阅读说明：本技术 一种隧道盾构掘进始发端头孤石区盾构机的掘进参数的控制工艺 (Tunneling parameter control process of tunnel shield tunneling starting end boulder area shield tunneling machine ) 是由 孙振川 王凯 杨振兴 郭璐 李凤远 周建军 陈桥 王发民 孙飞祥 潘东江 于 2019-11-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种隧道盾构掘进始发端头孤石区盾构机的掘进参数的控制工艺,针对隧道存在孤石的情况,通过泥仓建压、盾构推进速度控制、渣土开挖量的控制、同步注浆及二次注浆的控制,基本消除孤石的存在对盾构施工的影响,实现盾构施工的安全顺利进行。(The invention discloses a control process of tunneling parameters of a tunnel shield tunneling starting end boulder area shield tunneling machine, aiming at the situation that boulders exist in a tunnel, the influence of the boulders on shield construction is basically eliminated through mud chamber pressure building, shield propulsion speed control, muck excavation amount control, synchronous grouting and secondary grouting control, and the safe and smooth shield construction is realized.)

一种隧道盾构掘进始发端头孤石区盾构机的掘进参数的控制 工艺

技术领域

本发明涉及一种盾构机掘进工艺，具体涉及一种隧道盾构掘进始发端头孤石区盾构机的掘进参数的控制工艺。

背景技术

近年来，随着社会不断发展，越来越多的轨道交通建设在大规模进行，基岩受地质构造条件、岩浆成分和围岩物质成分的控制和影响，在风化过程中很容易发育出未风化或者微风化的坚硬球状体，即“孤石”，在施工过程中将会遇到更复杂的工程地质条件，也将面临更多更难的工程地质问题。盾构施工自动化、信息化程度高，已成为我国地铁隧道施工的主要方式，孤石的存在对盾构施工影响极大，容易导致地面沉降和设备损坏，从而影响工期。

发明内容

本发明针对待挖掘隧道段孤石强度高、厚度大、分布范围广的特点，为了盾构施工的安全顺利进行，提供一种隧道盾构掘进始发端头孤石区盾构机的掘进参数的控制工艺。

一种隧道盾构掘进始发端头孤石区盾构机的掘进参数的控制工艺。包括以下步骤：

（1）泥仓建压

盾构孤石区掘进段，洞身上部以淤泥为主，洞地层以淤泥、淤泥质土及部分粉质粘土为主，地层透水性不强，以土粒与孔隙水共同组成的土体作为对象，直接用土的饱和重度计算侧压力，该段压力计算采用水土合算的计算方式确定：

Pa=γ*H*Ka+p

式中：γ--地层饱和重度(kN/m³)；

H--隧道顶部埋深(m)；

Ka--主动土压力系数Ka=tan2（45°-φ/2）；

p--地面荷载；

φ--地层内摩擦角度；

（2）盾构推进速度控制

始发端头孤石区掘进时，掘进参数要适时调整，根据孤石掘进刀具低贯入度的要求，严格控制盾构推进速度，结合贯入度、刀盘转速要求，孤石掘进速度设定为6-10mm/min；

（3）渣土开挖量的控制

渣土开挖量是泥水平衡盾构施工管理中的重要参数之一，根据进、排浆的流量计和密度仪测定的各种流量和密度，可以得出每环的实际开挖量：

B＝

式中：B―开挖量

Q、S―出浆流量、进浆流量(根据盾构流量计得出)

δ、β―出浆比重、进浆比重(根据盾构比重计得出)

t―每环掘进时间

每环盾构掘进设计开挖量：

B'=π*(D/2)²*(ρ₁N₁+ρ₂N₂+...ρ_nN_n)

式中：B'―设计开挖量

D―隧道开挖直径，

ρn―对应地层密度

Nn―n号地层在开挖面中占比。

进一步地，所述还包括步骤（4）同步注浆及二次注浆的控制，包括以下步骤：

①同步注浆

当盾尾通过两道洞门钢丝刷密封后进入洞内20cm时，进行盾尾注浆，孤石段掘进同步注浆采用水泥砂浆；注浆时必须密切关注洞门密封装置的变形情况，出现漏浆及时停止注浆，根据具体情况及时采取相应的措施进行处理；

在盾构掘进过程中进行同步注浆及时填充脱出盾尾管片背后的环形间隙，保证浆液填充饱满，注浆浆液选择复合砂；为有效控制管片上浮量，尽早稳定管片，减少管片在盾构掘进过程中出现应力集中破损；适当缩短水泥砂浆初凝时间，凝结时间在3～6h左右，浆液的强度不小于2.5Mpa。

②二次注浆

孤石段掘进应加强二次注浆施工，进一步控制管片上浮，在衬砌管片外弧面形成隔水封闭环，有效减少管片所受到的地下水浮力；

根据施工情况，在掘进过程中或管片安装完成后，若发生盾尾管片漏水、管片较大上浮、地表发生较大沉降或发生突发险情时，启动二次注浆系统；注浆材料采用水泥～水玻璃双液浆，注浆顺序从底部注浆孔左右对称向上注浆，水泥采用P.O 42.5普通水泥，水灰比采用1：1；玻美度控制在25～35be之间；水泥浆：水玻璃体积比1：1，双液浆凝固时间为40S左右，注浆压力0.5～0.6MPa注浆时必须密切关注洞门密封装置的变形情况，出现漏浆及时停止注浆，可采用间歇性注浆方法。

进一步地，所述步骤（2）盾构掘进速度控制时，

①盾构启动时，盾构司机需检查千斤顶是否顶实，开始推进和结束推进之前加速度不宜过大。每环掘进开始时，应逐步缓慢提高掘进速度，防止启动速度过大冲击刀具。

②每环正常掘进过程中，掘进速度值应尽量保持衡定，减少波动，以保证切口水压稳定和送、排泥管的畅通。在调整掘进速度时，应逐步调整，避免速度突变对地层造成冲击扰动和造成切口水压摆动过大。

③推进速度的快慢必须满足每环掘进注浆量的要求，保证同步注浆系统始终处于良好工作状态。

④掘进速度选取时，采用低速、低贯入度掘进，避免速度过大时掘进孤石对盾构机刀盘、刀具造成非正常损坏。

进一步地，所述步骤（3）渣土开挖量的控制措施为：

(1)合理建压，注意掘进过程中仓内压力调整，做好掘进过程中参数的总结分析，结合地表沉降监测数据、海面水位变化情况、地质变化情况进行建压值调整；

(2)泥浆参数优化调整。根据掘进过程中的不同地层的性质，做好对应泥浆参数调整。在砂质等渗透性较大地层，注意适当增大泥浆比重，在开挖面形成有效泥膜，支撑开挖面土体。

(3)切口压力控制，保持开挖仓压力稳定，掘进过程中尽量减少压力波动，控制气垫仓液位稳定，对粘性较大地层加强泥浆循环，避免滞排、堵仓等因素造成压力波动大，引起开挖面坍塌。

本发明提供的隧道盾构掘进始发端头孤石区盾构机的掘进参数的控制工艺，针对隧道存在孤石的情况，通过泥仓建压、盾构推进速度控制、渣土开挖量的控制、同步注浆及二次注浆的控制，基本消除孤石的存在对盾构施工的影响，实现盾构施工的安全顺利进行。

具体实施方式

本发明一种隧道盾构掘进始发端头孤石区盾构机的掘进参数的控制工艺。包括以下步骤：

（1）泥仓建压

盾构孤石区掘进段，洞身上部以淤泥为主，洞地层以淤泥、淤泥质土及部分粉质粘土为主，地层透水性不强，以土粒与孔隙水共同组成的土体作为对象，直接用土的饱和重度计算侧压力，该段压力计算采用水土合算的计算方式确定：

Pa=γ*H*Ka+p

式中：γ--地层饱和重度(kN/m³)；

H--隧道顶部埋深(m)；

Ka--主动土压力系数Ka=tan2（45°-φ/2）；

p--地面荷载；

φ--地层内摩擦角度；

（2）盾构推进速度控制

始发端头孤石区掘进时，掘进参数要适时调整，根据孤石掘进刀具低贯入度的要求，严格控制盾构推进速度，结合贯入度、刀盘转速要求，孤石掘进速度设定为8mm/min；

（3）渣土开挖量的控制

渣土开挖量是泥水平衡盾构施工管理中的重要参数之一，根据进、排浆的流量计和密度仪测定的各种流量和密度，可以得出每环的实际开挖量：

B＝

式中：B―开挖量

Q、S―出浆流量、进浆流量(根据盾构流量计得出)

δ、β―出浆比重、进浆比重(根据盾构比重计得出)

t―每环掘进时间

每环盾构掘进设计开挖量：

B'=π*(D/2)²*(ρ₁N₁+ρ₂N₂+...ρ_nN_n)

式中：B'―设计开挖量

D―隧道开挖直径，

ρn―对应地层密度

Nn―n号地层在开挖面中占比。

（4）同步注浆及二次注浆的控制，包括以下步骤：

①同步注浆

当盾尾通过两道洞门钢丝刷密封后进入洞内20cm时，进行盾尾注浆，孤石段掘进同步注浆采用水泥砂浆；注浆时必须密切关注洞门密封装置的变形情况，出现漏浆及时停止注浆，根据具体情况及时采取相应的措施进行处理；

在盾构掘进过程中进行同步注浆及时填充脱出盾尾管片背后的环形间隙，保证浆液填充饱满，注浆浆液选择复合砂；为有效控制管片上浮量，尽早稳定管片，减少管片在盾构掘进过程中出现应力集中破损；适当缩短水泥砂浆初凝时间，凝结时间在3～6h左右，浆液的强度不小于2.5Mpa。

②二次注浆

孤石段掘进应加强二次注浆施工，进一步控制管片上浮，在衬砌管片外弧面形成隔水封闭环，有效减少管片所受到的地下水浮力；

根据施工情况，在掘进过程中或管片安装完成后，若发生盾尾管片漏水、管片较大上浮、地表发生较大沉降或发生突发险情时，启动二次注浆系统；注浆材料采用水泥～水玻璃双液浆，注浆顺序从底部注浆孔左右对称向上注浆，水泥采用P.O 42.5普通水泥，水灰比采用1：1；玻美度控制在25～35be之间；水泥浆：水玻璃体积比1：1，双液浆凝固时间为40S左右，注浆压力0.5～0.6MPa注浆时必须密切关注洞门密封装置的变形情况，出现漏浆及时停止注浆，可采用间歇性注浆方法。

进一步地，所述步骤（2）盾构掘进速度控制时，

①盾构启动时，盾构司机需检查千斤顶是否顶实，开始推进和结束推进之前加速度不宜过大。每环掘进开始时，应逐步缓慢提高掘进速度，防止启动速度过大冲击刀具。

②每环正常掘进过程中，掘进速度值应尽量保持衡定，减少波动，以保证切口水压稳定和送、排泥管的畅通。在调整掘进速度时，应逐步调整，避免速度突变对地层造成冲击扰动和造成切口水压摆动过大。

③推进速度的快慢必须满足每环掘进注浆量的要求，保证同步注浆系统始终处于良好工作状态。

④掘进速度选取时，采用低速、低贯入度掘进，避免速度过大时掘进孤石对盾构机刀盘、刀具造成非正常损坏。

进一步地，所述步骤（3）渣土开挖量的控制措施为：

(1)合理建压，注意掘进过程中仓内压力调整，做好掘进过程中参数的总结分析，结合地表沉降监测数据、海面水位变化情况、地质变化情况进行建压值调整；

(2)泥浆参数优化调整。根据掘进过程中的不同地层的性质，做好对应泥浆参数调整。在砂质等渗透性较大地层，注意适当增大泥浆比重，在开挖面形成有效泥膜，支撑开挖面土体。

(3)切口压力控制，保持开挖仓压力稳定，掘进过程中尽量减少压力波动，控制气垫仓液位稳定，对粘性较大地层加强泥浆循环，避免滞排、堵仓等因素造成压力波动大，引起开挖面坍塌。

本发明提供的隧道盾构掘进始发端头孤石区盾构机的掘进参数的控制工艺，针对隧道存在孤石的情况，通过泥仓建压、盾构推进速度控制、渣土开挖量的控制、同步注浆及二次注浆的控制，基本消除孤石的存在对盾构施工的影响，实现盾构施工的安全顺利进行。