專利名稱：雙圓盾構穿越軟土地層的地面變形控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種隧道工程技術領域的施工方法，尤其是一種雙圓盾構穿越軟土地層的地面變形控制方法。
背景技術：
隨著城市市政建設和軌道交通的飛速發(fā)展，地下空間的不斷開發(fā)利用，有效、可發(fā)展的地下資源在大量縮減，并逐步開始制約和限制城市的規(guī)劃發(fā)展。為此，對地下空間的開發(fā)利用提出了更高的要求，特別在遇兩側(cè)障礙物間距較小等特殊工況時無法采用傳統(tǒng)的單圓型盾構進行上下行線的設計施工，如何進行工藝改進，更合理有效地布置隧道斷面，在進行工程建設的同時節(jié)約地下資源、保護環(huán)境是目前面臨的重要課題。雙圓隧道由于其有效節(jié)約地下空間資源，減少對周邊環(huán)境的影響、降低工程造價等獨到的優(yōu)勢已逐漸在地鐵、市政、能源等工程建設中得到廣泛的應用。
經(jīng)對現(xiàn)有技術的公開文獻檢索發(fā)現(xiàn)，日本刊物隧道和地下，撰搞者石原俊造等2人，論文名稱為DOT盾構的姿態(tài)控制和近距離施工，出版年月2003年7月，pp551～559。該文介紹了對盾構推進過程中的土壓力管理、添加劑管理、盾尾注漿管理、出土量管理以及盾構姿態(tài)控制等主要施工工藝和方法進行了總結，并提出了盾構參數(shù)控制的管理值。然而這些施工管理技術僅適用于盾構穿越的土層為N值50以上的硬質(zhì)土層，并不適用于穿越淤泥質(zhì)等軟土地質(zhì)條件，更無法滿足在外載作用下容易產(chǎn)生流塑和土體穩(wěn)定性極差的條件下的設計要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足和缺陷，提供一種雙圓盾構穿越軟土地層的地面變形控制方法。使其利用土壓平衡盾構的基本原理，通過布置在盾構機前左右兩個刀盤進行土體切削，最后通過左右螺旋機向外排土，實現(xiàn)一次掘進完成兩條隧道的施工任務。通過控制土壓力、注漿量、推進速度、出土量及各種改良劑等施工參數(shù)來保證盾構推進區(qū)域土層的穩(wěn)定。
本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)的本發(fā)明的方法如下①通過控制和調(diào)整盾構土壓艙內(nèi)切削土體的壓力和盾構開挖面前水土壓力的相對平衡，同時根據(jù)需要在開挖土體內(nèi)注入改良劑，保證開挖面土體的穩(wěn)定；②通過控制同步注漿量及漿液質(zhì)量保證盾尾地層穩(wěn)定；③通過利用盾構中心頂部的注漿孔及時填充潤滑材料保證盾構背上土層的穩(wěn)定；④補壓注漿控制土層的后期變形。
同時配合相應的地面變形監(jiān)測以便直接調(diào)整各項推進參數(shù)從而最終有效地控制盾構推進區(qū)域地層和地面變形。
在步驟①中，事先根據(jù)地質(zhì)資料計算盾構中心的靜止水土壓力，一般取靜止水土壓力的0.8～1.0倍。根據(jù)輻條式刀盤在旋轉(zhuǎn)過程中對周邊土體擾動較大的特點，在盾構掘進過程中需不斷根據(jù)排土情況對正面土體進行改良，改良劑采用膨潤土和水的混合物，膨潤土與水的配合比為1∶4以提高切削土體的塑流性能，減少刀盤扭矩。
在步驟②中，注漿量為建筑空隙的180％-250％左右，所采用的水泥∶膨潤土∶水∶水玻璃的漿液配合比300Kg∶75Kg∶830Kg∶80-125Kg。
注漿壓力不超過靜止水土壓力，針對雙圓盾構穿越軟土所用漿液為雙液漿，其和易性好、泌水性小，且具有一定的強度。根據(jù)現(xiàn)場雙液漿小樣的質(zhì)量情況，在配比范圍內(nèi)調(diào)整水玻璃的含量以達到控制地面變形的需要。
在步驟③中，利用盾構中心頂部的注漿孔及時填充膨潤土、CMC和水的混合物作為潤滑材料，減少凹槽處的背土現(xiàn)象。
由于雙圓盾構本身的構造特征，盾構上部中間存在凹槽容易產(chǎn)生背土現(xiàn)象，為了阻止盾構背土對地面變形的影響，利用盾構中心頂部的注漿孔及時填充潤滑材料(膨潤土、CMC及水的混合物)，減少凹槽處的背土現(xiàn)象。
在步驟④中，通過壁后注漿設備壁后補壓注漿控制土層的后期變形。
由于盾構在不同性質(zhì)的土層中推進時，其推進速度必須和其它推進參數(shù)如同步注漿、螺旋機參數(shù)等相匹配，雙圓盾構在軟土中推進以2-3cm/min為宜。在施工中尚需不斷根據(jù)實測地層變形情況對上述參數(shù)進行調(diào)整。
本發(fā)明適用于淤泥質(zhì)粘土、粘土、砂性土、粉砂土，解決了原工藝的不足和缺陷。通過合理調(diào)整各項施工參數(shù)，確保了雙圓隧道周邊環(huán)境的安全。本發(fā)明適用于同類工況，為雙圓盾構法在軟土中施工提供了一項重要的技術保證。
具體實施例方式
以某雙圓盾構隧道施工為例，區(qū)間隧道全長866米，隧道斷面外尺寸6300mm×W10900mm(外徑×寬度)、內(nèi)尺寸5700mm×W10300mm(內(nèi)徑×寬度)，雙線中心間距4600mm；隧道覆土深度為5~12米，隧道最小平面曲率半徑R＝495米，隧道最大縱坡為28‰，隧道穿越土層為砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土、淤泥質(zhì)粘土。
在整個施工過程中，整套控制系統(tǒng)以土壓平衡為工作原理，通過兩個刀盤對正面土體的切削，并不斷調(diào)整掘進速度和螺旋機轉(zhuǎn)速來控制土倉內(nèi)土體壓力，以維持正面土體的穩(wěn)定。
具體的控制項目和內(nèi)容如下1、土壓力的控制根據(jù)雙圓盾構輻條式刀盤的機理特性，雙圓盾構土倉內(nèi)土體與正面地層基本呈直接溝通狀態(tài)，故盾構正面設定土壓與盾構切口地層變形關系更直接、反應更靈敏、更迅速，為此，土壓管理對于雙圓盾構掘進則顯得尤為重要。
在實際頂進中，根據(jù)覆土深度、地質(zhì)情況、地面變形監(jiān)測等各方面情況來調(diào)整土壓力值，一般取靜止水土壓力的0.8～1.0倍確保正面土體的穩(wěn)定。
根據(jù)土質(zhì)情況，進行土體改良，改良劑采用膨潤土和水的混合物，兩者的配合比為1∶4(膨潤土∶水)以提高切削土體的塑流性能，減少刀盤扭矩；2、同步注漿量管理雙圓盾構的同步注漿工藝與傳統(tǒng)的單圓盾構存在很大不同，僅在盾構上下海鷗塊凹槽處有上、下二點同步注漿。故在施工中需對漿液質(zhì)量、注降量、注漿壓力進行嚴格管理。
為有效控制地面變形和隧道上浮，注漿量的分配一般以上部70％、下部30％為宜，注漿總量控制在180％~250％時最佳。
準備壁后注漿系統(tǒng)以備用，以便對盾尾區(qū)域地面后期變形進行補壓漿。
3、利用盾構中心頂部的注漿孔及時填充潤滑材料(膨潤土、CMC及水的混合物)，減少凹槽處的背土現(xiàn)象；4、在盾構穿越淤泥質(zhì)粘土時，推進速度控制在3~4cm/min時與其它施工參數(shù)如同步注漿、螺旋機參數(shù)等相匹配；在盾構穿越砂質(zhì)粉土和粉質(zhì)粘土時，推進速度控制在2~3cm/min為宜。
5、設置有效的地面變形監(jiān)測點，及時進行地面變形的監(jiān)測并同步反饋至盾構控制室，以便及時進行施工參數(shù)的調(diào)整。
整個工程運用雙圓盾構工藝創(chuàng)出了平均日掘進6米/天，單天最高日掘進量12米的嘉績，穩(wěn)定地控制了雙圓隧道盾構推進區(qū)域的地面變形，并成功穿越了眾多的地下管線及建構筑物。
權利要求
1.一種雙圓盾構穿越軟土地層的地面變形控制方法，其特征在于，具體如下①通過控制和調(diào)整盾構土壓艙內(nèi)切削土體的壓力和盾構開挖面前水土壓力的相對平衡，同時根據(jù)需要在開挖土體內(nèi)注入改良劑，保證開挖面土體的穩(wěn)定；②通過控制同步注漿量及漿液質(zhì)量保證盾尾地層穩(wěn)定；③通過利用盾構中心頂部的注漿孔及時填充潤滑材料保證盾構背上土層的穩(wěn)定；④補壓注漿控制土層的后期變形。
2.根據(jù)權利要求1所述的雙圓盾構穿越軟土地層的地面變形控制方法，其特征是，在步驟①中，事先根據(jù)地質(zhì)資料計算盾構中心的靜止水土壓力，取靜止水土壓力的0.8～1.0倍。
3.根據(jù)權利要求1所述的雙圓盾構穿越軟土地層的地面變形控制方法，其特征是，在步驟①中，改良劑采用膨潤土和水的混合物，膨潤土與水的配合比為1∶4以提高切削土體的塑流性能，減少刀盤扭矩。
4.根據(jù)權利要求1所述的雙圓盾構穿越軟土地層的地面變形控制方法，其特征是，在步驟②中，注漿量為建筑空隙的180％-250％左右，所采用的水泥∶膨潤土∶水∶水玻璃的漿液配合比300Kg∶75Kg∶830Kg∶80-125Kg。
5.根據(jù)權利要求1所述的雙圓盾構穿越軟土地層的地面變形控制方法，其特征是，在步驟③中，利用盾構中心頂部的注漿孔及時填充膨潤土、CMC和水的混合物作為潤滑材料，減少凹槽處的背土現(xiàn)象。
6.根據(jù)權利要求1所述的雙圓盾構穿越軟土地層的地面變形控制方法，其特征是，在步驟④中，通過壁后注漿設備壁后補壓注漿控制土層的后期變形。
全文摘要
一種雙圓盾構穿越軟土地層的地面變形控制方法。具體如下通過控制和調(diào)整盾構土壓艙內(nèi)切削土體的壓力和盾構開挖面前水土壓力的相對平衡，同時根據(jù)需要在開挖土體內(nèi)注入改良劑，保證開挖面土體的穩(wěn)定；通過控制同步注漿量及漿液質(zhì)量保證盾尾地層穩(wěn)定；通過利用盾構中心頂部的注漿孔及時填充潤滑材料保證盾構背上土層的穩(wěn)定；補壓注漿控制土層的后期變形。本發(fā)明適用于淤泥質(zhì)粘土、粘土、砂性土、粉砂土，解決了原工藝的不足和缺陷。通過合理調(diào)整各項施工參數(shù)，確保了雙圓隧道周邊環(huán)境的安全。本發(fā)明適用于同類工況，為雙圓盾構法在軟土中施工提供了一項重要的技術保證。
文檔編號E21D9/04GK1614196SQ20041006714
公開日2005年5月11日 申請日期2004年10月14日 優(yōu)先權日2004年10月14日
發(fā)明者周文波, 顧春華, 吳惠明, 張連凱, 孫朝策 申請人:上海隧道工程股份有限公司