[發明專利]超深覆土盾構穿越復雜地層施工方法

有效

• 申請號: 201310586504.1
• 申請日: 2013-11-21
• 公開（公告）號: CN103603670B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發明（設計）人: 張子敏;李峰;顧解楨;黃平;朱文良
• 申請（專利權）人: 上海市基礎工程集團有限公司
• 主分類號: E21D9/06
• 分類號: E21D9/06
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根;王晶

1.一種超深覆土盾構穿越復雜地層施工方法，其特征在于，具體施工步驟如下：

1)盾構穿越⑥硬土層施工措施

(1)選擇柱塞泵為加泥加水泵

(2)選擇盾構推進模式

盾構機在⑥硬土層內推進施工時，采用手動土壓平衡模式，使推進速度-刀盤進土量-螺旋機轉速-刀盤正面土壓-螺旋機出土量-皮帶機上土量均處于相對恒定的狀態；

(3)優化刀盤加水操作方式

盾構推進時保持刀盤持續加水，扭矩出現下降后控制加水流量，當土倉內土體完全置換后，通過調節推進速度和增減加水流量，使推進速度和加水流量平衡；

(4)提高刀盤轉速

在⑥硬土層內進行盾構推進時，將刀盤轉速提升至最高檔位1.51rpm；

2)盾構穿越⑦1、⑦2砂性土承壓含水層盾構姿態控制

(1)正面土壓力的設定

施工中土壓力設定遵循“計算理論值，調整實際值”的原則，進行土壓平衡的控制；

(2)二次環箍注漿

利用隧道管片注漿孔進行壁后環箍注漿，通過凝固后的漿液將管片托出，保持管片坡度，二次注漿采用單液水泥漿液，為避免漿液竄入盾尾損壞盾尾刷，待管片脫出盾尾10環后進行二次環箍注漿施工，每推進10環打設一道環箍，每環注漿量1m³；

(3)貼片材料優化

在超深覆土下施工時，選用橡膠纖維板作為貼片材料，用于滿足調整管片坡度的要求；

3)盾構穿越⑦1、⑦2砂性土承壓含水層總推力控制

(1)使用超挖刀

開啟盾構機上半周21點～9點位置超挖刀，超挖量定為80mm，通過超挖刀刮松盾殼上半部的土體，降低鋼板與土體間的摩擦系數，以減小側摩阻力；

(2)盾構機殼體減摩注漿

盾構機支承環位置1點、5點、8點、11點四個方向設置殼體外注入孔，通過外注入孔向外壓注膨潤土漿液，使膨潤土漿液在盾構機殼體表面形成一層泥膜；

4)砂性土承壓含水層內盾尾密封措施

(1)盾尾油脂管路改造

將原來左、右半圈注入口串聯管路的形式改造為左、右半圈注入口并聯管路形式；

(2)盾尾油脂壓注

壓注油脂時，采用自動模式下的壓力控制方法，確保每個注入口的壓注壓力指標大于管道壓力降與外部靜土壓力之和；

如果在盾尾局部出現漏電時，采用手動模式，對漏電位置的注入口單獨進行壓注；

(3)同步注漿控制

計算盾構機漿桶規格尺寸，在漿桶內設置標尺，采用一道一道水平鋼筋，使每道鋼筋間的空間體積為0.45m³，通過觀察標尺目測壓漿量、控制壓漿速度；

(4)盾尾密封輔助措施

①管片加貼海綿條

管片外弧面整環加貼一道20cm×15cm海綿條；

②加設臨時止水裝置

在千斤頂靴板與管片間設置一道由弧形鋼板與橡膠條組成的臨時止水裝置；

5)超深覆土盾構小半徑轉彎施工

(1)小半徑轉彎糾偏量計算

盾構機每一環的糾偏角度為方位角J與方位角I的夾角θ，

θ＝1200÷R×180°÷π

R------圓曲線半徑(m)，通過計算得到盾構機每環糾偏角度，利用三角函數關系計算得到盾構機每一環推進左、右千斤頂伸出行程差；

(2)總推力計算

①盾構外壁周邊與土體之間的摩阻力或粘結阻力F₁

對于砂性土：F₁＝μ(πDLp_m+W)

μ-----盾殼與周邊土體之間的摩擦系數為0.2

D-----盾構機外徑(m)

L------盾構機本體長度(m)

p_m-----土壓力(kPa)

W------盾構機自重(KN)

②切口環貫入阻力F₂

F₂＝L_tK_Pp_m

L_t------開挖面周長(m)

t-------切口環貫入深度(m)

p_m-----土壓力(kPa)

K_P-----被動土壓力系數

K_P＝tan²(45°+θ/2)

③工作面正面阻力F₃

F₃＝(πD²/4)p_m

D-----盾構機外徑(m)

p_m-----土壓力(kPa)

④管片與盾尾之間的摩擦力F₄

F₄＝μGn

μ-----鋼與混凝土之間的摩擦系數為0.3

G------每環管片重量(KN)

n-------管片在盾尾內的環數

⑤后方臺車的牽引阻力F₅

F₅＝μG

μ-----鋼車輪與鋼軌之間的摩擦系數為0.15

G------每環管片重量(KN)

將各部分推力相加得到總推力F≈F₁+F₂+F₃+F₄+F₅

(3)區域油壓糾偏方法

①在小半徑轉彎施工時，盾構機以左右糾偏為主，應先調整左、右區千斤頂的油壓，并根據千斤頂壓力換算出推力；

②左、右區千斤頂壓力設置完成后，對上、下區千斤頂壓力進行設置，結合左、右區的推力計算，利用總推力減去左、右區推力后，得到上、下區需設定的理論推力，滿足推動盾構機的條件；

(4)停千斤頂糾偏方法

當盾構機總推力繼續增大后，通過區域油壓調節時如若部分分區壓力小于5Mpa，無法滿足總推力的要求，此時暫停部分千斤頂，其余千斤頂壓力全部釋放的方式進行糾偏；

(5)管片貼片計算

第一步，分析設計軸線與盾構機的相對位置關系，通過每一環的盾構姿態測量數據來計算：

設計軸線與盾構機夾角X‰＝(切口左右偏差-盾尾左右偏差)/盾構機長度

第二步，分析盾構機與管片的相對位置關系，通過左、右千斤頂推進時的行程差進行計算：

盾構機與管片夾角Y‰＝行程差/管片直徑

第三步，計算設計軸線與管片的相對位置關系：

設計軸線與管片夾角Z‰＝X‰+Y‰

通過在管片上貼片使端面成為楔形來減小設計軸線與管片間的夾角，每環糾偏角度(‰)＝貼片厚度/管片直徑，通過分析設計軸線與管片的夾角以及貼片后每環糾偏角度，確定管片糾偏貼片方式。