[發明專利]臨近江河強透水地層大直徑泥水盾構安全始發施工工法

在審

• 申請號: 201810389623.0
• 申請日: 2018-04-27
• 公開（公告）號: CN108678756A
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 高原
• 申請（專利權）人: 青島新華友建工集團股份有限公司
• 主分類號: E21D9/06
• 分類號: E21D9/06;E21D11/38;E21D9/00;E21F16/02
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1.臨近江河強透水地層大直徑泥水盾構安全始發施工工法，其特征在于，包括下列步驟：

（一）始發基座及反力架結構施工

始發基座采用現澆鋼筋砼結構，始發基座為弧形結構分盾尾基座和盾體基座兩部分，基座縱向平行盾構中心線；盾構機殼體與基座之間有10cm的空隙，用于焊接導軌；基座縱向預埋300*300H型鋼，上部與100*100方鋼焊接，縱向每隔10cm設置一道加勁肋，焊縫高度不小于8mm；方鋼作為盾構機殼滑行的軌道；施工始發井底板時預埋插筋，將始發基座和底板連接成一個整體，使基座在始發時抗剪力更大；

盾尾基座長13.55m，寬5.4m，縱向對稱布置四條盾構機滑行軌道，與盾構機中心線夾角分別為41.4°，81.3°；基座南北兩側各布置5道500mm厚混凝土墻支撐盾構始發基座；縱向預留兩道溝槽，溝槽為盾構組裝焊接提供操作空間,預留溝槽寬度1m；

盾構前體、中體基座長13.1m，寬9.5m，縱向對稱布置四條盾構機滑行軌道，與盾構機中心線夾角分別為41.4°，88.15°；盾體兩側的基座施工時各預埋一根工字鋼；當盾構機掘進時，由于刀盤切削土體，引起一個反作用力，使得盾體可能發生扭轉，因此在盾體上焊機鋼構件，鋼構件另一端抵住基座兩側預埋的工字鋼；

兩基座之間橫向預留一道溝槽，寬度1.1m，為盾構組裝焊接提供操作空間；縱向溝槽、橫向溝槽之間架設50b工字鋼支撐，工字鋼兩端與兩塊600*600*20mm混凝土基座預埋鋼板焊接；兩基座之間橫向一道預留溝槽，溝槽寬度1.1m，此外，在始發基座上端預埋300*300抗扭工字鋼；縱向溝槽、橫向溝槽之間架設50b工字鋼支撐，工字鋼兩端與兩塊600*600*20mm混凝土基座預埋鋼板焊接；

為便于盾構始發及抵消盾構機始發后栽頭，在始發基座施工中將結構頂面調整；具體調整尺寸為依照盾構設計中心線，始發洞門處始發基座處抬高20mm，以此點向大里程方向延伸一個盾構機長度（14.307m）處不抬高（按設計值）；以此兩點成直線控制其它部位調整尺寸，在盾構機始發完全接觸連續墻后，盾構機刀盤處理論抬高25mm；

反力架采用鋼反力架，由門架和鋼環兩大部分組成，門架由箱形結構兩橫梁和兩豎梁組焊門形結構，其厚度為1800mm；鋼環由環形上、下蓋板和腹板組焊成工字形結構，內徑11.10m，外徑12.1m，厚度為1000mm，反力架總厚度2800mm；反力架后面架設6根直徑800 mm鋼管，用于輔助支撐；所用材料主要采用Q345B 高強鋼；在-8環安裝完畢后，-8環與反力架之間900cm空隙使用Φ350mm壁厚20mm鋼管進行連接；主要為盾構始發提供牢固的受力支撐，使盾構千斤頂有足夠的反向力推動盾構機前進；

（二）始發地基加固

為保證盾構機安全順利始發，對始發井端頭采用素墻+攪拌樁+高壓旋噴樁處理進行地基加固；同時為保證盾構始發安全，在加固區內外打設8口應急深井點，作為盾構始發的應急措施，一旦出現涌水等險情立即啟動；

⑴地基加固范圍和形式

盾構始發之前應對工作井端頭土體進行加固；

旋噴樁和攪拌樁施工參數根據實際地質情況現場試驗確定，以加固后的地基滿足設計要求為原則；攪拌樁的水泥摻入量應在施工前根據地層類型進行摻入量的強度及其他參數的對比試驗；攪拌樁水泥摻入量不低于20%，攪拌樁空樁水泥摻入量取7％，采用42.5級普通硅酸鹽水泥；旋噴樁每米水泥用量建議值取250Kg/m；旋噴樁加固與車站圍護搭接應不小于300mm，保證加固體咬合，若與車站圍護接縫的密實性效果不好，可考慮增大搭接和補充注漿；經加固的土體應有很好的均質性、自立性，無側限抗壓強度不小于1.0MPa，滲透系數小于10^-7/cm/sec；

端墻圍護結構開洞前，先施作水平探孔，檢驗端頭土體加固效果，要求部分探孔僅有滴水，水中無泥砂，且24小時內的滲水總量不大于5L；如有漏水或抗滲達不到設計效果,應及時通知業主、設計、監理分析原因并做出相應的補救措施；水平探孔不小于5個，分布在主體結構預留孔洞的上下和左右象限點及中心點，水平探孔長度不小于3m；

盾構始發端頭采用素墻+攪拌樁+高壓旋噴樁補縫加固，加固范圍為寬度為盾構隧道兩側各5m，加固深度至拱底5m，長度為沿盾構掘進方向縱向15m；加固體寬22.1m×長度15m×深度32.1m，其中加固深度自地表至隧道拱頂以上5m為加固一區，隧道拱頂以上5m至仰拱以下5m為加固二區；

⑵地基加固指標

加固一區的水泥摻入量為7%,加固二區的水泥摻入量為20%，采用P42.5級普通硅酸鹽水泥；加固一區的強度不低于原狀土的強度，加固二區土體加固強度指標：無側限抗壓強度qu≥1MPa，滲透系數≤1×10^-7cm/s,同時確保加固土體的均勻性，密封性和自立性；

為準確檢驗加固區的加固和防水效果，增加加固區取芯的數量，對加固體的均勻性、強度和抗滲性能等指標進行觀察和檢測；取芯深度定為31m,取芯后的空洞采用注漿封堵；

（三）應急降水井布置

在加固區兩側各布置8口降水井，降水井間距5m/口，井深45m，井管采用Φ325鋼管，濾管長度10m；

降水井的施工及抽排水時間根據地質條件及加固條件和降水井的抽水試驗結合進行，但需保證洞門破除前加固區內地下水位降至盾構洞門底部以下2m以上；

（四）洞門密封及橡膠簾布安裝

（1）洞門密封環

盾構機工作井洞門預埋鋼環設計為寬度800mm的圓環板結構，鋼環內側面直徑13m；密封鋼環由封板、加勁板、圓環板、翻板、兩道簾布橡膠板和兩道密封鋼絲刷組成；密封環整環環面與盾構機設計軸線垂直，封板內側設置加勁板；

鋼環豎直埋設于主體結構內，鋼環外側設置錨筋埋入主體結構中；密封鋼環分別設計1道φ50注漿管用于橡膠簾布堵漏；沿圓環均勻布置共24處，用于洞門內側土體加固注漿；預埋管均沿圓周均勻布設，并與鋼環內側面連通，用于盾構始發過程中注漿、注油脂的需要；

（2）洞門密封環安裝

密封鋼環按照設計線路洞門位置進行安裝；安裝時在預埋洞門環法蘭面上測量定位密封鋼環分塊線，并作出標識；密封鋼環擬設計4塊分別吊裝，現場采用25t吊車吊裝，配合人工進行分塊吊裝焊接在洞門法蘭面上；密封鋼環要求安裝牢固、止水，采用雙面焊接，并且通過內外側加勁板將密封環牢牢固定于預埋洞門環上；

（3）橡膠簾布、壓板的安裝

在密封鋼環圓環板上設置螺栓孔，采用M20螺栓將簾布橡膠板固定于圓環板和密封環鋼板之間；圓環板位于封板內側，通過螺栓分四塊固定在洞門密封環鋼板上；圓環板與翻板通過銷軸連接，兩道翻板間凈空寬度45cm，翻板作為簾布橡膠密封的剛性支撐；

盾構始發前先將密封環焊接在預埋洞門鋼環的法蘭面上，在破除完洞門后，將橡膠簾布和圓環板通過螺栓固定在密封環鋼板上，最后將鋼折板通過轉銷連接到圓環板上；

在兩道簾布內層，安裝一層1mm厚的彈簧鋼板用于支頂簾布位于直立狀態；

（4）洞門破除施工

端頭土體水位按設計要求降至拱底以下2m進行洞門破除；

洞門范圍內的連續墻墻厚1200mm，分兩次進行鑿除；第一次鑿除安排在刀盤下井后進行，破除外側混凝土90cm，剝除地連墻內層鋼筋；第二次鑿除鑿除安排在盾構機-6環管片拼裝完成后，盾構始發前移前兩天完成混凝土鑿除和清碴工作，鑿除混凝土厚度30cm；保證盾構始發前完成所有鑿除及清理工作，且掌子面裸露時間不超過兩天；

鑿除混凝土搭設鋼管支架，支架采用Φ48無縫鋼管，間距90×90cm，層高90cm，縱向搭設三排；鋼管之間使用扣件連接，支架外側拉設密目防護網；在始發基座前方與洞門密封環之間搭設清碴作業平臺，鑿除下的混凝土碴使用吊斗由吊機吊運出基坑；

始發軸線確定、負環排布；

負環拼裝

正環起始里程為右CK12+949.653，始發時從反力架到正環共需要8環負環，負環采用鋼筋混凝土管環；

（五）始發建倉

建倉時分三步進行：

第一步將泥漿場準備好的漿液打入開挖面中，保持開挖倉泥漿液面保持在中線以上3米；

第二步對氣壓倉進行緩慢加壓，每次加壓不高于0.1bar，將洞門密封環上的注漿孔打開排掉空氣，同時盾構機內注意查看前后倉內的液位顯示；當最上方的注漿孔開始噴出泥漿時，將該注漿孔的閥門關閉；這時，檢查氣泡倉內液位，若液位在中心線-0.5m- +0.5m之間，不需調整，若在此范圍之外，啟動泥漿循環系統，微調液位至該范圍，此時切口壓力顯示為0；

第三步，提升氣泡倉內氣壓至2.6bar，并保持2.6bar壓力15分鐘；觀察有無泄漏等異常，若有，采取堵漏措施；若無，緩慢降低氣壓，直至將切口壓力緩慢調成0bar；

進行以上三步時，觀察洞門密封情況，及時堵漏；如發生小規模滲漏可采用棉布、棉紗、沙袋、聚氨酯、盾尾密封油脂等材料進行正面封堵，并適當增加泥漿和高分子堵漏漿液的粘度；如發生較大滲漏需立即停止加注泥漿，查明原因處理完畢后方可繼續注入泥漿；

建倉的同時向橡膠簾布間、簾布和第二道密封刷之間預埋管注入堵漏材料，在第一道密封刷和第二道密封刷之間注入密封油脂；

（六）洞門二次密封

橡膠簾布密封堵漏:

建倉前，提前在橡膠簾布間注入堵漏材料，泥水建倉過程中根據橡膠簾布漏水情況在滲漏點附近通過在密封環上的油脂注入孔（在第一道簾布與第二道簾布密封之間）加注添加有NSHS-2型的泥漿封堵簾布橡膠與盾體之間的空隙；

堵漏劑NSHS-2材料擬采用活塞式注漿泵進行注入；

洞門二次密封:

盾構機向前掘進，待盾尾最后一道鋼絲刷完全進入密封環內后，此時在密封環處安裝的為零環管片，設計零環管片外側面一邊預埋500mm寬的鋼板，預埋鋼板厚度10mm；待盾構機盾尾完全穿過密封板后，用20mm厚密封鋼板將圓環板邊緣與0環管片外側的預埋鋼板焊接，形成二次密封，確保盾構泥水壓力平衡，提高密封效果，以保證盾構同步注漿的順利實施；二次密封焊縫高度10mm，要求焊縫連續、不滲漏；二次密封用鋼板高出圓環板50mm，具體情況可根據圓環板與0環管片之間間隙進行調整；洞門二次密封完成，盾構始發工藝流程完成，盾構正式進入試掘進階段。