專利名稱：黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法
技術領域：
本發明涉及一種地鐵盾構施工方法，尤其是涉及一種黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法。
背景技術：
盾構法是現代隧道施工的一種全機械 化施工方法，其主要使用的機械設備為盾構機，分為土壓平衡盾構和泥水平衡盾構兩種類型，其中以土壓平衡盾構使用較多，盾構機在隧道掘進過程中通過刀具進行泥土切削和巖石破碎。土壓平衡盾構機是利用安裝在盾構最前面的全斷面切削刀盤，將正面土體切削下來進入刀盤后面的貯留密封艙(即土倉)內，并使艙內具有適當壓力與開挖面水土壓力平衡，以減少盾構推進對地層土體的擾動，從而控制地表沉降，在出土時由安裝在密封艙下部的螺旋運輸機向排土口連續的將土渣排出。螺旋運輸機是靠轉速控制來掌握出土量，出土量要密切配合刀盤切削速度，以保持密封艙內始終充滿泥土而又不致過于飽滿。這種盾構避免了局部氣壓盾構主要缺點，也省略了泥水加壓盾構投資較大的控制系統、泥水輸送系統和泥水處理等設備。現如今，在陜西、山西等黃土地質條件下進行地鐵隧道盾構施工時，國內外無資料可查找、借鑒。實際進行黃土地層盾構隧道施工時，主要存在以下技術問題1)黃土地層種類多，各類黃土性能差異較大，盾構機選型的適應性較難把握；2)在各類黃土中掘進模式的選擇、掘進參數的設定及添加材料的選擇、添加量的確定較難；3)盾構施工致使黃土地層變形的特點較難把握，尤其是濕陷性黃土在盾構施工工況下的反映及對地面沉降的變形規律及影響。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法，其施工方法步驟簡單、操作簡易、施工速度快且施工質量高，對環境干擾小，施工安全性高，能有效保證黃土地層地鐵隧道的順利施工。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是一種黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法，其特征在于該方法包括以下步驟步驟一、盾構掘進施工采用土壓平衡盾構機，由前至后對所施工地鐵隧道進行盾構掘進施工；盾構掘進施工過程中，嚴格控制盾構螺旋出土、盾尾密封以及同步注漿與二次注漿的施工質量；盾構掘進施工過程中，掘進速度不大于lOcm/min，所述土壓平衡盾構機在掘進中的推力不大于15000KN,且所述土壓平衡盾構機的土倉內部壓力維持在Ibar 2bar ;所述土壓平衡盾構機的刀盤為輻條面板型刀盤，刀盤開口率為40% 70%，且刀盤轉速不大于
I.5rpm ；盾構掘進施工完成一環且將所述土壓平衡盾構機推進的同時，進行同步注漿，且所用同步注漿漿液由水泥、粉煤灰、細砂、膨潤土和水均勻混配而成；所述同步注漿漿液的水膠比為0.75 0.92，膠砂比為0.5±0. 05，膨潤土與細砂的重量比為I : 18 I : 22，水泥與粉煤灰的重量比為I : 0.9 I : 3. I ;同步注漿過程中，注漿壓力為0. 2MPa 0. 3MPa，且盾構掘進一環的注漿量不小于2. 5m3，盾構管片環寬為I. 5m ；同步注漿結束后進行二次注漿時，所用二次注漿漿液為由水泥漿和水玻璃組成的雙液漿；且二次注漿過程中，注漿壓力為0. 3MPa 0. 6MPa ；步驟二、盾構管片拼裝施工步驟一中盾構掘進施工完成一環后，按照常規管片拼裝襯砌施工工藝進行盾構管片拼裝施工；不斷循環，直至完成所施工地鐵隧道的全部施工過程。上述黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法，其特征是步驟一中盾構掘進施工過程中，還需對所述土壓平衡盾構機各掘進位置所處 地層的地質進行預先勘測，并根據地質勘測結果，對當前掘進位置處所述土壓平衡盾構機的正面土體進行改良；當勘測到當前掘進位置處所處地層為新黃土、老黃土或古土壤地層時，采用所述刀盤對正面土體進行全斷面切削過程中，采用注水方式對正面土體進行改良，且盾構掘進一環的注水量為4m3 6m3;當勘測到當前掘進位置處所處地層為砂層、夾砂層或粉質粘土地層時，采用注入Na基膨潤土漿液的方式對正面土體進行改良，且盾構掘進一環的注漿量為4m3 Sm3 ;所述Na基膨潤土漿液由Na基膨潤土和水按照I : 10± I的質量比均勻配制而成。上述黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法，其特征是步驟一中進行同步注
漿時，根據公式G = AxIxCD2-d2)x/，計算盾構掘進一環的注漿量Q，式中入=1.5 2，D
為所述土壓平衡盾構機的開挖直徑，d為盾構管片外徑，I為盾構管片環寬且其為I. 5m ;之后，結合計算得出的理論注漿量Q和注漿率c，換算得出盾構掘進一環的實際注漿量，其中實際注漿量=c X Q，C=120% 180%。上述黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法，其特征是步驟一中盾構掘進施工過程中，還需對所述土壓平衡盾構機各掘進位置所處地層的地質進行預先勘測，并根據地質勘測結果，對當前掘進位置處所用同步注漿漿液的配比進行調整；當勘測到當前掘進位置處所處地層為新黃土、老黃土或古土壤地層時，所用同步注漿漿液的水膠比為0. 75 0.79，膠砂比為0.5±0. 05，膨潤土與細砂的重量比為I : 18 I : 22，水泥與粉煤灰的重量比為I : 2.9 I : 3. I;當勘測到當前掘進位置處所處地層為砂層、夾砂層或粉質粘土地層時，所用同步注漿漿液的水膠比為0. 84 0. 91，膠砂比為0. 5±0. 05，膨潤土與細砂的重量比為I : 18 I : 22，水泥與粉煤灰的重量比為I : 0.9 I : 2. I。上述黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法，其特征是步驟一中盾構掘進施工過程中，所述土壓平衡盾構機采用刀盤對正面土體進行全斷面切削，并將切削下來的土體送入所述土倉后，還需采用注水或注入所述Na基膨潤土漿液的方式對所述土倉內的土體進行改良處理以滿足盾構螺旋出土的需求；所述Na基膨潤土漿液由Na基膨潤土和水按照I : 10±1的質量比均勻配制而成。上述黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法，其特征是步驟一中盾構掘進施工過程中，還需進行地面沉降監測，且將地面沉降量控制在+IOmm -30mm范圍內。上述黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法，其特征是步驟一中盾構掘進施工過程中，當勘測到當前掘進位置處所處地層為新黃土、老黃土或古土壤地層時，所用同步注漿漿液的水膠比為0.77，膠砂比為0.5，膨潤土與細砂的重量比為I : 20，水泥與粉煤灰的重量比為I : 3;當勘測到當前掘進位置處所處地層為砂層、夾砂層或粉質粘土地層時，所用同步注漿漿液為同步注漿漿液一或同步注漿漿液二 ；所述同步注漿漿液一的水膠比為0.84 0.86，膠砂比為0.5±0. 02，膨潤土與細砂的重量比為I : 18 I : 22，水泥與粉煤灰的重量比為I : I. 9 I : 2. I ;所述同步注漿漿液二的水膠比為0. 89 0. 91，膠砂比為0.5±0. 02，膨潤土與細砂的重量比為I : 18 I : 22，水泥與粉煤灰的重量比為I 0. 9 I : I. I。上述黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法，其特征是步驟一中所述土壓平衡盾構機為小松土壓平衡盾構機；對當前掘進位置處所述土壓平衡盾構機的正面土體進行改良時，采用注漿設備且通過所述刀盤上所開的多 個注入口，注入水或所述Na基膨潤土漿液；對所述土倉內的土體進行改良處理時，采用注漿設備且通過與所述土倉內部相通的注A 口，注入水或所述Na基膨潤土漿液。上述黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法，其特征是步驟一中所述二次注漿漿液中，所述水泥漿由水泥、粉煤灰和水按照重量比為100 60±3 100±5的比例均勻混配而成，所述水泥漿與水玻璃之間的重量比為260 15 20。上述黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法，其特征是步驟一中盾構掘進施工過程中，所述土壓平衡盾構機的刀盤扭距小于3500KN m,掘進速度小于60mm/min,刀盤轉速為Irpm I. 5rpm,所述土壓平衡盾構機在掘進中的推力為10000KN 13000KN。本發明與現有技術相比具有以下優點 I、施工工藝步驟簡單、實現方便且投入成本低。2、所選用的小松土壓平衡式盾構機適宜在黃土等軟質地層中使用，開口率在40% 70%，采用輻條式面板，可不設滾刀等硬巖刀具，配置齒刀和刮刀為宜，可以有效解決盾構“泥餅”問題。3、盾構掘進過程中，盾構機的掘進參數以及同步注漿和二次注漿的注漿參數設計合理，并且實際調整方便，能有效保證所施工隧道的施工質量。4、通過對盾構機的掘進參數以及同步注漿和二次注漿的注漿參數進行調整，且加之對土倉內部進行實時監測，能簡便、有效地對地面沉降進行有效控制，可操作性非常強。5、所采用同步注漿漿液中各組分的配比設計合理，且實際進行同步注漿時，可根據所施工地層的地質特點，對同步注漿漿液的各組分配比進行相應調整，因而同步注漿效果非常好，能有效保證土體與盾構管片之間環形空隙的填充質量。6、所采用的二次注漿漿液中各組分配比設計合理，且注漿效果好。7、盾構掘進施工過程中，同步進行正面土體改良與土倉內部土體改良，并且土體改良方案設計合理，操作簡易且實現方便，能保證盾構掘進過程快速、有效進行。本發明所采用的技術方案，主要利用黃土垂直節理發育、黃土主要成分為粉質顆粒(粒徑0. 075 0. 05)，約占52%、粘粒含量不足25%和遇水濕陷以及多數情況下掘削土具有較好的塑流性等特點，土體改良以加水為主，適量添加鈉基膨潤土為宜。8、施工過程對周側環境影響小，具體體現在以下幾個方面1)出土量少，故周圍地層的沉降小，對周圍構造物的影響小；2)不影響地表交通；不影響商店營業，無經濟損失；無需切斷、搬遷地下管線等各種地下設施，故可節省搬遷費用；3)對周圍居民生活、出行影響小。9、無空氣、噪聲、振動等污染問題，施工不受地形、地貌、江河水域等地表環境條件的限制；地表占地面積小，故征地費用少；適于黃土地質條件下的地鐵隧道施工，相對而言施工成本低；施工不受天氣(風、雨……)條件限制，施工進度易于保證；挖土、出土量少，利于降低成本。10、適用范圍廣，適合于黃土地質條件下，地層主要由黃土、古土壤、粉質粘土及局部砂層等構成的地鐵隧道施工。綜上所述，本發明施工方法步驟簡 單、操作簡易且使用效果好、施工質量高，采用土壓平衡掘進模式，合理選擇掘進參數和注漿參數，可靠控制地面隆降等，確保了黃土地層地鐵隧道盾構施工的順利進行，施工速度快、對環境干擾小，施工質量得到保證，而且大大增強了施工安全性，有較好的社會效益和經濟性。下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
圖I為本發明的施工方法流程框圖。
具體實施例方式如圖I所示的一種黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法，其特征在于該方法包括以下步驟步驟一、盾構掘進施工采用土壓平衡盾構機，由前至后對所施工地鐵隧道進行盾構掘進施工。盾構掘進施工過程中，嚴格控制盾構螺旋出土、盾尾密封以及同步注漿與二次注漿的施工質量。盾構掘進施工過程中，掘進速度不大于lOcm/min，所述土壓平衡盾構機在掘進中的推力(指盾構機的總推力)不大于15000KN，且所述土壓平衡盾構機的土倉內部壓力維持在Ibar 2bar ;所述土壓平衡盾構機的刀盤為福條面板型刀盤,刀盤開口率為40% 70%,且刀盤轉速不大于I. 5rpm。本實施例中，所述土壓平衡盾構機為小松土壓平衡盾構機，具體為日本小松TM614PMX 土壓平衡盾構機。實際進行盾構機選型時，根據所施工地鐵隧道的斷面尺寸、長度、覆土厚度、地層狀況及環境條件等特點，進行選型。日本小松TM614PMX 土壓平衡盾構機適宜在粉質粘土、粉土、局部為粉砂、淤泥質粘土、粉砂、細砂等土層的掘進施工。該盾構機的掘進最小曲率半徑為150m,最大坡度為40%。,盾構機刀盤直徑為6. 14m,刀盤的結構為福條面板型(即刀盤為輻條式面板)，刀盤開口率達43%。盾構機盾尾間隙(指盾構機外殼的內壁與盾構管片外壁之間的間隙)為30mm,最大掘進速度為lOcm/min,最大推力為37740KN。實際施工時，步驟一中盾構掘進施工過程中，所述土壓平衡盾構機的刀盤扭距小于3500KN *m,掘進速度小于60mm/min,刀盤轉速為Irpm I. 5rpm,所述土壓平衡盾構機在掘進中的推力為10000KN 13000KN。本實施例中，實際施工時，所述土壓平衡盾構機的刀盤扭距為2500KN*m 3200KN m。施工過程中，還可以根據實際需要，對土壓平衡盾構機的刀盤扭距、掘進速度、刀盤轉速、推力等參數在上述范圍內進行相應調整。盾構施工國策很難過中，隨著所述土壓平衡盾構機向前推進，且當盾構管片脫離所述土壓平衡盾構機的盾尾后，在土體與盾構管片之間會形成一道環形空隙，若不將這一環形空隙及時充填則盾構管片周圍的土體將會松動甚至發生坍塌，從而導致地表沉降等不良后果，因而需通過襯砌背后注漿及時將盾尾建筑空隙加以充填。同時，襯砌背后注漿還可提高所施工隧道的止水性能，使管片所受外力能均勻分布，確保管片襯砌的早期穩定性。上述襯砌背后注漿(即壁后注漿)主要包括同步注漿和二次注漿。其中，同步注漿是通過同步注漿系統和盾尾的注漿管，在盾構機向前推進盾尾環形空隙形成的同時進行，漿液在盾尾空隙形成的瞬間及時起到充填作用， 從而使周圍土體獲得及時的支撐，可有效地防止巖體的坍陷，控制地表的沉降。二次注漿是為提高背襯注漿層的防水性及密實度，考慮前期注漿效果不佳以及漿液固結率的影響，必要時在同步注漿結束后進行補強注漿。補強注漿一般在管片與巖壁間的空隙充填密實性差，致使地表沉降得不到有效控制的情況下才實施。因而實際應用中，應以同步注漿為主，二次注漿為輔。實際施工過程中，盾構掘進施工完成一環且將所述土壓平衡盾構機推進的同時，進行同步注漿，且所用同步注漿漿液由水泥、粉煤灰、細砂、膨潤土和水均勻混配而成；所述同步注漿漿液的水膠比為0. 75 0. 92，膠砂比為0. 5±0. 05，膨潤土與細砂的重量比為I 18 I : 22，水泥與粉煤灰的重量比為I : 0.9 I : 3. I ;同步注漿過程中，注漿壓力為0. 2MPa 0. 3MPa，且盾構掘進一環的注漿量不小于2. 5m3，盾構管片環寬為I. 5m。實際對所述同步注漿漿液進行配制時，所述同步注漿漿液的I天強度不小于
0.2MPa，28天強度不小于2. 5MPa，且其稠度為8s 12s。所述同步注漿漿的液漿液穩定性，靜置不沉淀不離析或在膠凝時間內靜置沉淀離析少。本實施例中，進行同步注漿時，根據公式0 =-t/2)x/，計算盾構掘進一
環的注漿量Q，式中X =1. 5 2，D為所述土壓平衡盾構機的開挖直徑，d為盾構管片外徑，I為盾構管片環寬且其為1.5m。之后，結合計算得出的理論注漿量Q和注漿率c，換算得出盾構掘進一環的實際注漿量，其中實際注漿量=cXQ，c=120% 180%。本實施例中，進行同步注漿時，采用同步注漿系統且通過布設于所述土壓平衡盾構機盾尾上所設置的四個注漿孔進行注漿，且注水量率c=150%。實際施工時，可根據實際需要對注漿率c在上述范圍進行相應調整。上述四個注漿孔沿盾尾圓周方向均勻布置，相臨兩個注漿孔的圓心角為90度。實際注漿過程中，當與上述四個注漿孔相接的四條注漿管的壓力都大于限值時，停止注漿，以防堵管。本實施例中，步驟一中盾構掘進施工過程中，步驟一中盾構掘進施工過程中，還需對所述土壓平衡盾構機各掘進位置所處地層的地質進行預先勘測，并根據地質勘測結果，對當前掘進位置處所用同步注漿漿液的配比進行調整；當勘測到當前掘進位置處所處地層為新黃土、老黃土或古土壤地層時，所用同步注漿漿液的水膠比為0. 75 0. 79，膠砂比為0.5±0. 05，膨潤土與細砂的重量比為I : 18 I : 22，水泥與粉煤灰的重量比為I : 2.9 I : 3. I;當勘測到當前掘進位置處所處地層為砂層、夾砂層或粉質粘土地層時，所用同步注漿漿液的水膠比為0. 84 0. 91，膠砂比為0. 5±0. 05，膨潤土與細砂的重量比為I : 18 I : 22，水泥與粉煤灰的重量比為I : 0. 9 I : 2. I。
上述老黃土是地質年代屬于早、中更新世的黃土。包括早更新世的午城黃土和中更新世的離石黃土 ；土質密實，一般不具有濕陷性。新黃土是比老黃土年代晚的黃土，包括晚更新世的馬蘭黃土和全新世早期的黃土。結構疏松，一般具有濕陷性；多分布于“老黃土”之上。古土壤是指地質歷史時期形成的土壤，主要是第四紀時期形成的。實際進行同步注漿時，可以根據實際需要，對所述同步注漿漿液的配比在上述范圍內進行相應調整。所述同步注漿漿液中所用水泥為P. 032. 5R普通硅酸鹽水泥，因為計劃采用惰性泥漿，所以在滿足要求的情況下，會盡可能的減少水泥用量。所用的粉煤灰符合中華人民共和國國家標準《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB1956-1991)，級別為一級。粉煤灰在同步注漿漿液中可以代替水泥、石灰或砂，它可以減少水化熱效果，延長凝結時間，改善抗滲性；而且由于粉煤灰顆粒呈球形，可起到潤滑作用，并且可改善同步注漿漿液的工作性和可泵性。細砂為細河砂，注漿固結體的細集粒。膨潤土可采用鈉基膨潤土或鈣基膨潤土，其能防止漿液離析，避免水泥沉淀，增大漿 液的穩定性。同時，膨潤土具有一定的粘滯性、觸變性和潤滑性，它和泥沙等的摻和物具有可塑性和粘結性。本實施例中，步驟一中盾構掘進施工過程中，當勘測到當前掘進位置處所處地層為新黃土、老黃土或古土壤地層時，所用同步注漿漿液的水膠比為0. 77，膠砂比為0. 5，膨潤土與細砂的重量比為I : 20，水泥與粉煤灰的重量比為I : 3，此同步注漿漿液為I號同步注漿漿液。實際對I號同步注漿漿液進行配制時，將水泥、粉煤灰、細砂、膨潤土和水按照I 3 8 0. 4 3. I的重量比均勻混配而成。本實施例中，具體是將120kg/m3水泥、360kg/m3粉煤灰、960kg/m3細砂、48kg/m3膨潤土和368kg/m3水均勻混配而成。所述I號同步注漿漿液的稠度為11. 5s，流動時間為2h30min，I天強度為0. 48MPa，7天強度為3. 39MPa，28天強度為5. 3MPa。實際施工時，I號同步注漿漿液中水泥用量較少，凝結時間相對較慢，主要用于新黃土、老黃土以及古土壤地段。另外，實際施工時，步驟一中盾構掘進施工過程中，當勘測到當前掘進位置處所處地層為砂層、夾砂層或粉質粘土地層時，所用同步注漿漿液為同步注漿漿液一或同步注漿漿液二 ；所述同步注漿漿液一的水膠比為0. 84 0. 86，膠砂比為0. 5±0. 02，膨潤土與細砂的重量比為I : 18 I : 22，水泥與粉煤灰的重量比為I : I. 9 I : 2. I;所述同步注漿漿液二的水膠比為0. 89 0. 91，膠砂比為0. 5±0. 02，膨潤土與細砂的重量比為I : 18 I 22，水泥與粉煤灰的重量比為I : 0.9 I : 1.1。本實施例中，所述同步注漿漿液一的水膠比為0. 85，膠砂比為0. 5，膨潤土與細砂的重量比為I : 20，水泥與粉煤灰的重量比為I : 2，此同步注漿漿液為2號同步注漿漿液；所述同步注漿漿液二的水膠比為0.9，膠砂比為0.5，膨潤土與細砂的重量比為I : 20，水泥與粉煤灰的重量比為I : 1，此同步注漿漿液為3號同步注漿漿液。實際對所述同步注漿漿液一或同步注漿漿液二進行配制時，可根據具體需要，將同步注漿漿液一或同步注漿漿液二的各組分配比在上述范圍內進行相應調整。實際對2號同步注漿漿液進行配制時，將水泥、粉煤灰、細砂、膨潤土和水按照I 2 6 0. 3 2. 55的重量比均勻混配而成。本實施例中，具體是將160kg/m3水泥、320kg/m3粉煤灰、960kg/m3細砂、48kg/m3膨潤土和408kg/m3水均勻混配而成。所述2號同步注漿漿液的稠度為11. 4s，流動時間為3h40min，I天強度為I. lMPa，7天強度為3. 33MPa，28天強度為7. 6MPa。實際對3號同步注漿漿液進行配制時，將水泥、粉煤灰、細砂、膨潤土和水按照
I I 4 0. 2 1.8的重量比均勻混配而成。本實施例中，具體是將240kg/m3水泥、240kg/m3粉煤灰、960kg/m3細砂、48kg/m3膨潤土和432kg/m3水均勻混配而成。所述2號同步注漿漿液的稠度為11. 2s，流動時間為3h30min，I天強度為0. 8MPa，7天強度為3. 37MPa，28天強度為7. OMPa0 實際施工時，2號同步注漿漿液和3號同步注漿漿液中水泥用量較大，凝結時間較快，早期強度較高，故用于土體較差、含水較豐富的砂層、夾砂層和粉質粘土地段。實際施工過程中，所述土壓平衡盾構機穿越后，考慮到環境保護和隧道穩定因素，通過監測地面沉降及隧道變形情況，如沉降和變形接近控制預警值時，則說明同步注漿有不足的地方，通過盾構管片中每片管片上的注漿孔(吊裝孔)進行二次補強注漿，補充同步注漿未填充部分和體積減少部分，從而減少土壓平衡盾構機過后土體的后期沉降，減輕隧道的防水壓力。同時對盾構推力導致的，在管片、注漿材料、圍巖之間產生的剝離狀態進行填充并使其一體化，提高止水效果。本實施例中，同步注漿結束后進行二次注漿時，所用二次注漿漿液為由水泥漿和水玻璃組成的雙液漿；且二次注漿過程中，注漿壓力為0. 3MPa 0. 6MPa。實際施工時，所述二次注漿漿液中，所述水泥漿由水泥、粉煤灰和水按照重量比為100 60±3 100±5的比例均勻混配而成，所述水泥漿與水玻璃之間的重量比為260 15 20。所述水玻璃的度數為35 40波美度且所述水玻璃的模數為2. 6 3. O。本實施例中，所述水泥漿中所用的水泥為P. 032. 5R普通硅酸鹽水泥，所述水玻璃的度數為35波美度。本實施例中，所述水泥漿由水泥、粉煤灰和水按照重量比為100 60 100的比例均勻混配而成。 實際對所述二次注漿漿液進行混配時，將100kg/m3水泥、60kg/m3粉煤灰和IOOkg/m3水均勻混配形成水泥衆；再將配制成的水泥衆與15kg/m3 20kg/m3水玻璃混勻混合,制成凝結時間為I 2分鐘的二次注漿漿液。綜上，進行盾構掘進施工時，所述土壓平衡盾構機的掘進參數如下刀盤扭距小于3500KN m,掘進速度小于60mm/min,刀盤轉速為Irpm I. 5rpm,所述土壓平衡盾構機在掘進中的總推力為10000KN 13000KN,掘進速度小于60mm/min,土倉內部壓力為Ibar 2bar,大盤轉速為Irpm I. 5rpm,刀盤扭矩為2500KN m 3200KN m0盾尾注衆壓力(即同步注漿壓力)為2bar 3bar，且在保證注漿壓力的前提下，控制盾尾注漿量(即同步注漿的注漿量)每環不小于2. 5m3。另外，盾構掘進施工過程中，還需進行地面沉降監測，并將地面沉降量控制在+IOmm -30mm范圍內。實際施工時,地面沉降控制通過調整上述掘進參數、注衆參數等進行控制。同時，步驟一中盾構掘進施工過程中，對所述土壓平衡盾構機的土倉內部壓力進行全程監測。同時，步驟一中盾構掘進施工過程中，還需根據對所述土壓平衡盾構機各掘進位置所處地層的地質進行預先勘測的地質勘測結果，對當前掘進位置處所述土壓平衡盾構機的正面土體進行改良。當勘測到當前掘進位置處所處地層為新黃土、老黃土或古土壤地層時，采用所述刀盤對正面土體進行全斷面切削過程中，采用注水方式對正面土體進行改良，且盾構掘進一環的注水量為4m3 6m3 ;當勘測到當前掘進位置處所處地層為砂層、夾砂層或粉質粘土地層時，采用注入Na基膨潤土漿液的方式對正面土體進行改良，且盾構掘進一環的注漿量為4m3 Sm3;所述Na基膨潤土漿液由Na基膨潤土和水按照I : 10±1的質量比均勻配制而成。所述同步注漿漿液中，水泥和粉煤灰組成膠凝材料，所述同步注漿漿液的水膠比為水與膠凝材料的重量比，膠砂比為膠凝材料與細砂的重量比。本實施例中，盾構掘進一環的注水量為5m3 ;盾構掘進一環的注漿量為6m3。實際進行改良時，可根據具體需要，對盾構掘進一環的注水量或注漿量進行相應調整。一般來說，正面土體越干，含水率越小，則盾構掘進一環 的注水量或注漿量越大；反之亦然。實際施工時，對當前掘進位置處所述土壓平衡盾構機的正面土體進行改良時，采用注漿設備且通過所述刀盤上所開的多個注入口注入。本實施例中，所述土壓平衡盾構機設有自動控制的注漿設備和對應的注漿管路，刀盤上有5個注入口能對開挖面的土體進行充分改良。另外，步驟一中盾構掘進施工過程中，所述土壓平衡盾構機采用刀盤對正面土體進行全斷面切削，并將切削下來的土體送入所述土倉后，還需采用注水或注入所述Na基膨潤土漿液的方式對所述土倉內的土體進行改良處理以滿足盾構螺旋出土的需求；所述Na基膨潤土漿液由Na基膨潤土和水按照I : 10± I的質量比均勻配制而成。例如，當所述土倉內的土體較干且含水率較小時，需進行土體改良，否則螺旋運輸機(或稱螺旋出土機)無法正常運行。實際施工時，對所述土倉內的土體進行改良處理時，采用注漿設備且通過與所述土倉內部相通的注入口注入。本實施例中，與所述土倉內部相通的注入口為布設于土倉胸板處、人行閘處或螺旋運輸機上的注入口，且土倉胸板處、人行閘處和螺旋運輸機上均設置若干個注入口，從而達到改善土體性質的目的。綜上，由于黃土地層中掘削土比原地層的強度低，多數情況下呈現較好的塑流性。而泥土塑流性因地層粒度級配和細粒組分的含水率的不同而不同，當流動性差時，必須注入水或所述Na基膨潤土漿液進行改良。實際施工時，土體改良用水量或用漿量要根據地下水的情況進行適當調整，若地下水較少時，可考慮在刀盤前方加大注水量，滿足土體改良要求。步驟二、盾構管片拼裝施工步驟一中盾構掘進施工完成一環后，按照常規管片拼裝襯砌施工工藝進行盾構管片拼裝施工(即管片拼裝襯砌施工)；不斷循環，直至完成所施工地鐵隧道的全部施工過程。盾構管片拼裝施工中，還應注意以下幾點I)盾構掘進過程中，在盾構管片拼裝之前，必須將盾尾下部清理干凈，否則會造成管片錯臺和加劇底部尾刷磨損；2)在緩和曲線段和圓曲線段的盾構掘進時，盡量多選擇轉彎楔形量小的點位進行拼裝；3)在拼環過程中，油缸壓力不宜過大，如過大會使盾構機往前移動，容易卡住刀盤。另外，黃土地層盾構掘進施工過程中，測量監測主要是對地面的建筑物、構造物、地面沉降和洞內的管片姿態、盾構機姿態進行監測，與一般地質條件下的監測頻率和方法相同。
以上所述， 僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。
權利要求
1.一種黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法，其特征在于該方法包括以下步驟 步驟一、盾構掘進施工采用土壓平衡盾構機，由前至后對所施工地鐵隧道進行盾構掘進施工；盾構掘進施工過程中，嚴格控制盾構螺旋出土、盾尾密封以及同步注漿與二次注漿的施工質量； 盾構掘進施工過程中，掘進速度不大于lOcm/min，所述土壓平衡盾構機在掘進中的推力不大于15000KN,且所述土壓平衡盾構機的土倉內部壓力維持在Ibar 2bar ;所述土壓平衡盾構機的刀盤為輻條面板型刀盤，刀盤開口率為40% 70%，且刀盤轉速不大于I.5rpm ； 盾構掘進施工完成一環且將所述土壓平衡盾構機推進的同時，進行同步注漿，且所用同步注漿漿液由水泥、粉煤灰、細砂、膨潤土和水均勻混配而成；所述同步注漿漿液的水膠比為0.75 0.92，膠砂比為0.5±0. 05，膨潤土與細砂的重量比為I : 18 I : 22，水泥與粉煤灰的重量比為I : 0. 9 I : 3. I ;同步注漿過程中，注漿壓力為0. 2MPa 0. 3MPa，且盾構掘進一環的注漿量不小于2. 5m3，盾構管片環寬為I. 5m ； 同步注漿結束后進行二次注漿時，所用二次注漿漿液為由水泥漿和水玻璃組成的雙液漿；且二次注漿過程中，注漿壓力為0. 3MPa 0. 6MPa ； 步驟二、盾構管片拼裝施工步驟一中盾構掘進施工完成一環后，按照常規管片拼裝襯砌施工工藝進行盾構管片拼裝施工；不斷循環，直至完成所施工地鐵隧道的全部施工過程。
2.按照權利要求I所述的黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法，其特征在于步驟一中盾構掘進施工過程中，還需對所述土壓平衡盾構機各掘進位置所處地層的地質進行預先勘測，并根據地質勘測結果，對當前掘進位置處所述土壓平衡盾構機的正面土體進行改良；當勘測到當前掘進位置處所處地層為新黃土、老黃土或古土壤地層時，采用所述刀盤對正面土體進行全斷面切削過程中，采用注水方式對正面土體進行改良，且盾構掘進一環的注水量為4m3 6m3 ;當勘測到當前掘進位置處所處地層為砂層、夾砂層或粉質粘土地層時，采用注入Na基膨潤土漿液的方式對正面土體進行改良，且盾構掘進一環的注漿量為4m3 Sm3 ;所述Na基膨潤土漿液由Na基膨潤土和水按照I : 10 ± I的質量比均勻配制而成。
3.按照權利要求I或2所述的黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法，其特征在于步驟一中進行同步注漿時，根據公式=^ )x/，計算盾構掘進一環的理論注4漿量Q，式中X =1. 5 2，D為所述土壓平衡盾構機的開挖直徑，d為盾構管片外徑，I為盾構管片環寬且其為I. 5m ;之后，結合計算得出的理論注漿量Q和注漿率C，換算得出盾構掘進一環的實際注漿量，其中實際注漿量=cXQ，c=120% 180%。
4.按照權利要求I或2所述的黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法，其特征在于步驟一中盾構掘進施工過程中，還需對所述土壓平衡盾構機各掘進位置所處地層的地質進行預先勘測，并根據地質勘測結果，對當前掘進位置處所用同步注漿漿液的配比進行調整；當勘測到當前掘進位置處所處地層為新黃土、老黃土或古土壤地層時，所用同步注漿漿液的水膠比為0. 75 0. 79，膠砂比為0. 5±0. 05，膨潤土與細砂的重量比為I : 18 I 22，水泥與粉煤灰的重量比為I : 2.9 I : 3. I;當勘測到當前掘進位置處所處地層為砂層、夾砂層或粉質粘土地層時，所用同步注漿漿液的水膠比為0. 84 0.91，膠砂比為0.5±0. 05，膨潤土與細砂的重量比為I : 18 I : 22，水泥與粉煤灰的重量比為I 0. 9 I : 2. I。
5.按照權利要求2所述的黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法，其特征在于步驟一中盾構掘進施工過程中，所述土壓平衡盾構機采用刀盤對正面土體進行全斷面切削，并將切削下來的土體送入所述土倉后，還需采用注水或注入所述Na基膨潤土漿液的方式對所述土倉內的土體進行改良處理以滿足盾構螺旋出土的需求；所述Na基膨潤土漿液由Na基膨潤土和水按照I : 10±1的質量比均勻配制而成。
6.按照權利要求I或2所述的黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法，其特征在于步驟一中盾構掘進施工過程中，還需進行地面沉降監測，且將地面沉降量控制在+1 Omm _3Ctam范圍內。
7.按照權利要求4所述的黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法，其特征在于步驟一中盾構掘進施工過程中，當勘測到當前掘進位置處所處地層為新黃土、老黃土或古土壤地層時，所用同步注漿漿液的水膠比為0. 77，膠砂比為0.5，膨潤土與細砂的重量比為I : 20，水泥與粉煤灰的重量比為I : 3;當勘測到當前掘進位置處所處地層為砂層、夾砂層或粉質粘土地層時，所用同步注漿漿液為同步注漿漿液一或同步注漿漿液二 ；所述同步注漿漿液一的水膠比為0. 84 0. 86，膠砂比為0. 5±0. 02，膨潤土與細砂的重量比為I : 18 I : 22，水泥與粉煤灰的重量比為I : 1.9 I : 2. I ;所述同步注漿漿液二的水膠比為0.89 0.91，膠砂比為0.5±0. 02，膨潤土與細砂的重量比為I : 18 I : 22，水泥與粉煤灰的重量比為I : 0.9 I : 1.1。
8.按照權利要求5所述的黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法，其特征在于步驟一中所述土壓平衡盾構機為小松土壓平衡盾構機；對當前掘進位置處所述土壓平衡盾構機的正面土體進行改良時，采用注漿設備且通過所述刀盤上所開的多個注入口，注入水或所述Na基膨潤土漿液；對所述土倉內的土體進行改良處理時，采用注漿設備且通過與所述土倉內部相通的注入口，注入水或所述Na基膨潤土漿液。
9.按照權利要求I或2所述的黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法，其特征在于步驟一中所述二次注漿漿液中，所述水泥漿由水泥、粉煤灰和水按照重量比為100 60±3 100±5的比例均勻混配而成，所述水泥漿與水玻璃之間的重量比為260 15 20。
10.按照權利要求I或2所述的黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法，其特征在于步驟一中盾構掘進施工過程中，所述土壓平衡盾構機的刀盤扭距小于3500KN m，掘進速度小于60mm/min,刀盤轉速為Ir pm I. 5rpm,所述土壓平衡盾構機在掘進中的推力為10000KN 13000KN。
全文摘要
本發明公開了一種黃土地層地鐵隧道土壓平衡盾構施工方法，包括步驟一、盾構掘進施工采用土壓平衡盾構機進行盾構掘進施工；掘進速度不大于10cm/min，總推力不大于15000KN，土倉內部壓力維持在1bar～2bar；輻條面板型刀盤開口率為40～70%，刀盤轉速不大于1.5rpm；同步注漿漿液由水泥、粉煤灰、細砂、膨潤土和水均勻混配而成，且采用水泥漿和水玻璃組成的雙液漿進行二次注漿；二、盾構掘進施工完成一環后進行盾構管片拼裝施工；不斷循環，直至完成所施工地鐵隧道整體施工。本發明施工方法步驟簡單、操作簡易、施工速度快且施工質量高，對環境干擾小，施工安全性高，能有效保證黃土地層地鐵隧道的順利施工。
文檔編號E21D9/04GK102767377SQ20121028652
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月13日 優先權日2012年8月13日
發明者卓普周, 張新義, 楊永強, 梁西軍, 范恒秀 申請人:中鐵一局集團有限公司