高承压水复杂地层条件下盾构连续穿越竖井的施工方法

摘要

本发明公开了高承压水复杂地层条件下盾构连续穿越竖井的施工方法，其包括：步骤1，端头加固；加固竖井端头土体，增加土体的自稳性确保不发生渗流；步骤2，洞门连续墙破除及竖井回填；由下至上分层破除竖井的洞门混凝土，并逐层将竖井内废弃混凝土清除，利用回填物料进行竖井回填；步骤3，盾构掘进以及掘进过程中的监测；步骤4，管片背后注浆管理；盾构机过竖井出洞及进洞时，盾尾在出洞前加强同步注浆，并用雷达检查壁厚注浆效果，根据壁厚注浆效果确定是否进行二次补浆，保证管片背后填充密实且不向二衬竖井内漏水。本发明方法极大地降低了盾构穿越竖井时高承压水复杂地层对其产生的危险性，施工方法简单、造价低，穿越竖井速度快、工期短。

说明书

技术领域

本发明属于盾构法施工技术领域，特别是涉及高承压水复杂地层条件下盾构连续穿越竖井的施工方法。

背景技术

盾构法(Shield Method)是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。

当竖井位于高承压水复杂地层时，例如盾构穿越的地层共分为两层水位：其中第1层地下水位位于隧道洞顶位置，洞顶大部分地段为砂层。第2层地下水位接近于隧洞底部位置，地层承压性对二衬竖井围护结构产生较大影响，在盾构机穿越二衬竖井时容易发生风险；隔水层较薄处易发生洞底隆起或顶穿，导致地下水涌入二衬竖井，引发工程事故。

盾构穿越竖井是盾构施工过程中很重要的组成部分，现有的盾构穿越竖井的方法为托架式过站。但是在使用托架式过站法在穿越位于高承压水复杂地层的竖井时存在以下问题：在富含高承压水的复杂地层条件下，盾构穿越竖井过程有很大的危险性，容易发生涌水、涌沙、地表沉陷甚至二衬竖井坍塌事故，对周边建筑物、道路等造成严重影响。常规托架式过站节省洞门临时密封措施，降低盾构机过井过程中漏水、涌砂及基坑周边地面沉降等风险。

发明内容

本发明的目的是提供高承压水复杂地层条件下盾构连续穿越竖井的施工方法，以解决盾构穿越竖井过程有很大的危险性，容易发生涌水、涌沙、地表沉陷甚至二衬竖井坍塌事故的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：高承压水复杂地层条件下盾构连续穿越竖井的施工方法，其包括：

步骤1，端头加固；加固竖井端头土体，增加土体的自稳性确保不发生渗流，以保障盾构机穿过竖井期间洞门范围内土体处于安全状态；

步骤2，洞门连续墙破除及竖井回填；由下至上分层破除竖井的洞门混凝土，并逐层将竖井内废弃混凝土清除，利用回填物料进行竖井回填；

步骤3，盾构掘进以及掘进过程中的监测；盾构机穿过竖井，盾构机穿越竖井前后20m和后20m时，进行竖井墙体变形监测、竖井周边地表沉降监测、洞内管片位移监测及管片收敛监测；

步骤4，管片背后注浆管理；盾构机过竖井出洞时，盾尾在出洞前加强同步注浆，并用雷达检查壁厚注浆效果，根据壁厚注浆效果确定是否进行二次补浆，保证管片背后填充密实且不向二衬竖井内漏水；盾构机过竖井进洞时，进洞后加强同步注浆，并用雷达检查壁厚注浆效果，根据壁厚注浆效果确定是否进行二次补浆，保证管片背后填充密实且不向二衬竖井内漏水。

本发明如上所述的高承压水复杂地层条件下盾构连续穿越竖井的施工方法，步骤1中，竖井端头加固范围为隧洞四周外扩3m，长度为沿隧洞前进方向左右各9m；竖井端头加固采用桩径                                                600mm@450mm的双重管高压旋喷桩。

本发明如上所述的高承压水复杂地层条件下盾构连续穿越竖井的施工方法，步骤2中，洞门地下连续墙凿除前应在连续墙上打水平探孔，探孔分布在连续墙盾构范围边缘处，探孔穿透进入地下连续墙以确认地下连续墙与加固区的隔水情况；若发生透水现象采取封堵导流措施，确保盾构机穿越竖井时无地下水作业。

本发明如上所述的高承压水复杂地层条件下盾构连续穿越竖井的施工方法，步骤2，先由测量人员对洞门破除边界进行放样，待下层洞门地下连续墙凿出后，将竖井内废弃混凝土清除，进行隧洞底部回填，然后凿出与之相邻的上一层地下连续墙；竖井底部到隧洞底部回填采用级配砂石，隧洞底部往上回填采用粉质粘土，并分层进行夯实，防止盾构机沉陷。

本发明如上所述的高承压水复杂地层条件下盾构连续穿越竖井的施工方法，步骤3中，洞内管片位移监测采用全站仪配铝合金尺的测量方法，管片收敛通过收敛计测量。

本发明如上所述的高承压水复杂地层条件下盾构连续穿越竖井的施工方法，进一步，所述竖井为二次衬砌竖井。

本发明的有益效果是：本发明高承压水复杂地层条件下盾构连续穿越竖井的施工方法对竖井进行端头加固以及预填土，比常规托架式过站节省洞门临时密封措施，降低盾构机过井过程中漏水、涌砂及基坑周边地面沉降等风险。本发明方法极大地降低了盾构穿越竖井时高承压水复杂地层对其产生的危险性，施工方法简单、造价低，穿越竖井速度快、工期短。

附图说明

图1为竖井、隧道及加固区的俯视示意图；

图2为竖井、隧道及加固区的截面示意图；

图3为在连续墙上打水平探孔的示意图；

图4为分层破除竖井的洞门混凝土示意图；

图5为本发明高承压水复杂地层条件下盾构连续穿越竖井的施工方法流程图。

具体实施方式

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

图5示出本发明高承压水复杂地层条件下盾构连续穿越竖井的施工方法流程图。

高承压水复杂地层条件下盾构连续穿越竖井的施工方法包括以下步骤：

步骤1，竖井端头加固；

加固竖井端头土体，增加土体的自稳性确保不发生渗流，以保障盾构机穿过竖井期间洞门范围内土体处于安全状态；如图1和图2所示，竖井端头加固范围为隧洞四周外扩3m，长度为沿隧洞前进方向左右各9m；对于始发竖井和接收竖井加固范围为垂直隧洞前进方向12m，长度为沿隧洞前进方向9m；竖井端头加固采用桩径600mm@450mm的双重管高压旋喷桩；加固土体的强度和渗透性满足设计要求后，方可进行洞门连续墙破除施工；

步骤2，洞门连续墙破除及竖井回填；

洞门围护结构地下连续墙凿除前应在连续墙上打水平探孔，如图3所示，探孔分布在连续墙盾构范围边缘处，探孔穿透进入地下连续墙以确认地下连续墙与加固区的隔水情况；若发生透水现象，采取封堵导流措施；若透水量较大则在竖井内进行洞门水平加固，确保盾构机穿越竖井时无地下水作业；

洞门破除时，为保证洞门维护结构的稳定，按照由下至上破除洞门混凝土顺序，同时进行覆土回填，能有效避免因地连墙破除变薄后的内外压力失衡发生的漏水、坍塌等安全隐患。托架式过站测量难度大原因：现有托架式过站技术中，盾构机脱离土体，行使到托架上，这一转换过程容易使盾构机姿态偏移；此外，盾构机托架变形或偏移也是导致盾构机姿态偏移的原因之一。盾构穿越预填土竖井施工方法没有托架，盾构机不脱离土体，能有效避免常规托架式过站时容易发生的盾构机姿态偏移问题，减小盾构机过井时测量难度。

为保证洞门围护结构的稳定，按照图4由下至上分为4层破除洞门混凝土，先由测量人员对洞门破除边界进行放样，待第一层洞门地下连续墙凿出后，将竖井内废弃混凝土清除，进行隧洞底部回填；竖井底部到隧洞底部回填采用级配砂石，并分层进行夯实，防止盾构机沉陷；隧洞底部往上回填采用粉质粘土；对于始发竖井，在凿除完最后一层混凝土之后，及时检查始发洞口的净空尺寸，确保没有钢筋、混凝土侵入设计轮廓范围之内。

步骤3，盾构掘进以及掘进过程中的监测；盾构机穿过竖井，盾构机穿越竖井前后20m和后20m时，进行竖井墙体变形监测、竖井周边地表沉降监测、洞内管片位移监测及管片收敛监测； 洞内管片位移监测采用全站仪配铝合金尺的测量方法，管片收敛通过收敛计来测量；

为了保证盾构能够安全顺利通过竖井，把竖井主体结构作为监测重点，在洞门破除过程中要加强监测竖井的墙体位移和支撑轴力；

步骤4，管片背后注浆管理；

盾构机过竖井出洞时，盾尾在出洞前加强同步注浆，并用雷达检查壁厚注浆效果，根据壁厚注浆效果确定是否进行二次补浆，保证管片背后填充密实且不向二衬竖井内漏水；盾构机过竖井进洞时，进洞后加强同步注浆，并用雷达检查壁厚注浆效果，根据壁厚注浆效果确定是否进行二次补浆，保证管片背后填充密实且不向二衬竖井内漏水；

本发明高承压水复杂地层条件下盾构连续穿越竖井的施工方法对竖井进行端头加固以及预填土，比常规托架式过站节省洞门临时密封措施，降低盾构机过井过程中漏水、涌砂及基坑周边地面沉降等风险。本发明高承压水复杂地层条件下盾构连续穿越竖井的施工方法可用于高承压水复杂地层条件下盾构穿越竖井。

上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。