一种高水压强渗透地层中水下对接加固方法技术

本发明专利技术提出一种高水压强渗透地层中水下对接加固方法，涉及盾构施工领域，适用于两台大直径盾构机水下对接工程，针对高水压、强渗透地层具备较高的安全性，有效满足水下施工空间受限的特殊工况，具体包括如下步骤：步骤1：在盾构机中盾设置不少于1圈径向注浆孔，通过径向注浆，在盾构机周边形成止水帷幕，为后续提供封闭施工环境；步骤2：盾壳上预埋多组斜向注浆孔，进行超前注浆加固，对地层进行改良，以利于冻结壁形成；步骤3：超前注浆结束后，斜向注浆孔内插入冷冻管进行冷冻加固；步骤4：在盾构机上预留泄压孔，泄压孔斜穿越盾构气泡仓，利用泄压孔控制冻胀力及冻胀量；步骤5：冻结完成后，通过泄压孔观测是否漏水检测冷冻质量。通过泄压孔观测是否漏水检测冷冻质量。通过泄压孔观测是否漏水检测冷冻质量。

【技术实现步骤摘要】
一种高水压强渗透地层中水下对接加固方法


[0001]本专利技术涉及盾构施工领域，具体是一种高水压强渗透地层中水下对接加固方法。

技术介绍

[0002]目前来说，国内大直径盾构隧道建设趋势为由单一软土地层向复杂地层发展、由大直径向超大直径发展、由中等水压向高水压和超高水压发展、由中等烈度地震区向高烈度地震区发展、由单一模式盾构向多模式盾构发展、由单一工法向多工法组合发展、由传统施工管理向数字化管理发展、由短距离掘进向长距离及超长距离掘进发展。随着我国城市化进程和城市间联动发展的加快以及跨海峡隧道建设提上日程，在江河湖海环境条件复杂地区将会修建更多的水下隧道工程。30公里以上盾构隧道若在海峡中间进行筑岛接收面临超高水深技术难题和环保问题，盾构水下对接也为工程实施提供可行思路。
[0003]地层是否形成有效加固、可靠支护决定了盾构能否成功对接，对于辅助式对接尤为关键，以对接处加固支护为核心的对接技术的落后目前已制约了超长盾构隧道的发展。
[0004]盾构机对接后，泥浆仓或土压仓内压力丧失，由于两台盾构机的盾壳之间必然存在间隙，对接处的接触面与外部地层连接，直接暴露在外界环境中。而施工内部隧道结构前必须拆解盾构机内部结构和刀盘，盾构机内部支护丧失，刀盘之间不能提供外部水土压力的支撑作用，且整条隧道与外部地层产生联通，风险性极高。
[0005]盾构对接施工，国外有一些成功的施工实例，日本东京湾横断道路横穿东京湾海底隧道、东京湾燃气中央干线隧道、伊势湾横穿燃气隧道和川崎人工河北段隧道等十几项工程均采用了盾构对接的。国内对于盾构对接的研究逐步深入，也逐渐应用到工程实际中，广深港客运专线狮子洋隧道是目前国内唯一采用盾构对接技术修建的隧道，由于其施工位置处于微风化岩层，采用化学注浆的方法进行了盾构对接位置岩层的加固，甬舟铁路金塘海底隧道对接设计方案与狮子洋隧道类似，均采用注浆加固法，但目前还未施工。使用人工冻结法加固地层，进行盾构地中对接的，目前仅有琼州海峡隧道盾构对接工程已开展冻结加固的前期研究，在国内还没有应用的工程实例。超大直径盾构隧道的埋深基本超过20m，跨江越海的水下隧道还面临超高水深，盾壳界面承受巨大的水土荷载，若不采取支护措施，容易涌土涌水，破坏隧道结构，酿成极大的安全事故。因此，需要对盾构对接位置外部的土体进行加固来承受外部的水土压力，同时隔绝施工环境与外部的水力联系，形成稳定的施工条件。
[0006]国内乃至世界上关于盾构水下对接仍处于刚刚起步阶段，当盾构隧道对接位置位于水下高水压强渗透地层时，含承压水的砂土地层冻结施工风险性较高，传统注浆加固方法将难以实施并难以达到理想效果，此时只能采取冻结法进行对接段超前加固。但是水下高水压强渗透地层对冻结加固来说也是一大难题，尤其当叠加水流速度较大或盾构内部温度较高时，安全保障难度飙升。
[0007]针对盾构隧道对接施工中超前加固，国内已有的案例为采用注浆法加固，该种技术主要适用于渗透性较低、自稳能力较好的岩石地层。针对越江隧道可能遇到的高水压强
渗透地层，单纯的注浆加固方法难以达到预期的加固效果且止水效果也难以保证，这时就只能采取冷冻加固了。但高水压强渗透地层中盾构对接段的冷冻加固，国内外尚无类似的工程案例。现有文献中的冷冻加固技术，对高水压强渗透地层来说，主要存在以下问题：（1）目前尚未有高水压强渗透地层超大直径盾构对接时的超前冷冻加固施工技术；（2）由于水下高水压强渗透条件，并且存在地下水的流动，对冻结加固的质量要求较高。现有联络通道等冷冻加固措施仅采用单独冷冻措施，较难保障在水下高水压强渗透环境下形成可靠冻结壁。
[0008]（3）对于处于水下环境时，不具备从地面进行加固冻结条件，需要从洞内进行加固冻结，而目前常规盾构机的布置不利于进行洞内（盾构机盾壳上）打设注浆孔、冷冻孔、测温孔及泄压孔，需要对盾构机进行针对性改造。
[0009]（4）现有冷冻加固技术仅采取一种冷冻方法即可达到冷冻加固目的，但超大直径盾构隧道水下复杂环境下，水压高、渗透性强，一旦出现险情，将难以补救。
[0010]（5）区别于常规联络通道以及盾构接收始发冷冻案例，由于盾构机对接后，需要拆除盾构机内部构件，焊接连接两台盾构机，切割焊接作业产生热量较多，且盾壳是良好的热导体，容易将切割焊接热量甚至洞内环境温度传递到冻结体土层中，造成盾壳与冻结体交界范围土层融化，形成渗水通道。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述问题，克服现有技术的不足之处，设计一种高水压强渗透地层中水下对接加固方法，适用于两台大直径盾构机水下对接工程，针对高水压、强渗透地层具备较高的安全性，有效满足水下施工空间受限的特殊工况。
[0012]一种高水压强渗透地层中水下对接加固方法，包括如下步骤：步骤1：在盾构机中盾设置不少于1圈径向注浆孔，通过径向注浆，在盾构机周边形成一道止水帷幕，为后续超前注浆及冷冻加固提供一个封闭的施工环境；步骤2：盾壳上预埋多组斜向注浆孔，斜向注浆孔兼做冷冻孔，每组斜向注浆孔指向盾构对接方向，拆除盾构机千斤顶和油缸盾构机构件之后，建立作业空间，在斜向注浆孔内插入超前注浆管，进行超前注浆加固，对地层进行改良，以降低地层渗透系数，提高地层强度，以利于冻结壁形成并减少冻胀融沉效应；步骤3：超前注浆结束后，斜向注浆孔内插入冷冻管进行冷冻加固作业；步骤4：在盾构机上预留泄压孔，泄压孔斜穿越盾构气泡仓，利用泄压孔控制冻胀力及冻胀量；步骤5：冻结完成后，通过泄压孔观测是否漏水，以此检测冷冻质量，若不漏水，则进行砂浆清理、刀盘刀具及泥水仓气泡仓壁板割除的后续工作。
[0013]优选的，步骤1中预留径向注浆孔按照终孔间距不大于2倍浆液扩散半径进行预留，以保障注浆能够交圈，形成封闭止水帷幕。
[0014]优选的，盾构机中盾盾壳内侧径向位置预留多个径向注浆孔，径向注浆孔采用螺钉封闭，螺钉的螺钉帽上设有一字形凸起，螺钉的螺纹长度等于径向注浆孔长度，螺钉帽及一字型凸起总高度小于5cm，以保证螺钉帽高出盾壳距离小，不影响盾构机内部其他构件布
设，分别在径向注浆孔处焊接孔口管并连接球阀，球阀下方的位置设置密封盒，密封盒处密封完毕后，通过螺杆拧开螺钉，螺杆顶端设置有与一字形凸起相适配的一字形卡槽，螺钉抽出包括两步，第一步螺钉抽至球阀外、密封盒内侧，此时关闭球阀进行止水；第二步，从密封盒处抽出螺钉，从而确保在拧开螺钉时开洞的封闭性，避免拧开螺钉时产生涌水涌砂风险，径向注浆管插入分两步，第一步插入至球阀外侧，密封盒密封；打开球阀，将径向注浆管钻进至地层设计深度，之后开展注浆作业，从而确保径向注浆管在插入时封闭性，避免插入径向注浆管时产生涌水涌砂风险。
[0015]优选的，螺杆顶端的一字形卡槽旁设有与一字形卡槽相连通的凹槽，凹槽内装有电磁铁，一字形凸起和一字形卡槽相卡接后，接通电磁铁电源，逆时针拧动螺杆，螺杆带动螺钉离开孔口管，直至将螺钉抽出，电磁铁保持通电状态以确保螺钉和螺杆紧固，抽出过程不会发生掉落。
[0016]优选的，每本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高水压强渗透地层中水下对接加固方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：在盾构机中盾设置不少于1圈径向注浆孔，通过径向注浆，在盾构机周边形成一道止水帷幕，为后续超前注浆及冷冻加固提供一个封闭的施工环境；步骤2：盾壳上预埋多组斜向注浆孔，斜向注浆孔兼做冷冻孔，每组斜向注浆孔指向盾构对接方向，拆除盾构机台车、拼装机、千斤顶及油缸构件之后，建立作业空间，在斜向注浆孔内插入超前注浆管，进行超前注浆加固，对地层进行改良，以降低地层渗透系数，提高地层强度，以利于冻结壁形成并减少冻胀融沉效应；步骤3：超前注浆结束后，斜向注浆孔内插入冷冻管进行冷冻加固作业；步骤4：在盾构机上预留泄压孔，泄压孔斜穿越盾构气泡仓，利用泄压孔控制冻胀力及冻胀量；步骤5：冻结完成后，通过泄压孔观测是否漏水，以此检测冷冻质量，若不漏水，则进行砂浆清理、刀盘刀具及泥水仓气泡仓壁板割除的后续工作。2.根据权利要求1所述的一种高水压强渗透地层中水下对接加固方法，其特征在于：步骤1中预留径向注浆孔按照终孔间距不大于2倍浆液扩散半径的大小进行预留，以保障注浆能够交圈，形成封闭止水帷幕。3.根据权利要求2所述的一种高水压强渗透地层中水下对接加固方法，其特征在于：盾构机中盾盾壳内侧径向位置预留多个径向注浆孔，径向注浆孔采用螺钉封闭，螺钉的螺钉帽上设有一字形凸起，螺钉的螺纹长度等于径向注浆孔长度，螺钉帽及一字型凸起总高度小于5cm，以保证螺钉帽高出盾壳距离小，不影响盾构机内部其他构件布设，分别在径向注浆孔处焊接孔口管并连接球阀，球阀下方的位置设置密封盒，密封盒处密封完毕后，通过螺杆拧开螺钉，螺杆顶端设置有与一字形凸起相适配的一字形卡槽，螺钉抽出包括两步，第一步螺钉抽至球阀外、密封盒内侧，此时关闭球阀进行止水；第二步，从密封盒处抽出螺钉，从而确保...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚占虎，魏代伟，张超，张亚洲，杨琴，李辉，徐文礼，孙敬鑫，张雷，
申请(专利权)人：中交隧道工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：