[发明专利]一种防止盾构在施工中冒顶的施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种盾构隧道工程施工技术领域的施工方法，具体地，涉及一种防止盾构在施工中冒顶的施工方法。

背景技术

盾构工法有着掘进速度快、施工影响小、劳动强度低的特点，是大中型隧道的主要施工方式。但由于地下地质条件复杂，当盾构机的前进推力大于盾构机前方土体的抵抗力时，会使盾构机冒顶，从而影响盾构机的掘进方向，进而带来土体扰动范围加大、地面变形加大等问题，特别对于复杂地层条件，不同土层切削难易度不同，地面沉降变形控制难度更大，所以，防止盾构机冒顶是盾构施工中的难点之一。

经对现有技术文献的检索发现，中国专利号为201110451625.6，专利公开号为103184876A，专利名称：一种防止盾构下沉或抬头的方法，该发明利用事先预留的定位孔、定位桩，在产生冒顶现象时开启孔盖堵头，将定位桩的端头从定位孔里插入到盾壳外面的土壤里，通过定位桩的上顶或下压作用将孔盖堵头将整个盾构机顶起或下压，从而实现防止盾构机的冒顶。然而，伸出的定位桩必然会加大对土体的扰动，从而加大地面变形。而且该发明只适用于简单地层条件下，没有考虑在复杂地质条件下，尤其是临近地层内障碍物较多的情况。利用该发明专利的方法不能很好解决在复杂地质条件下盾构冒顶的问题且难以保证施工质量和环境保护。所以，现有技术在防止施工过程中盾构机冒顶时存在土体扰动大、地面变形大且实际效果不佳的缺点。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种防止盾构在施工中冒顶的施工方法，该方法改变了现有技术在施工中盾构机发生冒顶以后再进行纠偏的被动纠偏方式，在盾构壳体上加装帽檐装置的主动防偏方式，从而有效防止盾构机冒顶，大大减少土体扰动，减小地面变形，施工工艺简单、可操作性强。

为实现以上目的，本发明提供一种防止盾构在施工中冒顶的施工方法，所述施工方法包括以下步骤：

第一步、沿盾构路线进行地层调查，具体的：

(1)在隧道轴线两侧距轴线3-4m处各布置一排勘探孔，相邻勘探孔的间隔40-50m，勘探孔深度为隧道底以下2倍隧道直径；

(2)基于勘探孔通过地质勘探进行土层划分，并确定土层厚度；

(3)通过标准贯入试验得到勘探范围内土体的实测标贯击数N；

(4)在每层土中进行取样，通过密度试验获得该层土的重度γ，通过三轴压缩试验获得该层土的摩擦角

第二步、在盾构机上安装帽檐装置

所述帽檐装置包括固定基座、液压油缸、连接杆、帽檐，其中：所述固定基座的一侧固定在盾构机壳体正上方的内侧；所述液压油缸的后端与所述固定基座固定连接；所述连接杆的下端与所述液压油缸的前端固定连接，所述连接杆上端与所述帽檐固定连接；

在盾构机上安装帽檐装置具体步骤为：

(1)在盾构机壳体的内侧安装固定基座；

(2)将液压油缸与固定基座固定连接；

(3)将连接杆与液压油缸固定连接；

(4)将帽檐与连接杆固定连接；

第三步、应用帽檐装置于盾构施工，具体的：

(1)当盾构机开挖至某段地层时，首先判断该地层是否属于冒顶地层：盾构开挖范围内上软下硬地层属于冒顶地层，其他地层属于非冒顶地层；

(2)在非冒顶地层中、且盾构轴线控制仪显示盾构向上偏移不超过50mm时，利用液压油缸将帽檐装置收缩到刀盘面内；

(3)在冒顶地层中，或盾构轴线控制仪显示盾构向上偏移超过50mm时，利用液压油缸将帽檐装置伸出，起到防止冒顶的作用。

优选地，第一步的(3)中：

如果实测标贯击数N≤30，划分为软土；

如果实测标贯击数N>30，划分为硬土。

优选地，第一步的(4)中，所述密度试验是指，应用环刀法通过称重测定单位体积v₀的土样质量m，计算得到密度ρ：

ρ＝m/v₀，

再将密度ρ乘以重力加速度，得到重度γ。

优选地，第一步的(4)中，所述三轴压缩试验，是使用三轴试验仪对圆柱型土样进行轴向的压缩试验，通过确定破坏状态时的大主应力σ₁和小主应力σ₃来间接得到摩擦角具体的：

以为横坐标，以为纵坐标绘出直线，直线的倾角即为摩擦角

更优选地，所述三轴压缩试验按试验固结、排水情况，分为不固结不排水、固结不排水、固结排水三种条件。

优选地，第二步中，所述固定基座的一侧与所述盾构机壳体正上方的内侧焊接；