[发明专利]复合土压平衡盾构机穿越浅埋富水砂层的施工方法

说明书

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及一种适于对较坚固岩层进行施工的复合土压平衡盾构机在穿越浅埋富水砂层时的特殊施工方法。

背景技术

复合土压平衡式盾构机主要适于较坚固的复合地层，可采用土压平衡模式、半土压模式、空仓模式施工，不仅施工速度快，而且对刀具的磨损也低。本申请人在广州市轨道交通六号线进行隧道施工中，占隧道总长度的86％岩层都是强风化、中风化及微风化岩，采取复合土压平衡模式盾构机更为合理。但是在[大坦沙站-如意坊站-黄沙站]之间有长达350m的富水沙层，其中150m隧道为全断面富水砂层，隧道埋深仅有6.7m，采用2台复合土压平衡盾构机掘进，现有技术中，目前还没有复合土压平衡盾构机在该种地层中成功施工隧道的先例，一般对于该种地层都是选用泥水盾构机进行施工。复合土压平衡盾构机在掘进通过这种浅埋富水砂层时面临多项困难，由于砂层的不保水性和高透水性，在掘进过程中一旦发生喷涌就会造成刀盘前方砂土大量喷出从而导致地表塌陷。

本施工段遇到的淤泥质粉细砂和中粗砂地层不仅地层松软，而且长度达到350m，是复合土压平衡盾构机施工中从未遇到的。保持开挖面的支护压力稳定是本施工段的关键。对于支护压力的控制不利的主要是以下难点：

(1)由于粉细砂地层和中粗砂地层渗透性较大，施工段又临近珠江，地下水丰富且压力较大，施工易发生喷涌等问题，导致支护压力迅速消失，从而造成地表塌陷，严重影响地面交通和建筑物、人员安全；

(2)如果渣土改良不当，在较大的压力作用下挤紧密实，还有可能出现排土不畅，土仓、螺旋机闭塞的施工故障。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种复合土压平衡盾构机穿越浅埋富水砂层的施工方法，它通过向复合土压平衡盾构机前方的浅埋富水砂层中注入具有吸水后体积迅速膨胀并增加粘度性能的物质；使浅埋富水砂层迅速膨胀成为一种塑性流动状态，达到施工所需要的技术参数，从而保证施工的顺利进行。

本发明的复合土压平衡盾构机穿越浅埋富水砂层的施工方法，复合土压平衡盾构机采用常规施工参数正常施工，其特别之处在于：在复合土压平衡盾构机穿越浅埋富水砂层时，从盾构机压力盘及刀盘处设置由注入泵和注入管组成的注入系统，向前方的浅埋富水砂层中注入具有吸水后体积迅速膨胀并增加粘度性能的物质泡沫剂、或膨润土、或高分子聚合物、或它们之中的混合物；使浅埋富水砂层迅速膨胀、使进入整压力舱的土体成为一种塑性流动状态，并使土体达到施工所需要的低于10^-5cm/s量级的渗透系数，和10～15cm的塌落度的要求。当注入泡沫剂时，从土仓及刀盘注入体积百分浓度为3％～4％的泡沫剂，注入流量为3001/min～3501/min，注入总体积相当于浅埋富水砂层土体总体积的15％～30％；当注入膨润土时，从土仓及刀盘注入膨水比为1：3的膨润土泥浆，注入体积为浅埋富水砂层土体总体积的12％～20％；当注入高分子聚合物时，从土仓及刀盘注入体积百分浓度为1％的高分子聚合物，注入的量为浅埋富水砂层土体总体积的2％～3％。

所述的泡沫剂是市售的含有增稠剂的纤维素。

所述的高分子聚合物是两性聚丙烯酰胺。

所述的它们之中的混合物是加有高分子聚合物的膨润土，膨润土和高分子聚合物两性聚丙烯酰胺分别单独配制；膨润土按1：4的膨水比配制成膨润土泥浆，用一半管道注入膨润土泥浆，每环注入6～8方；高分子聚合物两性聚丙烯酰胺的体积百分浓度为1％～3％，用另一半管道注入高分子聚合物两性聚丙烯酰胺溶液，每环注入50L～60L。

所述的它们之中的混合物是膨润土和泡沫剂的混合物，膨润土按1：3的膨水比配制成膨润土泥浆，泡沫剂配制成体积百分数3％～4％的溶液，将膨润土泥浆和泡沫剂按1：1的体积比混合后应用，混合液的注入体积为浅埋富水砂层土体总体积的12％～20％。

所述的复合土压平衡盾构机的掘进速度保持在30～50mm/min内，刀盘转速在1～1.6r/min；复合土压平衡盾构机的刀盘扭矩为1～3MN.m，千斤顶的推力为8000～13000kN。

所述的浅埋富水砂层是淤泥质粉细砂地层、或中粗砂地层、或它们的混合地层。

本发明的技术方案科学合理，简单易于实施，所取得的技术效果显著，成功地采用复合土压平衡盾构机穿越了浅埋富水砂层施工且取得满意的施工质量，保证了工期。

附图说明

附图1是隧道地质剖面示意图；

附图2是本发明方法的监测环的刀盘扭矩实测图；