一种基于盾构工程特征的砂卵石地层分类方法技术

本发明专利技术公开了一种基于盾构工程特征的砂卵石地层分类方法，包括：确定砂卵石地层盾构掘进主要影响因素；确定各影响因素的特征指标；根据指标特征值对各影响因素下的砂卵石地层进行分类，并根据分类匹配掘进技术措施；获取盾构隧道内砂卵石地层盾构工程特征，根据确定的分类及技术措施，给出相应的技术方案。本发明专利技术提供了定性的分类描述以及定量的分级指标，改变了现有砂卵石分类中仅依靠地质因素、工程经验或少量单一指标进行分类的不足，完善了砂卵石地层条件下盾构施工技术体系，提高了盾构设备选型与盾构掘进技术方案选择的针对性和科学性，对于砂卵石地层盾构隧道的设计和施工具有指导意义。施工具有指导意义。施工具有指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于盾构工程特征的砂卵石地层分类方法


[0001]本专利技术涉及盾构施工
，尤其是施工中的砂卵石地层，具体是一种基于盾构工程特征的砂卵石地层分类方法。

技术介绍

[0002]盾构施工凭借其安全、可靠、快速、经济、环保等优势广泛应用于各大城市工程施工中，盾构施工已成为国内外常用的市政轨道交通施工方法。盾构施工受地层条件的影响较大，多变的环境条件、水文地质条件制约着盾构施工的规范化和标准化。砂卵石地层作为代表性的地质环境，该地层的特殊地质问题较为复杂，根据砂卵石地质特性确定适宜的盾构施工分类标准或控制范围极为困难，导致该地层的盾构掘进无法建立起统一的分类方法。目前划分盾构隧道地层信息的相关技术中，主要包括采用野外钻探及原位测试等地质勘察方法进行分类、根据盾构相关标准规范进行分类、根据工程经验进行分类以及根据砂卵石地层的单一特性进行分类。
[0003]采用野外钻探及原位测试等地质勘察方法进行分类，仅能粗略获得隧道施工区域的地层类型，进行定性的地理地质分类，这种分类方法在复杂的砂卵石盾构施工中不具有太大的指导意义。
[0004]根据盾构相关标准规范进行分类，能够给出盾构施工的基本依据，但仍无法广泛的适用于砂卵石地层。如《铁路隧道设计规范》中，仅将砂卵石土简单的归类于土体，并没有考虑这种土石混合体的工程地质特性，并且只给出定性的分析，如涉及含水量划分，目前仅定性的分类为富水砂卵石地层和无水砂卵石地层。
[0005]根据工程经验进行分类，建立在大量的工程经验基础上，根据区域特性对砂卵石地层盾构特征进行分类，该方法受地理区域的限制较大，且缺乏具体的方法和指标，对设计人员存在滞后性。
[0006]根据砂卵石地层的单一特性进行分类，在先中国专利技术专利申请CN2021113244555公开了一种基于卵漂石地层盾构工程特性分类的渣土改良方法，对砂卵石特征粒径进行了划分。在先中国专利技术专利申请CN202110167595X公开了一种砂卵石地层盾构隧道地质评价方法，对砂卵石磨蚀程度进行了划分。这些方法均集中于某一方面或某一项指标，不系统，不全面，并不能考虑砂卵石地层复杂的地质特性，无法有效应用，无法保证盾构的顺利掘进。
[0007]综上所述，现有的砂卵石地层分类方法均存在较大弊端，不全面，不系统，无法有效的指导盾构施工。对于采用哪些指标来表征砂卵石地层盾构特征，以及何如获取这些指标特征值来界定其对盾构施工的影响程度方面，均未有统一、成熟的技术体系。
[0008]因此，有必要提出一种新的有利于规范化、标准化施工的基于盾构工程特征的砂卵石地层分类及施工方法。

技术实现思路

[0009]鉴于现有技术的不足，本专利技术的主要目的在于提出一种基于盾构工程特征的砂卵石地层分类方法，以解决现有技术中的一个或多个问题。
[0010]本专利技术是这样实现的：一种基于盾构工程特征的砂卵石地层分类方法，包括如下步骤：步骤一：基于砂卵石地层盾构施工工程特征，分析地层条件影响盾构掘进的潜在技术因素，得到影响砂卵石地层盾构掘进的四个主要技术因素：是否需要刀盘前破碎的粒径大小因素、是否需要添加改良剂进行渣土改良的细粒含量因素、是否会形成螺旋输送机喷涌的水压高低因素、是否会对刀具产生严重磨损的磨蚀程度因素；步骤二：确定各技术因素的特征指标；步骤三：根据各特征指标将要导致的盾构掘进技术方案的不同，对砂卵石地层进行分类，并根据地层分类匹配掘进技术措施；步骤四：获取盾构隧道砂卵石地层盾构工程特征，根据步骤三确定的分类标准和掘进技术措施，给出相应的施工方案。
[0011]优选的，步骤二中：粒径大小的特征指标包括：卵石最大粒径d
max
、螺旋输送机最大通过能力d
p
；测定方法为：卵石最大粒径d
max
通过地勘报告获得；螺旋输送机最大通过能力d
p
通过螺旋输送机形式与输送口尺寸计算，取决于螺旋输送机输送筒内径D1与螺旋输送机轴外径D2、D3之间的单侧环带宽度d
x
和净螺距l
x
中的最小者，其中轴式及带式螺旋输送机的d
x
、l
x
分别通过式（1）、式（2）求得：
ꢀꢀꢀꢀ
(式1)
ꢀꢀꢀꢀ
(式2)式中，D2、D3分别为轴式、带式螺旋输送机轴外径，p为螺旋叶片间距，t为螺旋叶片厚度，当d
x
/l
x
≥1时，螺旋输送机最大通过能力d
p
=d
x
；当d
x
/l
x
＜1时，螺旋输送机最大通过能力d
p
=l
x
。
[0012]优选的，步骤二中：细粒含量的特征指标包括：地层中粒径小于75um的细粒质量占比d
75
；测定方法为：盾构区间取样，进行粒径分析试验，通过式（3）计算所取试样中粒径小于75um的细粒质量占试样总质量的百分比：
ꢀꢀꢀꢀ
(式3)式中：—粒径小于75um的细粒质量（g）；m
d
—进行筛析试验时所取试样总质量（g）。
[0013]优选的，步骤二中：水压高低的特征指标包括：地下水位高度h
w
、界限水位高度h0；
测定方法为：建立以盾构机土仓底标高处水平线为x轴，x轴与开挖面在土仓交点处为原点，通过原点铅垂线为y轴的坐标系，设定原点处的位置水头为0，地下水位高度为h
w
，设定螺旋输送机后闸门上方1m处为界限水位高度h0。
[0014]优选的，步骤二中：磨蚀程度的特征指标包括：石英平均含量Q
S
；测定方法为：根据盾构区间地质勘探资料，获取区间地层石英平均含量，根据数据点拟合得到石英平均含量Q
S
与磨蚀值A
C
的线性回归关系式：
ꢀꢀꢀꢀ
(式4)。
[0015]优选的，步骤三中：根据卵石最大粒径d
max
与螺旋输送机最大通过能力d
p
的关系，将砂卵石地层分为两类：第一类：d
max
≥d
p
，不可输排
‑
需破碎砂卵石地层，遵循“应破尽破、大块破碎、整体输排”原则，采取“楔击
‑
输排”的掘进模式；第二类：d
max
＜d
p
，可输排
‑
不需破碎砂卵石地层：遵循“楔犁
‑
松动
‑
剥落开挖、整体输排”原则，采取“楔犁
‑
输排”的掘进模式。
[0016]优选的，步骤三中：根据粒径小于75um的细粒质量占比d
75
，将砂卵石地层分为两类：第一类：d
75
≥30%，高黏性颗粒含量的低渗透砂卵石地层；以“泡沫剂+水”作为主要改良材料，增加渣土流动性，降低黏着性，防止渣土在刀盘、土仓壁黏结以致形成泥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于盾构工程特征的砂卵石地层分类方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：基于砂卵石地层盾构施工工程特征，分析地层条件影响盾构掘进的潜在技术因素，得到影响砂卵石地层盾构掘进的四个主要技术因素：是否需要刀盘前破碎的粒径大小因素、是否需要添加改良剂进行渣土改良的细粒含量因素、是否会形成螺旋输送机喷涌的水压高低因素、是否会对刀具产生严重磨损的磨蚀程度因素；步骤二：确定各技术因素的特征指标；步骤三：根据各特征指标将要导致的盾构掘进技术方案的不同，对砂卵石地层进行分类，并根据地层分类匹配掘进技术措施；步骤四：获取盾构隧道砂卵石地层盾构工程特征，根据步骤三确定的分类标准和掘进技术措施，给出相应的施工方案。2.根据权利要求1所述的分类方法，其特征在于，步骤二中：粒径大小的特征指标包括：卵石最大粒径d
max
、螺旋输送机最大通过能力d
p
；测定方法为：卵石最大粒径d
max
通过地勘报告获得；螺旋输送机最大通过能力d
p
通过螺旋输送机形式与输送口尺寸计算，取决于螺旋输送机输送筒内径D1与螺旋输送机轴外径D2、D3之间的单侧环带宽度d
x
和净螺距l
x
中的最小者，其中轴式及带式螺旋输送机的d
x
、l
x
分别通过式（1）、式（2）求得：
ꢀꢀꢀꢀ
(式1)
ꢀꢀꢀꢀ
(式2)式中，D2、D3分别为轴式、带式螺旋输送机轴外径，p为螺旋叶片间距，t为螺旋叶片厚度，当d
x
/l
x
≥1时，螺旋输送机最大通过能力d
p
=d
x
；当d
x
/l
x
＜1时，螺旋输送机最大通过能力d
p
=l
x
。3.根据权利要求1所述的分类方法，其特征在于，步骤二中：细粒含量的特征指标包括：地层中粒径小于75um的细粒质量占比d
75
；测定方法为：盾构区间取样，进行粒径分析试验，通过式（3）计算所取试样中粒径小于75um的细粒质量占试样总质量的百分比：
ꢀꢀꢀꢀ
(式3)式中：—粒径小于75um的细粒质量（g）；m
d
—进行筛析试验时所取试样总质量（g）。4.根据权利要求1所述的分类方法，其特征在于，步骤二中：水压高低的特征指标包括：地下水位高度h
w
、界限水位高度h0；测定方法为：建立以盾构机土仓底标高处水平线为x轴，x轴与开挖面在土仓交点处为原点，通过原点铅垂线为y轴的坐标系，设定原点处的位置水头为0，地下水位高度为h
w
，设定螺旋输送机后闸门上方1m处为界限水位高度h0。5.根据权利要求1所述的分类方法，其特征在于，步骤二中：磨蚀程度的特征指标包括：石英平均含量Q
S
；
测定方法为：根据盾构区间地质勘探资料，获取区间地层石英平均含量，根据数据点拟合得到石英平均含量Q
S
与磨蚀值A
C
的线性回归关系式：
ꢀꢀꢀꢀ
(式4)。6.根据权利要求2所述的分类方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晋勋，周刘刚，江玉生，李博，戈玮，江华，张小燕，孙正阳，殷明伦，张雷，刘双全，刘义，廖秋林，武福美，桂轶雄，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：