一种盾构长距离掘进常压换刀配套的地层加固方法技术领域
本发明涉及一种富水砂卵石地层中盾构长距离掘进常压换刀配套的地层加固方法，应用于砂卵石地层中盾构长距离掘进盾构停机换刀位置处的地层加固。
背景技术
随着城市轨道交通及城际铁路的发展，盾构法成为修筑地下隧道的主要工法。盾构在砂卵石地层中长距离掘进时，刀盘刀具磨损比较严重，为确保盾构正常掘进，每掘进一段距离需要对盾构刀盘进行检修、对刀具进行检查更换。在富水砂卵石地层中更换刀具、检修刀盘，安全风险非常大。
如小数量更换刀具，可采取置换高粘度泥浆的辅助措施带压进仓换刀作业；如小规模换刀，可采取地面深孔注浆加固地层的辅助措施，带压进仓作业；如大规模更换刀具、检修刀盘，通常在换刀地点设置临时竖井进行常压作业。设置临时竖井，存在施工周期长、施工占地大、对周围环境影响大、工程投资高等问题。因此，为解决设置竖井进行常压换刀、检修刀盘的问题，非常有必要研究一种快捷、高效、节省工程投资的辅助措施，进行常压更换刀具、检修刀盘。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术中盾构机在砂卵石地层中长距离掘进过程中刀具更换、刀盘检修的安全技术问题，提供了一种施工效率高、工程费用少、安全可靠、可实施性强的盾构长距离掘进常压换刀配套的地层加固方法。
本发明为解决这一问题所采取的技术方案是：
一种盾构长距离掘进常压换刀配套的地层加固方法，是在盾构机拟停机换刀位置处采用钻孔桩+桩间注浆加固地层，在加固体中施作检修工作井。关键是提高盾构停机附近地层的稳定性和密实性；重点是在加固体内施作圆形检修工作井，通过旋转刀盘实现整个刀盘的刀具更换、刀盘检修。
该方法包括如下步骤：
首先，在盾构机拟停机位置施作钻孔桩，隧道中线位置处采用咬合桩；钻孔桩桩间布设注浆管，对钻孔桩桩间土体进行注浆加固；
其次，在地层加固范围内、停机刀盘的前面施作一圆形竖井，作为检修工作井；在检修工作井内设置爬梯，作为工作人员进出通道；
再次，盾构掘进至检修工作井位置后停机，逐渐调至常压状态，在工作井内更换刀具、检修刀盘；
最后，刀盘检修和刀具更换完成后，拆除检修工作井内的爬梯，采用素混凝土回填检修工作井，然后恢复盾构掘进。
其中，钻孔桩设置有三排，排间距1m，靠近刀盘一侧的两排钻孔桩的桩间距1.5m，第三排钻孔桩的桩间距1.2m；钻孔桩的底部位于盾构机底以下不小于3m。
检修工作井的直径为2.0m，检修工作井井底设置集水槽，集水槽顶部铺设盖板；刀盘检修和刀具更换完成后，拆除集水槽及盖板。
更换刀具的过程中，通过旋转刀盘来实现整个刀盘上刀具的更换和刀盘检修。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明所述的盾构换刀配套的钻孔桩+桩间注浆地层加固辅助措施，施工占地小，对周边环境影响小，施工工艺成熟、效率高，工程投资低；地层加固改良效果明显，加固体密实性好；可操作性强，安全可靠，适用于富水砂卵石地层中盾构机长距离掘进常压换刀辅助的地层加固改良。
附图说明
图1是本发明的盾构停机换刀地层加固时刀盘未进入加固体的平面示意图；
图2是本发明的盾构停机换刀地层加固时刀盘进入加固体停机后的平面示意图；
图3是本发明的盾构停机换刀地层加固及工作井的纵断面示意图；
图4是本发明的盾构停机换刀地层加固及工作井的横断面示意图。
附图中主要部件符号说明：
1：盾构机主机2：盾壳
3：刀盘4：中心刀
5：刀具6：盾构机轴线
7：钻孔桩8：咬合桩
9：注浆管10：检修工作井
11：爬梯12：集水槽
13：加固体14：盖板。
具体实施方式
以下参照附图和具体实施例对本发明的盾构长距离掘进常压换刀配套的地层加固方法进行详细的说明。下面描述的具体实施例仅是本发明的最佳实施方式，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的盾构长距离掘进常压换刀配套的地层加固方法，是在盾构机拟停机换刀位置，采用地面钻孔桩+桩间注浆对地层进行加固改良，以提高地层稳定性和密实性；在加固体中采用旋挖钻机施作一个圆形工作井，在工作井内，通过刀盘旋转实现刀盘检修、刀具更换。
该方法包括如下步骤：
首先，在盾构机拟停机换刀位置，在地面施作钻孔桩7，加固体13中间位置、隧道中线位置处施作咬合桩8；为提高桩间土体的稳定性和密实性，桩间布设注浆管9，对桩间土体进行注浆加固。
其次，钻孔桩7及地面注浆加固完成后，在加固体13中间部位，采用大直径旋挖钻机引孔施作直径2.0～2.5m的圆形竖井，作为刀具更换、刀盘检修的检修工作井10。检修工作井的井底深至刀盘3中心以下1.8m。为方便人员进出，在井壁设置爬梯11；井底设置集水槽12，集水槽顶部铺设盖板14，通过机排将加固地层的渗漏水抽排至地面。
再次，盾构机主机1掘进至检修工作井10位置后停机，刀盘3及中心刀4伸入检修工作井10内，逐渐调至常压状态，在检修工作井10内更换刀具5和检修刀盘3。更换刀具的过程中，通过盾构机主机1旋转刀盘3，来实现整个刀盘上刀具的更换、刀盘检修。
最后，刀盘检修、刀具更换完成后，拆除检修工作井10内的临时设施，采用素混凝土回填，然后恢复盾构掘进。
具体步骤如下：
1、盾构停机换刀位置地层加固
（1）盾构停机换刀位置处布设三排直径1.0m钻孔桩，排距1m，靠近刀盘一侧的两排钻孔桩间距1.5m，第三排钻孔桩桩间距1.2m，钻孔桩交叉布设；横断面钻孔桩布设宽度：盾构机两侧外不小于1.5m；钻孔桩深度：盾构机底以下不小于3m。钻孔桩浇筑C15混凝土，桩内设置玻璃纤维筋。中间部位的咬合桩布设参数为：直径1000mm，间距850mm。
（2）钻孔桩实施完成后，在钻孔桩间布设注浆管进行注浆加固改良桩间土体。
注浆参数：
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注浆管采用直径42mm的PVC袖阀管；
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注浆管布设间距0.75m，注浆管孔深与钻孔桩深度相同；
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注浆材料：采用普通水泥浆（W/C=1:1），浆液初凝时间不得大于5小时。浆液中掺加补偿收缩的微膨胀剂。
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注浆工艺：后退式分段注浆。
2、施作检修工作井
（1）在加固体中间位置，用旋挖钻机钻取直径2.0m的圆形竖井作为检修工作井，井底位于盾构机轴线以下1.8m。
（2）在检修工作井底部设置集水槽，用于地层渗漏水的汇集。集水槽尺寸600mm×600mm×500mm，顶部铺设钢板盖板。在集水槽底部放置小型水泵，将渗漏水排出地面。
（3）为便于人员出入，在检修工作井侧壁安装爬梯。
3、刀具检修与更换、刀盘检修
（1）盾构掘进至检修竖井位置后停机，逐渐调至常压状态。刀盘进入检修工作井内，中心刀进入检修工作井中约700mm。通过旋转刀盘，来实现整个刀盘上刀具的更换、刀盘检修。
（2）一个角度的刀盘检修、刀具更换完成之后，撤出人员和设备，刀盘旋转至另一个角度，进行同样的工作流程，直至整个刀盘面板检修、刀具更换完成。
4、竖井回填处理
刀盘检修、刀具更换完成后，撤出工作人员、拆除井内临时设施，拆除爬梯，采用C15素混凝土将检修工作井回填密实，然后恢复盾构掘进。
本发明所述的富水砂卵石地层中盾构长距离掘进常压换刀配套的地层加固，施工占地小，对周边环境影响小，施工工艺成熟、效率高，工程投资低；地层加固改良效果明显，加固体密实性好；可操作性强，安全可靠。可适用于砂卵石地层中盾构长距离掘进盾构停机换刀位置的地层加固。