出现异常时首先通过盾体径向孔及超前注浆孔注入粘度大于60s的膨润土在前中盾位置形成膨润土环箍进行保护；所述膨润土提前12h拌制使之膨化；
[0008](2)在膨润土注入完成后通过在纠偏侧的盾体超前注浆孔及径向注浆孔注入水泥和水玻璃双浆液，并在注入孔位的盾体外侧形成凸起；双浆液的注入通过注浆机和搅拌罐现场搅拌注入，双浆液中水泥和水玻璃的配比1:1～1:1.3，凝结时间 20s～25s，每个点位注入方量0.4m3～0.6m3，注浆压力0.5bar以内；
[0009](3)在双浆液注入完成后，在盾构掘进过程中对盾构机姿态进行调整，使其其朝向双浆液注入点位的方向偏移，在调整过程中，双浆液的注入侧增加了盾体外壳与地层之间的摩擦力，从而增加了水平分区/垂直分区压力差，同时盾体上包裹的浆块相当于开挖断面扩挖，使盾构机在受到地层应力的作用下向注浆位置偏移，共同使得姿态向目标值靠拢；
[0010](4)在盾构姿态调整过程，遇到紧急情况时在盾构每环掘进前以及在掘进过程中通过步骤(2)中相同的盾体超前注浆孔及径向注浆孔再次注入双浆液进一步增加浆液产生摩擦力，每个点位的注入方量控制在0.2
‑
0.3m3；
[0011](5)待盾构机姿态调整结束后，及时通过管片注浆孔查看盾体浆液对地层的扩挖情况，并注入分散剂对步骤(2)和步骤(4)中注入的双浆液进行溶解，以免过渡扰动地层或持续影响盾构姿态控制。
[0012]本专利技术较优的技术方案：所述步骤(1)中按照盾构机导向系统测试的盾构机三维状态与隧道设计轴线进行差值计算，并按照施工技术交底给出的盾构姿态水平前点、中点、后点和垂直前点、中点、后点进行控制，当差值大于30mm时开始注入膨润土。
[0013]本专利技术较优的技术方案：所述步骤(1)中膨润土的注入过程：连接膨润土注入管路至盾体径向孔及超前注浆孔，在盾构姿态出现异常时，随着盾构的掘进不断向径向孔及超前注浆孔注入膨润土，边推边注，压力控制在0.4bar以内，方量控制在施工建筑空隙的1.5倍，注入并保持盾构持续向前掘进2m。
[0014]本专利技术较优的技术方案：所述步骤(2)中，在进行双浆液注入过程中，可以在与双浆液注入点位对称的盾体超前注浆孔或径向注浆孔注入减摩剂，所述减摩剂包括废弃油液、泡沫剂、膨润土或水中的一种。
[0015]本专利技术较优的技术方案：所述步骤(2)中双浆液的注浆点位分为上下左右四个区
域，注浆时按照姿态纠偏需求在盾尾对应点位注入，浆液扩散范围不超过 45
°
，并在盾体外侧凝结形成圆台状浆块，通过与地层之间的摩擦力反作用于盾构姿态纠偏，根据盾构机姿态调整需求，每次注入方量按照0.1～0.2m3进行增减。
[0016]本专利技术较优的技术方案：所述步骤(2)中注浆过程包括以下步骤：a.提前准备注浆机及搅拌罐至作业区；b.在待注浆的超前注浆孔及径向注浆孔处安装注浆用的注入口球阀、注浆头和四通，四本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾体注浆辅助大直径盾构始发姿态调整的方法，其特征在于：所述方法针对盾构始发过程中盾构机从加固体区域进入黏土地层中盾构机姿态出现向下栽头和水平飘移现象进行的纠偏措施，其具体步骤如下：(1)在盾构始发过程中通过盾构机导向系统监测盾构机的掘进姿态，在姿态出现异常时首先通过盾体径向孔及超前注浆孔注入粘度大于60s的膨润土在前中盾位置形成膨润土环箍进行保护；所述膨润土提前12h拌制使之膨化；(2)在膨润土注入完成后通过在纠偏侧的盾体超前注浆孔及径向注浆孔注入水泥和水玻璃双浆液，并在注入孔位的盾体外侧形成凸起；双浆液的注入通过注浆机和搅拌罐现场搅拌注入，双浆液中水泥和水玻璃的配比1:1～1:1.3，凝结时间20s～25s，每个点位注入方量0.4m3～0.6m3，注浆压力0.5bar以内；(3)在双浆液注入完成后，在盾构掘进过程中对盾构机姿态进行调整，使其其朝向双浆液注入点位的方向偏移，在调整过程中，双浆液的注入侧增加了盾体外壳与地层之间的摩擦力，从而增加了水平分区/垂直分区压力差，同时盾体上包裹的浆块相当于开挖断面扩挖，使盾构机在受到地层应力的作用下向注浆位置偏移，共同使得姿态向目标值靠拢；(4)在盾构姿态调整过程，遇到紧急情况时在盾构每环掘进前以及在掘进过程中通过步骤(2)中相同的盾体超前注浆孔及径向注浆孔再次注入双浆液，每个点位的注入方量控制在0.2
‑
0.3m3；(5)待盾构机姿态调整结束后，及时通过管片注浆孔查看盾体浆液对地层的扩挖情况，并注入分散剂对步骤(2)和步骤(4)中注入的双浆液进行溶解，以免过渡扰动地层或持续影响盾构姿态控制。2.根据权利要求1所述的一种盾体注浆辅助大直径盾构始发姿态调整的方法，其特征在于：所述步骤(1)中按照盾构机导向系统测试的盾构机三维状态与隧道设计轴线进行差值计算，并按照施工技术交底给出的盾构姿态水平前点、中点、后点和垂直前点、中点、后点进行控制，当差值大于30mm时开始注入膨润土。3.根据权利要求1所述的一种盾体注浆辅助大直径盾构始发姿态调整的方法，其特征在于：所述步骤(1)中膨润土的注入过程：连接膨润土注入管路至盾体径向孔及超前注浆孔，在盾构姿态出现异常时，随着盾构的掘进不断向径向孔及超前注浆孔注入膨润土，边推边注，压力控制在0.4bar以内，方量控制在施工建筑空隙的1.5倍，注入并保持盾构持续向前掘进2m。4.根据权利要求1所述的一种盾体注浆辅助大直径盾构始发姿态调整的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，在进行双浆液注入过程中，可以在与双浆液注入点位对称的盾体超前注浆孔或径向注浆孔注入减摩剂，所述减摩剂包括废弃油液、泡沫剂、膨润土或水中的一种。5.根据权利要求1所述一种盾体注浆辅助大直径盾构始发姿态调整的方法，其特征在于：所述步骤(2)中双浆液的注浆点位分为上下左右四个区域，注浆时按照姿态纠偏需求在盾尾对应点位注入，浆液扩散范围不超过45
°
，并在盾体外侧凝结形成圆台状浆块，通过与...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昆峰，白元，刘振东，刘志斌，周树清，杨玉，谭桂平，唐辉，李磊，杜殿逵，周法庭，党成鹏，
申请(专利权)人：中铁十一局集团有限公司中铁十一局集团城市轨道工程有限公司，
类型：发明
国别省市：