本发明涉及水盾构施工
技术领域：
，具体涉及一种既有运营地铁下的盾构水平冷冻始发施工方法。
背景技术：
：盾构施工隧道的工法已经成为城市中轨道交通的常用方法。根据《城市轨道交通结构安全保护技术规范》(cjj/t202-2013)中第3.1.2条规定：地下车站和隧道结构外边线外侧50m内应设置控制保护区，且洞门环梁施工对既有运营地铁站存在影响。为保证既有运营地铁站的安全，在盾构掘进长度达到100米，洞门环梁施工完成后，才可完全排除盾构施工对既有运营地铁站的影响。因此盾构始发成为了盾构施工技术中的一大关键环节，也作为盾构施工隧道中主要施工风险之一。为保证既有运营地铁下盾构水平冷冻始发施工的顺利进行，在施工前必须做好图纸会审、设计交底、测量、试验、施工方案及技术交底、安全交底等技术准备工作。同时必须提前做好施工现场及工、料、机等施工准备。为了保证在既有运营地铁下的盾构洞门水平冷冻加固施工安全、平稳、顺利的完成，先亟需一种专用施工方法来减少水平冷冻施工过程中导致的地层变形和水土流失。技术实现要素：本发明的目的在于针对上述现有技术存在缺陷，提供一种既有运营地铁下的盾构水平冷冻始发施工方法；本方法能够有效地控制钻孔和拔管施工过程水土的流失、冻胀融沉的控制、冻结帷幕加固效果，进而减少水平冷冻施工过程中导致的地层变形和水土流失。本发明的技术方案为：一种既有运营地铁下的盾构水平冷冻始发施工方法，具体包括：步骤一：盾构始发前盾构始发洞门水平冷冻加固利用水平冻结孔冻结加固地层；步骤二：盾构在既有运营地铁下始发始发洞门水平冷冻加固，同时布设监控网并制作始发导台；进行车站底板后配套及铺设电瓶车轨道，然后组装后配套拖车；安装洞门帘布压板，并在洞门环内加焊盾尾刷；然后组装盾构机主机，同时完成与后配套连接；对盾构进行调试并安装反力架及支撑；拼装负环管片，盾构空推至距洞门1.5m；对始发条件进行验收后破除洞门，再整平掌子面；然后再拔除盾构推进范围内冻结管，令盾构始发进入洞门后想成完善的洞门密封系统；然后再对盾尾通过洞门帘布开始同步注浆，盾构正常掘进，完成盾构的始发；步骤三：始发后洞内二次注浆在盾尾进入洞门环密封后，开始同步注浆；解冻后，在隧道内进行适当的跟踪二次注浆。进一步地，步骤一所述水平冻结孔在钻孔中需要实施保护措施；所述保护措施具体包括钻孔前保护措施、钻孔中保护措施以及冻结帷幕加固效果的保证措施。进一步地，所述钻孔前保护措施具体为设置降水井：在钻孔施工前进行辅助降水，降低钻孔施工时涌水涌沙的施工风险，且施工中如发生事故可以及时进行降水处理。进一步地，所述钻孔中保护措施具体为：1)钻孔前，对钻孔位置进行精确的测量定位，定位开孔及孔口管安装依据施工基准点，按冻结孔施工图布置冻结孔，根据各孔孔位在洞门上定位开孔；2)根据放样冻结孔孔位点位固定开孔机，开孔器开孔及调整钻机钻进时校对冻结孔的角度，然后对地连墙进行一次开孔，外圈冻结开孔深度为1300mm～1800mm；一次开孔开结束后，及时安装孔口管密封与防喷装置并用高强度膨胀丝加固，然后安装球阀，然后采用金刚石钻头进行二次开孔，开透车站围护结构，退出开孔机后，及时关闭球阀；二次开孔结束后仔细检查孔口管密封、球阀有无漏水点，如有漏水及时采用注浆封堵处理。更进一步地，所述防喷装置安装方法为：安好四个膨胀螺丝，而后在孔口管的鱼鳞扣上缠好密封物，将孔口管砸进去，与膨胀螺丝连接，装上球阀，用金刚石钻头从阀内开孔，一直将洞门开穿，及时关闭阀门；能够有效地确保不会发生涌水、涌砂现象的发生，可起到防喷装置作用。进一步地，所述冻结帷幕加固效果的保证措施具体包括：在冻结壁附近车站底板内墙敷设60～80mm的保温层；保温层采用阻燃的软质塑料泡沫软板，导热系数≤0.04w/mh，吸水率应≤02％，敷设范围大于冻土帷幕边界外0.5m；由于混凝土相对于土层容易散热，会影响土层的冻结速度，从而影响冻结帷幕的整体稳定性和封水性，因此进行保温层的设置能够有效地避免此问题。进一步地，步骤二所述洞门密封系统的具体安装工艺为：采用橡胶帘布、带翻板的圆环板用螺栓固定在预埋的洞门钢环上的方式进行洞门密封，盾构通过后翻板连同橡胶帘布共同作用对洞门进行密封。进一步地，步骤三所述注浆在隧道内的顺序为隧道底板→隧道两侧→隧道顶板。进一步地，步骤三所述注浆的具体工艺为：在注浆前先选择合适的注浆孔位，戴上注浆单向逆止阀后，用电锤钻穿该孔位混凝土，接上三通及水泥浆管；注浆时，直接注入纯水泥浆液，在一个孔注浆完成后应等待5～10分钟后将该注浆头打开疏通查看注入效果，如果水量很大，应再次注入，至有较少水流出时可终孔，最后拆除注浆头并用快速水泥砂浆对注浆孔进行封堵，带上塑料盖，并进行下一个注浆孔；过二次注浆及时填充管片背面的空腔与冻土融化时的沉降量，使地层没有发生变形和积水的空间，同时同步注浆的凝结，可以有效地控制地面下沉，保护既有运营地铁站；同时二次注浆可以减小隧道后方未凝固的浆液对掘进及盾尾刷的影响。与现有技术相比，本发明的有益效果为：1、本发明采用水平冷冻法进行既有运营地铁下的盾构始发施工，能够利用水平冻结孔冻结加固地层，使盾构机洞口范围内土体冻结成强度高、不透水的板块，为破洞门提供条件；2、本发明方法能够减少水平冷冻施工过程中导致的地层变形和水土流失；其能够有效地控制钻孔和拔管施工过程水土的流失、冻胀融沉的控制、冻结帷幕加固效果的保证，进而为水平冷冻加固阶段保护既有运营地铁提供有效手段；3、利用各项保护措施能够有效地保证在既有运营地铁下的盾构洞门水平冷冻加固施工安全、平稳、顺利的完成；适合大量推广。具体实施方式实施例1：一种既有运营地铁下的盾构水平冷冻始发施工方法，具体包括：步骤一：盾构始发前盾构始发洞门水平冷冻加固利用水平冻结孔冻结加固地层；其中，水平冻结孔在钻孔中需要实施保护措施；保护措施具体包括钻孔前保护措施、钻孔中保护措施以及冻结帷幕加固效果的保证措施；钻孔前保护措施具体为设置降水井：在钻孔施工前进行辅助降水，降低钻孔施工时涌水涌沙的施工风险，且施工中如发生事故可以及时进行降水处理；步骤二：盾构在既有运营地铁下始发始发洞门水平冷冻加固，同时布设监控网并制作始发导台；进行车站底板后配套及铺设电瓶车轨道，然后组装后配套拖车；安装洞门帘布压板，并在洞门环内加焊盾尾刷；然后组装盾构机主机，同时完成与后配套连接；对盾构进行调试并安装反力架及支撑；拼装负环管片，盾构空推至距洞门1.5m；对始发条件进行验收后破除洞门，再整平掌子面；然后再拔除盾构推进范围内冻结管，令盾构始发进入洞门后想成完善的洞门密封系统；然后再对盾尾通过洞门帘布开始同步注浆，盾构正常掘进，完成盾构的始发；其中，洞门密封系统的具体安装工艺为：采用橡胶帘布、带翻板的圆环板用螺栓固定在预埋的洞门钢环上的方式进行洞门密封，盾构通过后翻板连同橡胶帘布共同作用对洞门进行密封；步骤三：始发后洞内二次注浆在盾尾进入洞门环密封后，开始同步注浆；解冻后，在隧道内进行适当的跟踪二次注浆；其中，注浆在隧道内的顺序为隧道底板→隧道两侧→隧道顶板；注浆的具体工艺为：在注浆前先选择合适的注浆孔位，戴上注浆单向逆止阀后，用电锤钻穿该孔位混凝土，接上三通及水泥浆管；注浆时，直接注入纯水泥浆液，在一个孔注浆完成后应等待8分钟后将该注浆头打开疏通查看注入效果，如果水量很大，应再次注入，至有较少水流出时可终孔，最后拆除注浆头并用快速水泥砂浆对注浆孔进行封堵，带上塑料盖，并进行下一个注浆孔。实施例2：与实施例1不同的是：钻孔中保护措施具体为：1)钻孔前，对钻孔位置进行精确的测量定位，定位开孔及孔口管安装依据施工基准点，按冻结孔施工图布置冻结孔，根据各孔孔位在洞门上定位开孔；2)根据放样冻结孔孔位点位固定开孔机，开孔器开孔及调整钻机钻进时校对冻结孔的角度，然后对地连墙进行一次开孔，外圈冻结开孔深度为1500mm；一次开孔开结束后，及时安装孔口管密封与防喷装置并用高强度膨胀丝加固，然后安装球阀，然后采用金刚石钻头进行二次开孔，开透车站围护结构，退出开孔机后，及时关闭球阀；二次开孔结束后仔细检查孔口管密封、球阀有无漏水点，如有漏水及时采用注浆封堵处理。防喷装置安装方法为：安好四个膨胀螺丝，而后在孔口管的鱼鳞扣上缠好密封物，将孔口管砸进去，与膨胀螺丝连接，装上球阀，用金刚石钻头从阀内开孔，一直将洞门开穿，及时关闭阀门。实施例3：与实施例2不同的是：冻结帷幕加固效果的保证措施具体包括：在冻结壁附近车站底板内墙敷设60mm的保温层；保温层采用阻燃的软质塑料泡沫软板，导热系数≤0.04w/mh，吸水率应≤02％，敷设范围大于冻土帷幕边界外0.5m。应用例：利用实施3方法对某市运营地铁2号线下盾构水平冷冻始发进行施工；在施工前必须做好图纸会审、设计交底、测量、试验、施工方案及技术交底、安全交底等技术准备工作。同时必须提前做好施工现场及工、料、机等施工准备。步骤一：对始发洞门水平冷冻加固进行专项设计：(1)始发洞门冻结加固设计采用“杯形”冻结壁进行土体加固，杯壁厚度≥1.5m，杯底厚3.0m～3.562m，杯长12m。冻结壁设计平均温度为不高于-10℃；经加固土体无侧向抗压强度3.6mpa，抗拉强度不小于2mpa，抗弯强度不小于1.8mpa，抗剪强度不小于1.5mpa。(2)冻结孔的布置：盾构始发洞门水平冻结孔为三层环形布置，中心孔位于冻结帷幕中心，中心圈层间距为1.35m，最外圈层距1.2m。中心孔为n8，内层n1～n7，中层z1～z15，外层w1～w34，在需凿除冻土位置补b1冻结孔，共计58个。具体参数如下表所示：区间左线始发洞门冻结孔特征一览表区间右线始发洞门冻结孔特征一览表(3)测温孔的布置：区间盾构始发洞门冻结帷幕共布置7个测温孔(w31处增设1处测温孔)。测温管均选用φ89×8mm无缝钢管，管前端焊接密封，确保管内不得渗水。测温管如下表所示：区间左线始发洞门测温孔特征一览表编号数量(根)单孔长度(m)偏角(°)规格备注c1115.1000φ89*8c2115.1000φ89*8c3115.1000φ89*8c4115.1000φ89*8c515.0000φ89*8盾构始发时需要拔除c615.0000φ89*8盾构始发时需要拔除c715.0000φ89*8盾构始发时需要拔除合计775.4区间右线始发洞门测温孔特征一览表编号数量(根)单孔长度(m)偏角(°)规格备注c1115.3000φ89*8c2115.3000φ89*8c3115.3000φ89*8c4115.3000φ89*8c515.2000φ89*8盾构始发时需要拔除c615.2000φ89*8盾构始发时需要拔除c715.2000φ89*8盾构始发时需要拔除合计776.8(4)冻结壁设计：主要参数如下表：始发洞门冻结壁冻结主要技术参数表进行具体施工：步骤一：盾构始发前盾构始发洞门水平冷冻加固利用水平冻结孔冻结加固地层；钻孔前保护措施具体为设置降水井：在钻孔施工前进行辅助降水，降低钻孔施工时涌水涌沙的施工风险，且施工中如发生事故可以及时进行降水处理。进行水平冻结孔钻孔中进行以下保护措施：(1)钻孔前，对钻孔位置进行精确的测量定位，定位开孔及孔口管安装依据施工基准点，按冻结孔施工图布置冻结孔。根据各孔孔位在洞门上定位开孔，避免因孔位偏差而进行补孔而导致的涌水涌沙。(2)二次开孔：一次开孔选用j-200型金刚石钻机，配ф140mm金刚石取芯钻头开孔。根据放样冻结孔孔位点位固定开孔机，开孔器开孔及调整钻机钻进时要认真校对冻结孔的角度然后对地连墙进行一次开孔，外圈冻结开孔深度为1500mm(需先打透车站主体结构侧墙900mm，然后钻进车站围护结构600mm)；一次开孔开结束后，及时安装孔口管密封与防喷装置并用高强度膨胀丝加固，然后安装φ125mm球阀，安装球阀前，必须检查球阀完好性，包括球阀启闭，密封，和外观破损情况等；然后采用φ110mm金刚石钻头进行二次开孔，开透车站围护结构，退出开孔机后，及时关闭球阀。二次开孔结束后仔细检查孔口管密封、球阀有无漏水点，如有漏水及时采用注浆封堵处理。(3)安装防喷装置的具体方法为：安好四个膨胀螺丝，而后在孔口管的鱼鳞扣上缠好麻丝或棉丝等密封物，将孔口管砸进去，与膨胀螺丝连接，装上dn125球阀，用ф98mm金刚石钻头从阀内开孔，一直将洞门开穿，这时，如地层内的水砂流量大，可及时关闭阀门，确保不会发生涌水、涌砂现象的发生，可起到防喷装置作用。(4)冻结管下入钻孔内前要先配管，保证冻结管同心轴线重合，焊接时，焊缝要饱满，保证冻结管有足够强度，以免钻孔时冻结管抱钻、断裂，避免因补孔而导致的涌水涌沙。(5)正常钻进时，采用现场加工的单向阀镶嵌钻头，优先采用无水钻进，这样可以减少水土的流失，对控制地面和隧道的沉降十分有利。如钻进困难，采用带水钻进。冻结管到达设计深度后冲洗单向阀，并密封冻结管端部。(6)在钻进过程中，如发生水土流失，可根据每日对地面与既有2号线车站的监测情况，及时通过安装在孔口管部位的旁通阀对土体进行补压浆，以单液浆为主(外圈孔进行压浆处理，对后期外侧冻结孔割除创造条件)，以控制钻孔对周边环境的影响。(7)加强地面监测，一旦出现单次沉降大于3mm，应立即从地面进行注浆。(8)备足木塞、棉纱、聚氨酯等应急材料，随时进行封堵，避免大量涌水涌沙。(9)在左右线中间位置避开地下管线增设三个降水井。在钻孔施工前进行辅助降水，降低钻孔施工时涌水涌沙的施工风险，且施工中如发生事故可以及时进行降水处理。进行冻结帷幕加固效果的保证措施具体包括：(1)合理布置冻结孔位，实现最佳冻结效果，加快冻结速度。通过检测确认冻结壁厚度、平均温度达到设计要求，再进行洞门破除和盾构始发施工。(2)在冻结壁形成期间，冻结壁外200m区域内的透水砂层中不得采取降水措施，并且冻结区内土层中不得有集中水流。在积极冻结过程中增设辅助地面巡查人员重点查看有无降水作业。另外即使在此范围外，不同工地如果有同时降水作业，会造成相应的地下水流动，如果在冻结范围内地下水流失超过5m/d，需要考虑应对措施。积极冻结前应做相关调查。目前在车站南端头井内有3口降水井，均在车站北盾构吊装井附近，我单位已与相关单位加强联系，在开始实施冷冻时停止降水。(3)由于混凝土相对于土层容易散热，会影响土层的冻结速度，从而影响冻结帷幕的整体稳定性和封水性。在冻结壁附近车站底板内墙敷设保温层，保温层采用阻燃的软质塑料泡沫软板，厚度60mm，导热系数不大于0.04w/mh，吸水率应不大于2％。敷设范围不小于冻土帷幕边界外0.5m，采用保温板材时，应采用专用胶水将保温板密贴在内壁上，板材之间不得有缝隙。并且冷冻机组的蒸发器及低温管路用棉絮保温，盐水箱和盐水干管用40mm厚的保温板或棉絮保温。(4)冻结孔单孔盐水流量按冻结孔串联长度确定，以不小于5m3/h为佳；设计积极冻结时间30天，积极冻结7天盐水温度降至-18℃以下，积极冻结15天盐水温度降至-24℃以下，拔除冻结管前盐水温度降至-28℃以下，去、回路盐水温差不大于2℃。如盐水温度和盐水流量达不到设计要求，应延长积极冻结时间，保证达到设计的冻结壁厚度及温度。集配液圈与冻结管用高压胶管连接，每组冻结管的进出口各装阀门一个，以便控制盐水流量。(5)洞门施工过程中应加强监测，当土层与地连墙交界面处平均温度不高于-5℃。其它部位设计冻结壁平均温度为-10℃时，冻结壁达到加固效果要求。(6)测温判断冻结帷幕交圈并达到设计厚度且与地连墙完全胶结后，可进入维护冻结阶段。维护冻结期温度为-28℃以下，冻结时间贯穿盾构机始发到洞门环梁的制作。保证在盾构始发至洞门环梁制作期间冻结加固的效果。步骤二：盾构在既有运营地铁下始发始发洞门水平冷冻加固，同时布设监控网并制作始发导台；进行车站底板后配套及铺设电瓶车轨道，然后组装后配套拖车；安装洞门帘布压板，并在洞门环内加焊盾尾刷；然后组装盾构机主机，同时完成与后配套连接；对盾构进行调试并安装反力架及支撑；拼装负环管片，盾构空推至距洞门1.5m；对始发条件进行验收后破除洞门，再整平掌子面；然后再拔除盾构推进范围内冻结管，令盾构始发进入洞门后想成完善的洞门密封系统；然后再对盾尾通过洞门帘布开始同步注浆，盾构正常掘进，完成盾构的始发；步骤三：始发后洞内二次注浆在盾尾进入洞门环密封后，开始同步注浆；解冻后，在隧道内进行适当的跟踪二次注浆；其中，注浆材料以单液浆为主，双液浆为辅。水泥水玻璃溶液配比为水泥浆与水玻璃溶液体积比例为1:1，其中水泥浆水灰比为1:1，水玻璃溶液采用b35～b40水玻璃加2倍体积的水稀释。当前第1页12