一种不整合面地层盾构掘进施工纠偏方法

摘要

本发明涉及隧道盾构施工技术领域，具体为一种不整合面地层盾构掘进施工纠偏方法，解决现有方法不易纠偏、工期长、影响正常交通等难题，包括加大盾构开挖直径；当盾构姿态偏差超过5cm时，从盾体偏移一侧中盾径向注浆孔注入带有分散剂的高压水；当盾体偏移10cm时，在开挖面刀盘偏移反方向修建洞室，在盾构偏移一侧盾尾后增加辅助油缸，启动掘进油缸恢复掘进，每掘进30cm时在盾构偏移一侧中盾径向注浆孔注入聚氨酯。提高了盾构姿态纠偏的灵活度，减少盾构姿态偏移的速率，采用在盾构偏移反方向修筑洞室，提供了纠偏空间，利用中盾径向注浆孔注入聚氨酯实现强行纠偏，具有工艺简单、施工工序控制灵活、技术先进等优点，取得良好的经济效益和社会效益。

说明书

技术领域

    本发明涉及隧道盾构施工技术领域，具体为一种不整合面地层盾构掘进施工纠偏方法。

背景技术

随着地铁轨道交通呈现快速发展的趋势，区间隧道采用盾构施工的比例已超过90%，然而，在先后沉积的地层之间缺失了某一时期的复杂地层中，造成上部地层时代的不连续，上下地层之间存在不整合面，不整合面与隧道存在一定夹角和上下地层强度差别大导致盾构姿态很难控制，无论怎么控制，掘进中盾构姿态还是沿不整合面偏移。

在施工中，由于不整合面地层特殊性，无论采用目前何种纠偏措施，盾构姿态偏移还是超过规范，采用常规纠偏无法实现纠偏，在国内，广州、深圳地铁就因为盾构无法实现纠偏，最终造成偏移，成型盾构隧道改为明挖。最终由于偏移隧道重挖，延长了施工工期，影响地铁开通一年以上，而且占有道路造成交通拥堵。目前现有施工技术无法解决不整合面盾构掘进纠偏的技术难题，给盾构施工造成一定难度，也给地铁修建筹划带来麻烦，因此，不整合面地层盾构纠偏施工技术迫在眉睫。

发明内容

本发明为了解决不整合面地层盾构采用现有方法不易纠偏、改为矿山法施工又存在工期长、影响正常交通等难题，提供一种不整合面地层盾构掘进施工纠偏方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种不整合面地层盾构掘进施工纠偏方法，包括以下步骤：

步骤一、加大盾构开挖直径

A、提前加工19＂的周边滚刀；B、当盾构掘进到不整合面地层前停机，开仓并把刀盘所有17＂周边滚刀更换成19＂的周边滚刀；C、关闭仓门后采用低转速方式恢复盾构掘进，盾构采用土压平衡模式掘进，掘进速度控制在1cm/min～2cm/min，刀盘转数控制在1～1.2r/min；                                            

步骤二：注浆掘进纠偏

A、径向注浆孔的设置：盾构掘进时利用中盾与尾盾之间盾构铰接油缸进行纠偏，在中盾四周均匀布设8个径向注浆孔，实现8个方向注浆；B、注浆位置的选择：根据盾构导向系统测量数据和人工复核确定盾构姿态偏移方向，径向注浆位置选择盾构偏移一侧的方向；C、实施注浆：当盾构姿态偏差超过5cm时，降低掘进速度，改变刀盘转向方向，从盾体偏移一侧中盾径向注浆孔连续注入带有分散剂的高压水，压力控制在0.4～0.6MPa；

步骤三、人工修建纠偏洞室进行超限纠偏

A、当盾体偏移10cm时，利用敞开掘进模式清空开挖仓后立即停止掘进，在刀盘条幅上焊接操作平台，同时在仓外安设空压机，把高压风接入仓内与风镐连接好；B、采用风镐在开挖面刀盘偏移反方向修建纠偏洞室，使纠偏洞室开挖面与刀盘之间形成夹角α，夹角α的大小为30°以上；C、纠偏洞室修好后关闭土仓，在盾构偏移一侧盾尾后增加辅助油缸并支撑在管片上，启动掘进油缸恢复掘进，每掘进30cm时在盾构偏移一侧中盾径向注浆孔注入聚氨酯，利用聚氨酯遇水膨胀产生的力对盾体进行挤压纠偏；D、通过人工复测，当盾构掘进完1.5m时，如果盾构姿态还超出规范，持续修建洞室纠偏，直到盾构姿态调整在允许范围内为止。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、通过把传统17＂的周边滚刀更换为19＂的滚刀，加大了盾构开挖直径，大大地提高了盾构姿态纠偏的灵活度，杜绝了盾构一进入不整合地层就向一个方向偏移；

2、从盾体偏移一侧中盾径向注浆孔注入带有分散剂的高压水，不仅减少刀盘上和盾壳上的泥饼，同时减少铰接油缸纠偏压力差，而且还大大地减少盾构姿态偏移的速率；

3、采用在盾构偏移反方向修筑纠偏洞室，提供了纠偏空间，利用中盾上径向注浆孔注入聚氨酯实现强行纠偏，确保盾构姿态在设计允许范围内，杜绝盾构隧道改为矿山法风险；

总之，采用本发明所述的不整合面地层盾构掘进施工纠偏方法，首先通过更换刀具增加开挖直径来提高纠偏灵活度，然后采用在盾体径向注浆孔注入带有分散剂的高压水，减少盾构在不整合面地层偏移速率，最后通过修筑纠偏洞室提供纠偏空间和利用盾构上径向注浆孔注入聚氨酯实现强行纠偏。实现了盾构在不整合面地层连续掘进，杜绝了盾构掘进停机改为矿山法的风险，具有工艺简单、施工工序控制灵活、技术先进等优点，采用该技术成功地完成了长沙地铁1号线中信广场站到大托站区间斜层岩纠偏施工，填补了我国不整合面地层盾构掘进施工纠偏技术空白，取得了良好的经济效益和社会效益。本方法适用不整合地层盾构掘进工程，也适合于软硬不均地层。

附图说明

图1为本发明的纠偏施工示意图；

图中：1-刀盘；2-周边滚刀；3-径向注浆孔；4-中盾；5-尾盾；6-铰接油缸；7-纠偏洞室；8-辅助油缸；9-管片；10-掘进油缸。

具体实施方式

一种不整合面地层盾构掘进施工纠偏方法，其特征是包括以下步骤：

步骤一、加大盾构开挖直径

A、提前加工19＂的滚刀；

B、当盾构掘进到不整合面地层时，选择盾构姿态较好、地下水较小的位置停机，清空开挖仓的土，然后慢慢降压开仓，并向仓内进行通风，并把刀盘1所有17＂周边滚刀更换成19＂的周边滚刀2，加大开挖直径，确保开挖直径比原来设计大2cm，增加盾构姿态调整灵活性；

C、关闭仓门后采用低转速方式恢复盾构掘进，由于不整合面存在，导致刀盘推力与开挖面不垂直，因此，为了减少盾构姿态突变，盾构采用土压平衡模式掘进，掘进时，充分利用铰接油缸使刀盘尽量与不整合面垂直，行程差控制在5cm以内，该地层容易导致盾构姿态偏差，掘进速度采用低速掘进，控制在1cm/min～2cm/min，采用小转数、低扭矩进行施工，刀盘转数控制在1～1.2r/min；

步骤二：注浆掘进纠偏

A、径向注浆孔3的设置：盾构掘进时利用中盾4与尾盾5之间盾构铰接油缸6进行纠偏，在中盾四周均匀布设8个径向注浆孔，实现8个方向注浆；

B、注浆位置的选择：根据盾构导向系统测量数据和人工复核确定盾构姿态偏移方向，径向注浆位置选择盾构偏移一侧的方向；

C、实施注浆：当盾构姿态偏差超过5cm时，降低掘进速度，改变刀盘转向方向，从盾体偏移一侧中盾径向注浆孔连续注入带有分散剂的高压水，压力控制在0.4～0.6Mpa，使分散剂去除盾体上泥饼和刀盘上泥饼，同时让连续注入高压水对盾体产生挤压力进行辅助纠偏

步骤三、人工修建纠偏洞室进行超限纠偏

A、当盾体偏移10cm时，利用敞开掘进模式清空开挖仓后立即停止掘进，在刀盘条幅上焊接辅助支点，搭设隧道施工走道板作为操作平台，同时在盾构人闸位置安设一个2m³可移动空压机，把高压风管接入开挖仓内，与风镐连接好；

B、采用风镐在开挖面刀盘偏移反方向修建纠偏洞室7，用风镐破除影响盾构姿态的不整合面地层，使纠偏洞室开挖面与刀盘之间形成夹角α，夹角α的大小为30°以上；

C、纠偏洞室修好后，清除仓内大于25cm的块石，关闭土仓，在盾构偏移一侧盾尾后增加辅助油缸8并支撑在管片9上，启动辅助油缸使其顶在盾尾后部管片上，然后启动盾构油缸进行掘进，采用敞开式掘进。每掘进30cm时在盾构偏移一侧中盾径向注浆孔注入聚氨酯，利用聚氨酯遇水膨胀产生的力对盾体进行挤压纠偏，由于盾体与开挖面存在空隙，如果注浆包裹  盾体会造成停机，采用聚氨酯材料注浆具有遇水膨胀，对盾体有挤压作用，刚好对盾构姿态纠偏提供作用力，而且聚氨酯固结体有弹性，不会抱死盾体，因此，注浆材料选择聚氨酯。

 D、通过人工复测，在掘进中派专人负责盾构导向系统记录，而且每环进行人工复测，当盾构掘进完1.5m时，如果盾构姿态还超出规范，停止掘进，持续修建纠偏洞室纠偏，直到盾构姿态调整在允许范围内为止。

工程实例：

长沙地铁1号线10标中信广场站到大托站区间接收段有50米岩层为不整合地层，左线盾构掘进时姿顺着斜层偏移，采用常规方法偏移趋势愈来愈严重。采用更换周边开挖刀后偏移趋势有所减小，但无法纠偏。采用在盾体偏移一侧中盾径向注浆孔内连续注入带有分散剂的高压水，能实现遏制住盾体姿态，但偏移量无法减少，通过停机修建纠偏洞室，实现盾构纠偏，减少了盾构停机改为矿山法的局面，实现盾构接续掘进完成区间施工任务。证明该技术先进、具有创新性。

右线同样采用该技术实现盾构姿态纠偏，保证了成型隧道轴线在允许范围内，充分证明本发明所述的不整合地层盾构掘进施工纠偏方法施工灵活，适用性强。

效益分析

1、工期效益

采用该技术确保盾构顺利掘进，避免停机改为矿山法或明挖施工，确保盾构隧道施工工期。

2、经济效益

该地段离盾构接收有50米，采用该技术避免盾构改矿山法施工，节约资金： 50m×20000元/m×2(左右线)=200万；

3、社会效益

采用该技术确保盾构顺利纠偏，绝了盾构改为矿山法的风险，保证成型隧道在规范范围内，保证今后开通速度，得到了长沙市轨道交通集团公司及广州轨道建设监理公司的好评和赞扬，取得了良好的社会效益。

4、 环境节能效益

采用该技术避免盾构法改矿山法施工，大大节约矿山法施工钢材、水泥、砂子的使用。