盾构在复杂地层中穿越市中心老城区建筑物施工方法.pdf

本发明涉及一种盾构在复杂地质情况下穿越市中心老城区建筑物施工方法，具体施工步骤：1、盾构在复杂地层中施工的总推力控制；2、盾构在复杂地层中施工的盾构姿态控制；3、盾构穿越建筑物微扰动施工控制技术；4、微扰动注浆控制技术；本发明的施工方法能解决在复杂地质情况下大面积、长距离穿越市中心老城区建筑物的时所遇到的总推力控制、盾构姿态控制、盾构施工及二次注浆对建筑物沉降控制等一系列施工问题。形成成熟的复杂地层中大面积、长距离穿越建筑物的施工工艺、施工技术，为今后地下空间开发向深层发展打下基础，解决了盾构在中心城区施工的局限性，保障地下盾构隧道工程开发的可持续发展和应用的广泛性。

1.  一种盾构在复杂地层中穿越市中心老城区建筑物施工方法，其特征在于，
具体施工步骤如下：
1）盾构在复杂地层中施工的总推力控制：
（1）使用超挖刀
（2）盾构机壳体减摩注浆
2）盾构在复杂地层中施工的盾构姿态控制：
（1）小半径曲线段纠偏控制
（2）纠偏量计算
（3）盾尾偏离值计算与盾尾间隙复核
（4）控制措施；
3）盾构穿越建筑物微扰动施工控制技术：
（1）土压力设定
（2）推进速度控制
（3）出土量控制
（4）盾构姿态控制
（5）同步注浆；
4）微扰动注浆控制技术：
（1）注浆孔布置
（2）施工流程
（3）浆液配比
（4）运输、浆液形成与注浆过程控制
（5）注浆压力和流量控制。

2.  根据权利要求1所述的盾构在复杂地层中穿越市中心老城区建筑物施工方法，其特征在于：所述使用超挖刀的具体方法：盾构机超深覆土施工时，开启盾构机上半周21点~9点位置的超挖刀，超挖量定为80mm，盾构机上半周开挖半径为3.25m，通过超挖刀刮松盾壳上半部的土体，降低钢板与土体间的摩擦系数，以减小侧摩阻力，随着超挖刀使用时间变长，总推力逐步减小，并稳定在5000KN。

3.  根据权利要求1所述的盾构在复杂地层中穿越市中心老城区建筑物施工方法，其特征在于：所述盾构机壳体减摩注浆的具体方法：在盾构机支承环位置1点、5点、8点、11点四个方向设置壳体外注入孔，通过外注入孔向外压注膨润土浆液，使膨润土浆液在盾构机壳体表面形成一层泥膜。

4.  根据权利要求1所述的盾构在复杂地层中穿越市中心老城区建筑物施工方法，其特征在于：所述小半径曲线段纠偏控制的具体方法：在施工时采取分段纠偏的方式，将每环隧道的掘进分为12小段，每段掘进长度100mm，根据设计轴线的线形事先每小段掘进的纠偏量和千斤顶行程差作为掘进施工时纠偏的控制值；实际施工时每推进一小段，测量一次千斤顶行程差，并根据需要测量盾构的姿态，并将测量数据与计算的控制值进行对比，发生偏离时及时采取调整盾构区域油压等措施对千斤顶行程差、盾构姿态进行调整。

盾构在复杂地层中穿越市中心老城区建筑物施工方法
技术领域
本发明涉及一种盾构在复杂地层中穿越建筑物的施工方法，尤其是一种盾构在大面积、长距离穿越市中心老城区建筑物施工方法。
背景技术
由于城市轨道交通建设仍有大量的现实需求，因此轨道交通建设越来越向深层地下空间和人口稠密的大面积成片建筑物穿越的方向发展，尤其是城市的中心城区，盾构法隧道穿越大面积成片的居民区建筑物已成为不可避免的趋势。
本发明针对盾构在复杂地质条件下大面积、长距离穿越市中心老城区建筑物施工的特点，对盾构在复杂地质条件下的盾构姿态控制、穿越建筑物的微扰动施工技术、微扰动注浆控制技术进行研究，发展出一套能够适应盾尾大面积成片穿越中心城区建筑物施工的新型盾构法施工技术，减少了盾构施工对周边老旧建筑物的影响，且为隧道线路规划提供了更多的选择，从宏观上降低地下盾构隧道工程开发利用的成本。通过一整套施工控制技术的推广与运用，可为全社会节约资源，提高经济效率。
发明内容
本发明是要提供一种盾构在复杂地层中穿越市中心老城区建筑物施工方法，该方法能减少盾构施工对周边老旧建筑物的影响，且为隧道线路规划提供了更多的选择，从宏观上降低地下盾构隧道工程开发利用的成本。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种盾构在复杂地层中穿越市中心老城区建筑物施工方法，其具体施工步骤如下：
1、盾构在复杂地层中施工的总推力控制：
（1）使用超挖刀
（2）盾构机壳体减摩注浆
2、盾构在复杂地层中施工的盾构姿态控制：
（1）小半径曲线段纠偏控制
（2）纠偏量计算
（3）盾尾偏离值计算与盾尾间隙复核
（4）控制措施。
3、盾构穿越建筑物微扰动施工控制技术：
（1）土压力设定
（2）推进速度控制
（3）出土量控制
（4）盾构姿态控制
（5）同步注浆。
4、微扰动注浆控制技术：
（1）注浆孔布置
（2）施工流程
（3）浆液配比
（4）运输、浆液形成与注浆过程控制
（5）注浆压力和流量控制。
所述使用超挖刀的具体方法：盾构机超深覆土施工时，开启盾构机上半周21点~9点位置的超挖刀，超挖量定为80mm，盾构机上半周开挖半径为3.25m，通过超挖刀刮松盾壳上半部的土体，降低钢板与土体间的摩擦系数，以减小侧摩阻力，随着超挖刀使用时间变长，总推力逐步减小，并稳定在5000KN。
所述盾构机壳体减摩注浆的具体方法：在盾构机支承环位置1点、5点、8点、11点四个方向设置壳体外注入孔，通过外注入孔向外压注膨润土浆液，使膨润土浆液在盾构机壳体表面形成一层泥膜。
所述小半径曲线段纠偏控制的具体方法：在施工时采取分段纠偏的方式，将每环隧道的掘进分为12小段，每段掘进长度100mm，根据设计轴线的线形事先每小段掘进的纠偏量和千斤顶行程差作为掘进施工时纠偏的控制值；实际施工时每推进一小段，测量一次千斤顶行程差，并根据需要测量盾构的姿态，并将测量数据与计算的控制值进行对比，发生偏离时及时采取调整盾构区域油压等措施对千斤顶行程差、盾构姿态进行调整。
本发明的有益效果是：
本发明能够实现盾构在复杂地质条件下大面积、长距离穿越市中心老城区建筑物施工，应用盾构在复杂地质条件下的盾构姿态控制、穿越建筑物的微扰动施工技术、微扰动注浆控制技术，发展出一套能够适应盾尾大面积成片穿越中心城区建筑物施工的新型盾构法施工技术，减少了盾构施工对周边老旧建筑物的影响，且为隧道线路规划提供了更多的选择，从宏观上降低地下盾构隧道工程开发利用的成本。通过一整套施工控制技术的推广与运用，可为全社会节约资源，提高经济效率。
附图说明
图1是土压平衡盾构原理图；
图2是注浆孔布置图；
图3是注浆施工流程图。
具体实施方式
一种盾构在复杂地层中穿越市中心老城区建筑物施工方法，其具体施工步骤如下：
1、盾构在复杂地层中施工的总推力控制；
（1）使用超挖刀
盾构机超深覆土施工时，壳体上半部的侧摩阻力远大于下半部的侧摩阻力，所以开启盾构机上半周21点~9点位置超挖刀，超挖量定为80mm，盾构机上半周实际开挖半径为3.25m，通过超挖刀刮松盾壳上半部的土体，降低钢板与土体间的摩擦系数，以减小侧摩阻力。随着超挖刀使用时间变长，总推力的减小量可逐步稳定在约5000KN。
（2）盾构机壳体减摩注浆
盾构机支承环位置1点、5点、8点、11点四个方向设置壳体外注入孔，通过外注入孔向外压注膨润土浆液，使膨润土浆液在盾构机壳体表面形成一层泥膜。
① 膨润土浆液配比：
每拌桶（1.6m³）膨润土土掺加量为250kg。
② 膨润土浆液拌制要求：
加料顺序：拌制膨润土土浆应先加水，后加入膨润土土；新制膨润土土浆需存放一段时间，经充分水化溶胀后方能使用；浆桶内的膨润土土浆应经常搅动，避免沉淀或离析；
③ 膨润土浆液性能指标：
膨润土土浆应对其泥浆比重进行控制，适当的比重有利于浆液在盾构机壳体表面形成有效的泥膜，膨润土土浆液比重一般控制在1.04~1.06。
④ 膨润土浆液施工参数：
注浆压力确定：为确保膨润土浆液充分打入土体内并盾构机表面形成泥膜，注浆压力以外部土压力为参考值，在超深覆土的工况条件下，以0.5MPa作为控制指标。
注浆量的确定：每环压注膨润土浆约1.2m³，压注6环后，理论上可在盾构机壳体表面形成一道5cm厚的泥膜。
注浆顺序选择：盾构机切口环外周4个注入孔相互切换压注，压注量4个孔相对均匀，可根据注浆压力进行调节。
2、盾构在复杂地层中施工的盾构姿态控制；
（1）小半径曲线段纠偏控制
在施工时采取分段纠偏的方式，将每环隧道的掘进分为12小段（1.2m）和10段（1m），每段掘进长度100mm，根据设计轴线的线形事先每小段掘进的纠偏量和千斤顶行程差作为掘进施工时纠偏的控制值。实际施工时每推进一小段，测量一次千斤顶行程差，并根据需要测量盾构的姿态，并将测量数据与计算的控制值进行对比，发生偏离时及时采取调整盾构区域油压等措施对千斤顶行程差、盾构姿态进行调整。
（2）纠偏量计算
在拟合纠偏过程中使盾构切口中心始终位于设计轴线上即始终使盾构切口中心和千斤顶靴板断面处中心连线（前方中心线）位于设计轴线的割线位置，隧道对设计轴线的拟合效果最好且超挖量最小。因此假定盾构机千斤顶完全回缩时千斤顶前端长度为L₀，后端长度为L₁，管片环宽为B，每环掘进时拟合纠偏的过程就是将盾构前方中心线从以已完成隧道最前端中心点为起点、长度为L₀的割线沿设计轴线逐步调整到长度为L₀+B的割线的过程，由此可计算出盾构掘进一环过程中各阶段的千斤顶行程差理论控制值Δl，计算公式如下：
Δl=(L₀+l)*d/R
其中R为设计轴线半径，d为千斤顶布置圆环的的直径，l为推进长度。
（3）盾尾偏离值计算与盾尾间隙复核
根据以上拟合纠偏状态设定，盾构在掘进时其切口应始终位于设计轴线上，因此，在对设计轴线拟合过程中，切口水平方向的偏离值的理论控制值始终为0。因拟合纠偏始终保持千斤顶靴板断面中心和切口中心连线位于设计轴线的割线上，因此，盾尾存在一定量的向曲线外侧的偏离值，这个偏离值可根据盾构轴线与设计轴线在千斤顶靴板中心处切线之间的夹角计算，计算公式为：
ε=(L₀+l)(L₁-B)/2R
由于盾尾间隙的限制，盾构纠偏幅度过大会造成盾尾没有间隙，造成管片拼装错台、管片破碎等质量问题，故盾构纠偏幅度必须确保在纠偏过程中盾尾保留一定量的盾尾间隙。因此，对拟合纠偏的理论计算还必须对盾尾间隙值进行复核。在对设计轴线的拟合纠偏时，盾尾间隙的变小是由于盾构轴线与已拼装管片之间存在的夹角造成盾尾向曲线外侧偏离造成的，故盾尾间隙的变小量与盾尾偏离量ε相同，此时盾尾间隙的最小值应为盾尾间隙的标准值减去盾尾偏离量ε，由此计算各分段的最小盾尾间隙值见下表。从计算看，盾尾间隙的余量可以满足对350m圆曲线的拟合纠偏要求。
小半径曲线纠偏量计算表（R=349.851，环宽1.2m）