[发明专利]一种强透水土岩复合地层大直径泥水盾构综合掘进方法

说明书

本发明提供了一种强透水土岩复合地层大直径泥水盾构综合掘进方法，涉及盾构施工领域，刀盘采用复合式常压刀盘，刀盘上设置有刀位，刀位上安装有可常压更换的刀具，刀位包括刀具形式固定的Ⅰ类刀位和可实现常压滚齿互换的Ⅱ类刀位，Ⅰ类刀位上安装有固定刀具，Ⅱ类刀位上安装有可互换刀具，可互换刀具的切削轨迹覆盖刀盘；掘进过程控制包括刀盘转速控制、刀盘推力及扭矩控制、切口压力控制、姿态控制，同步注浆施工参数控制；同步注浆施工采用具有抗水分散性的硬性单液浆。通过采用复合式常压刀盘，将两类刀具分别安装在其上，两类刀位覆盖整个刀盘的切削轨迹，固定刀具切削土体，可互换刀具切削岩体，从而保证复合地质的顺利掘进。

技术领域

本发明提供了一种强透水土岩复合地层大直径泥水盾构综合掘进方法，涉及盾构施工领域。

背景技术

泥水盾构工法是一项十分成熟的隧道施工工法，由于其“环境扰动小、施工效率高、地层适应性好”的优点，随着我国地铁建设事业的兴起，越来越多的城市在地铁修建中选择该工法。然而由于岩土工程的区域性和独特性，泥水盾构在修建城市地铁隧道过程中不可避免会遭遇一些特殊的工程地质条件，目前来说难度最大的就是上土下岩复合地层。

由于土体和岩体的物理力学性质差异巨大，当泥水盾构开挖面内同时存在这两种材料时，盾构各系统工作情况和状态变化非常剧烈，直接导致“刀盘刀具磨损严重、刀盘易结泥饼、掘进速度慢、掘进方向偏移”等诸多技术难题，如果上部土体渗透系数较高，还会发生“泥膜质量差开挖面不稳定、带压进仓保压困难”等问题。

现有的复合地质施工方法采用的多为土压平衡盾构，对于强透水上土下岩复合地层中泥水盾构掘进施工的相关控制技术还不够完善。

同时现有技术中对于盾构穿越区域附近建构筑物结构的维稳或地表沉降的控制，未考虑盾构穿越的特殊地质条件，为均质地层的（相比较于复合地层而言）适用施工方法，且大部分专利研究对象为土压平衡盾构，对于本发明专利启发意义不大。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供了一种强透水土岩复合地层大直径泥水盾构综合掘进方法，能够提高大直径泥水盾构穿越强透水土岩复合地层掘进施工效率。

本发明的技术方案如下：一种强透水土岩复合地层大直径泥水盾构综合掘进方法，包括盾构掘进方法和盾构泥饼预防处理方法；所述盾构掘进方法包括掘进前盾构准备和掘进过程控制两部分；所述掘进前盾构准备包括刀盘选型和刀具配置，刀盘采用复合式常压刀盘，所述刀盘上设置有刀位，所述刀位上安装有可常压更换的刀具，所述刀位包括刀具形式固定的Ⅰ类刀位和可实现常压滚齿互换的Ⅱ类刀位，所述Ⅰ类刀位上安装有固定刀具，所述Ⅱ类刀位上安装有可互换刀具，所述可互换刀具的切削轨迹覆盖刀盘；掘进过程控制包括刀盘转速控制、刀盘推力及扭矩控制、切口压力控制、姿态控制，同步注浆施工参数控制；所述同步注浆施工采用具有抗水分散性的硬性单液浆。

所述硬性单液浆的制成材料主要包括水泥、膨润土、粉煤灰、砂、保塑剂、减水剂和水，所述硬性单液浆的初凝时间为6～10小时，稠度为8～12cm，扩展度为52～58cm，所述硬性单液浆的配比材料的强度与周边地层相匹配。

对于强度较高的球状风化体岩体（即孤石），由于盾构无法进行有效切削，在盾构掘进前需要进行爆破预处理：先对掘进断面内的高强度岩体先进行爆破，然后进行注浆固结，确保加固后的破碎岩体能够维持自身稳定，以进行盾构掘进切削。

本工艺中的爆破施工与常规爆破施工工艺基本相同，不同之处在于钻孔放药及起爆的位置均在地面或水面，每次爆破沿盾构掘进方向布设“两短一长”的三排炮孔，炮孔间距0.6～0.8m，孔位基本与盾构开挖边界重合。

结合地质勘查资料，如地质断面中存在破碎带岩体，则对盾构掘进前方的破碎岩体进行注浆预固结处理，保证盾构穿越破碎岩体时能有效切削，其工艺与水上爆破预处理中的注浆加固相同，此处不再赘述。