[发明专利]一种洞门延长钢环始发掘进施工工法

权利要求书

1.一种洞门延长钢环始发掘进施工工法，其特征在于：包括如下步骤：

1)盾构始发端头加固

①加固方案选择：工程实施过程中，综合采用大管棚和袖阀管注浆加固技术，同时加固隧道拱顶地层及始发端地面，同时对端头地层进行管井降水；

②大管棚注浆加固：始发端头洞门拱顶120°范围采用大管棚注浆加固；管棚采用φ108mm、壁厚6mm、无缝钢管，单根管棚长10m，管棚孔口位于洞门拱部开挖轮廓线外200mm位置，钢管环向中心间距400mm、外插角1°；管棚采用分节加工制作，分节长度为3m×2+4m，节与节之间采用丝扣法连接，相邻两根管棚接头的错接长度不小于1.0m；

③袖阀管注浆加固：始发段隧道埋深较浅，隧道拱顶覆盖土大部分为杂填土，为有效降低盾构始发过程中地面沉降过大，对始发段地面进行袖阀管注浆加固；加固平面范围：长度8m、宽度12m，加固深度范围：自地面至隧道中心深度范围；孔眼直径80mm、孔间距800mm，呈梅花型布置；

④管井降水：盾构始发端头主要稳定含水层为上部粉质粘土与下伏泥岩之间的砂卵土层，最深基坑底位于卵石层中，卵石层渗透系数为20m/d，水量比较丰富；为保证始发安全，盾构始发前将地下水水位降至基底1m以下，盾构始发端地层采用管井降水，降水井底位于含水层，通过降水参数计算，始发端头布置4口管井，降水参数计算采用潜水完整井模型；管井采用φ300mm的混凝土管，井深为20m，沿始发井基坑两侧对称布置；

2)密集建筑物群地基加固

盾构通过前对地基采用地面袖阀管劈裂注浆法进行加固，劈裂注浆加固采用预注浆和跟踪注浆两种方式；盾构通过之前施作袖阀管，对房屋基础及地层进行预加固；加固范围根据隧道的埋深情况，从隧道外侧结构外延15m；房屋基础周边设两排注浆孔，第一排距离房屋基础1～1.5m，第二排距离房屋基础2.5～4m；在距离隧道1倍洞径6m范围内袖阀管钻孔间距为1m，在1倍洞径至15m间袖阀管钻孔间距为2m；在靠近房屋的第一排钻孔加密至1m，直接加固房屋基础下地层，其中预埋管搭设范围覆盖整个加固区域；钻孔的深度直孔为3～4m；袖阀管注浆完成一周后，对注浆加固区进行随机钻孔取芯检测，无侧限抗压强度达到1MPa以上即达到加固效果；盾构到达房屋下方、盾构通过后，地表根据监测情况进行跟踪注浆；

3)始发井口后配套台车的轨道铺设

盾构机后配套台车吊装下井后，用电机车将其依次拖引至指定位置，进行连接、组装；在盾体下井前及负环拆除后，始发井口位置需要进行轨道铺设，为弥补高差，本工程拟将轨道铺设于自加工马镫上；马镫高度H根据现场实测数据进行调整；隧道轨枕采用150H型钢轨枕，轴向间距为1米布置；压板与轨道连接方式：压板螺栓直径20mm，长度60mm；轨道压板长度为80mm、宽度60mm、厚度15mm，压板孔位于压板中心位置，直径为22mm；带开口的压板开口长度20mm，开口深度7.5mm；

4)洞门延长钢环安装

盾构隧道范围内围护桩均采用玻璃纤维筋，围护桩桩径1500mm，间距1800mm，为减少了进出洞风险，同时为了避免施工过程中掌子面塌陷不利影响，我部采用洞门延长钢环施工技术，可降低掌子面暴露风险，避免掌子面暴露太久发生失稳坍塌；同时考虑到本标段是最后一个始发的标段，施工工期压力较大，通过使用延长钢环技术，可有效提高盾构始发进度，与盾构始发凿桩相比，效率可提前3天；延长钢环长度为700mm；

5)制作洞门延长钢环

加工制作盾构钢环，按工程结构图纸制作盾构钢环，钢环采用10mm厚的A3钢板制作而成，其内径为Φ6700mm，制作精度直径允差20mm；由于运输和安装的需要，钢环分成四块等份制作，即每分块90°圆弧，每块重0.35t，钢环内侧及边缘沿端墙与内衬墙预埋钢环焊接成整体，安装盾构延长环钢中必须与隧道中心相吻合，

6)盾构钢环安装

洞门中心测量定位→钢环轮廓测量定位→下半环钢环下井拼装定位→测量复核检查→下半环两块钢环接缝焊接→上半环钢环下井拼装定位→测量整环复核检查→上、下半环接缝焊接连接→安装完成；

7)洞口密封安装

在盾构始发掘进时，为了防止洞内水和回填注浆沿着盾构机外壳向洞口方向流出，在内衬墙上的盾构机入口洞圈周围安装环行密封橡胶板止水装置，该装置在内衬墙入口洞圈周围安装设有M20螺孔的预埋板A，用螺栓将密封橡胶板、压紧环板B和折叶压板栓连在预埋环板A上，考虑到使用了延长钢环，这些相应的都安装在洞门延长钢环上，延长钢环与之前端墙施工进行螺栓连接；当盾构机沿推进方向掘进时，带铰接的扇形压板被盾构机带动向顺时针方向转动，并支撑密封橡胶板，封闭在Φ6250mm的盾体外径处，止住水向始发井内流入；当盾体通过洞门密封装置后，橡胶帘布紧缩，压住扇形压板，防止水流沿管片外径向始发井内流入，同时也防止同步注浆浆液外溢；在试掘进100m完成后、拆除负环管片后，将B压板、扇形压板、密封橡胶帘布和螺栓拆除清洁后，按同样的安装方法将密封装置安装至到达洞门，为盾构机到站的密封止水使用；密封环的安装安排在盾构机下井组装调试完成、洞门外层砼凿除之后、围护桩最后一层钢筋拆除之前进行；洞门密封装置安装时，需注意橡胶帘布及扇形压板的安装方向，橡胶帘布端头的凸起方向与盾构掘进方向相同；

8)定位安装始发架和反力架

盾构始发托架的安装应注意出洞段隧道所处的线路平、纵面曲线条件、确保盾构中心轴线的坡度与隧道设计轴线度相适应；结合始发井、洞门环梁实测尺寸标高、盾构机盾体尺寸、既有始发架尺寸，对始发架进行平面、高程定位计算，以此作为始发架安装、加固的依据；考虑后续洞门延长钢环、反力架基准环安装，始发架沿线路方向定位：前端距始发端墙700mm、以便后续延长钢环安装，末端距拟定反力架基准环100mm、以便后续反力架基准环安装；始发架沿隧道断面方向定位：始发架中线与隧道中线重合；考虑到始发后盾构机的“栽头”沉降因素，结合洞门实测圆心高程，始发架前端高程按盾构中心较设计轴线抬高24mm控制；根据设计线路纵坡、洞门实测圆心高程计算盾体后端圆心高程来控制始发架后端高程；反力架的安装关键在于确保反力架加固效果并控制基准环圆心高程、反力架立柱倾斜角度；按设计对反力架进行精确的定位，反力架的整体倾斜度应与始发架的安装坡度一致，以保证盾构机始发姿态的准确；因始发井底板纵坡达到35％，为确保反力架基准环与盾构机千斤顶垂直接触，利用自制角度检测器严格控制反力架立柱倾斜角度，同时，采用型钢加固反力架防止其受力后变形；为确保反力架加固效果，保证始发安全，结合盾构机始发阶段推力，对加固后的反力架结构进行安全验算；

9)负环拼装

始发拼装7环负环+1环0环，采用通缝拼装，封顶块点位为11点；负7环管片通过特殊短螺栓连接加工好的墩柱后在与反力架焊接，在拼装L1、L2块时需要将墩柱通过事先加工的“7”字板加固，然后再在拆入封顶快；负7环管片与反力架连接牢固；0环及以后进洞管片拼装相同，采用错缝拼装；拼装第一环负环需现场施工人员仔细复核好测量班已给的标记点位置；确保一次成型，不返工；当继续拼装负环管片时，盾尾内的负环管片将陆续移出，在盾构机前段焊接顶撑，每环一次焊接和割除工作，除利用木楔将管片支垫于始发托架上，在每环管片推出盾尾后，在管片外的支撑三角架纵向工字钢及始发台轨道上用木制楔子及时进行支垫，将管片压力均匀的传递给三角架和托架；为了负环管片安装稳定和承担掘进时的推力，除采用三角支撑架稳定负环管片外，每环管片还采用钢丝绳，组装成紧箍负环管片绳具，绳具两端钩在始发托架上，将管片环箍紧；盾构始发阶段80m，盾构在始发段掘进，对地面沉降控制尤为重要；盾构始发推进时保证姿态，匀速通过，同时控制同步注浆和二次补浆，必要时采取地面加固措施，盾构机在直线上始发，但盾构机掘进至LLXDK0+333.4时进入缓和曲线，此时盾构机掘进至第8环，洞门封堵刚刚结束，施工时应提前考虑，保证盾构机姿态以及管片姿态在规范规定范围内；盾构始发时为35％大下坡，始发时应注意防止电瓶车溜车，提前做好电瓶车防溜车措施，确保联络线盾构机的安全顺利始发为保证盾构机在以3-6-2稍密卵石、3-6-3中密卵石、3-6-4密实卵石为主要地层的顺利掘进，在始发掘进前检查滚刀的转动情况，确保所有滚刀可以人力扳转，不能人力扳转的滚刀予以替换；

10)盾构始发试掘进

始发时盾构机的掘进参数如推力、扭矩受托架和反力架限制，因此始发段的土体稳定主要由土仓内碴土的土压支撑来保证；土仓压力由地层变化测量反复对照设定，或者采用停止掘进时密闭土仓内的土压力为基础，设定土仓内的平衡土压值；在刀盘面板上喷注泡沫以减小掘进时与前方岩体的摩擦及土仓内碴土与刀盘、土仓壁的摩擦，可减小刀盘的驱动力矩；始发时刀盘接触工作面初期，事先关闭螺旋输送机出土闸门，通过预先往土仓注入1/2土仓容积的膨润土，启动刀盘掘进，当土仓充满2/3的渣土时，逐步启动螺旋输送机，打开出土闸门排土，在掘进过程中不断将实际出土量与理论出土量进行比较，是土压管理的重要措施；如遇断带裂隙水较多时，若清水涌来，以卸压排放为主；如遇水中带泥含沙可将土仓碴土量增加至满仓土，掘进通过；总推力以不超过8000KN考虑。