深基坑高水压小作业空间下泥水盾构分体始发施工方法
阅读说明：本技术 深基坑高水压小作业空间下泥水盾构分体始发施工方法 (Slurry shield split starting construction method under deep foundation pit high water pressure small operation space ) 是由 孟绥宝 杜弘喆 冯慧君 俞然刚 詹森 王尧 周耀升 骆超锋 李培国 王澜涛 石宝 于 2021-07-09 设计创作，主要内容包括：本发明属于海底隧道施工技术领域,公开了一种深基坑高水压小作业空间下泥水盾构分体始发施工方法,盾尾密封装置的改进,采用U型素地下连续墙施工措施,一阶段把盾构机主体部分下井组装,第一台车下井置于一侧,桥架与盾体相连,桥架与第一台车上的进浆泵进口和进浆管路用橡胶软管相连,长度满足盾构分体要求；二阶段将第一台车调直并与桥架连接,再将第二台车下井与第一台车连接,设备进行调通；三阶段将剩余后配套台车及设备下井组装,并及时拆除反力架、始发钢套筒和负环管片,进入正常掘进。本发明将盾构分体始发分为三大阶段,适用于深基坑高水压小作业空间下的盾构分体始发施工,有效降低了施工成本和难度,节约了施工工期。(The invention belongs to the technical field of submarine tunnel construction, and discloses a slurry shield split starting construction method under a deep foundation pit high water pressure small operation space, wherein a shield tail sealing device is improved, U-shaped plain underground continuous wall construction measures are adopted, a main body part of a shield machine is assembled in a well in one stage, a first trolley is arranged at one side in the well, a bridge frame is connected with a shield body, the bridge frame is connected with a slurry inlet pump inlet and a slurry inlet pipeline on the first trolley through rubber hoses, and the length meets the shield split requirement; secondly, aligning and connecting the first trolley with the bridge, then connecting the second trolley with the first trolley, and communicating the equipment; and in the third stage, the residual matched trolley and equipment are put into the well for assembly, and the reaction frame, the starting steel sleeve and the negative ring pipe piece are timely dismantled for normal tunneling. The invention divides the shield split starting into three stages, is suitable for the shield split starting construction under the high water pressure small operation space of the deep foundation pit, effectively reduces the construction cost and difficulty and saves the construction period.)
技术领域
本发明属于海底隧道施工
技术领域
，尤其涉及一种深基坑高水压小作业空间下泥水盾构分体始发施工方法。背景技术
在目前的海底隧道施工中，盾构法因其施工安全、稳定，对周围环境影响小等特点，已经成为海底隧道施工的主要方法。盾构法施工技术分为始发、掘进，接收这三个施工阶段，其中盾构始发作业是泥水盾构法施工中的一个难点。
盾构机整体始发作业时，始发井长度要大于盾构机的整体总长，盾构机可以在地面上装配好后再吊装下井组装，进行整体始发掘进。在实际施工情况下，由于场地条件的限制会出现作业空间不足，无法进行盾构机整体始发，这时需采用盾构机分体施工方法，先将盾构机主体和部分台车吊装下井调试，并始发一定距离后；再将剩余配套台车依次下井组装，调试后完成始发作业，开始正常掘进施工。
在一些特殊的施工条件下，当始发井的埋深比较大时，即水压非常高，泥水盾构分体始发施工将成为一大难题，如何在这种大埋深高水压小空间条件下也能够顺利实现泥水盾构分体始发，已成为本领域的技术人员亟待解决的一个关键问题。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：如何在这种大埋深高水压小空间条件下也能够顺利实现泥水盾构分体始发。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种深基坑高水压小作业空间下泥水盾构分体始发施工方法。
本发明是这样实现的，一种深基坑高水压小作业空间下泥水盾构分体始发施工方法，所述深基坑高水压小作业空间下泥水盾构分体始发施工方法包括：
针对高水压条件，盾构设备的盾尾密封采用四道盾尾刷设计，最后一道尾刷采用弹簧板；
在端头加固措施中，采用U型素地下连续墙施工；
将钢套筒与盾构机主机下井组装，平移至始发端头进行定位，安装始发基座、负环，将桥架下井与盾体连接；再将第一台车下井平移至垂直于线路方向摆放，并与桥架连接；从泥水分离站引出进排浆管，引至井下，垂直于底板；此时第二台车-第六台车放置于地面上利用延长管线与第一台车相连，井下设备进行第一次调试；
将第一台车调直并与桥架连接，再将第二台车下井与第一台车连接；第二台车尾部的进排浆管上安装弯头，并将管路接头引至合适位置，通过橡胶软管与井下相应管路相连；此时第三台车-第六台车放置于地面上利用延长管线与第二台车相连，井下设备进行联合调试；
将剩余后配套台车及设备依次下井组装，并及时拆除反力架、始发钢套筒和负环管片；型钢支架架设，并将进排浆管路通过管片车与型钢支架引入隧道，与后配备台车的管路延伸装置相连，在井下合适位置架设排浆泵；与相应管路相连，再从盾构机上引出的进排浆管路另一端与井下相应管路相连；所有设备下井后，整个盾构系统进行整体调试，进入盾构正常掘进阶段。
进一步，U型素地下连续墙成槽施工，成槽采用抓斗抓取法施工工艺，根据抓斗斗体的开度，确定主孔和副孔长度；施工中先抓取主孔，再抓取副孔。
进一步，挖槽控制泥浆的液面，泥浆液位在地下水位1m以上，不低于导墙顶面0.3m，液位下落要及时补浆。
进一步，U型素地下连续墙刷壁施工，在连续墙接头处对先行幅墙体接缝进行刷壁清洗，接头墙壁土渣和泥皮采用吊机悬挂钢丝刷壁器慢速沉入槽底部，再中速提升刷壁器，使刷壁器贴紧墙体接头面刷壁，在接头处上下反复清刷不少于20次，直至完全清除土渣和泥皮为止。
进一步，U型素地下连续墙混凝土灌注，混凝土灌注采用导管法施工，导管选用D＝250的圆形螺旋快速接头类型；用混凝土浇筑架将导管吊入槽段规定位置，导管顶部安装方形漏斗。
进一步，型钢支架每隔3m架设一根，并将进排浆管路通过管片车与型钢支架引入隧道。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述深基坑高水压小作业空间下泥水盾构分体始发施工方法的深基坑高水压小作业空间下泥水盾构分体始发施工装置，所述深基坑高水压小作业空间下泥水盾构分体始发施工装置包括：始发井、盾构机、管片、桥架、反力架、第一台车、连接管线、第二台车、第三台车、第四台车、第五台车、第六台车、进浆管、钢支撑、钢套筒、施工平台；
第一台车下井平移至垂直于线路方向摆放，第一台车与桥架连接，钢套筒与盾构机主机从始发端井口中间位置下井组装，并平移至始发端头进行定位与安装；桥架的下井与盾体连接；进排浆管从泥水分离站引出，引至井下，垂直于底板；
桥架与第一台车上的进浆泵进口和进浆管路用橡胶软管相连，进浆泵出口与排浆管路用弯头相连，同时延长桥架与第一台车之间的其他管线；
第二台车、第三台车、第四台车、第五台车、第六台车放置于地面上利用延长管线与第一台车相连；
第一台车调直并与桥架连接，再将第二台车下井与第一台车连接；
第二台车尾部的进排浆管上安装弯头，通过橡胶软管与井下相应管路相连；
进排浆管路通过管片车与型钢支架引入隧道，与第五台车的管路延伸装置相连；在井下合适位置架设进浆泵，并于相应管路相连；从盾构机上引出的进排浆管路另一端与井下相应管路相连。
进一步，管片运输采用最后一节管片小车，每次运输3块管片；
负环管片上粘贴止水条，并在钢套筒内进行拼装；
第一台车和第二台车进洞，在40m。
进一步，水平运输编组为一节电瓶车、两节管片车、一节砂浆车。
进一步，水平运输编组为一节电瓶车、三节管片车、一节砂浆车，增加的管片车放置于电瓶车头前，用于运输泥浆管路。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明最大限度利用盾构机原有设备，减少对原有设备的改造和取消不必要的设备；有利于盾构机的下井安装及始发阶段掘进完成后地面后配套台车的下井；减少井下台车与台车之间连接管线长度从而降低经济成本及能耗；能够快速完成始发阶段掘进；不占用地面必要的工作面。在这种高水压富水地层中，地下水与海水有水力联系，水头压力大，受海水潮汐影响明显，采用U型素地下连续墙能有效防止涌水涌沙，防止风井结构受损，地表沉降。
本发明主要包括设备改进，端头加固措施工作和始发流程的三个阶段：盾尾密封装置的改进，采用U型素地下连续墙施工措施，一阶段把盾构机主体部分下井组装，第一台车下井置于一侧，桥架与盾体相连，桥架与第一台车上的进浆泵进口和进浆管路用橡胶软管相连，长度满足盾构分体要求；二阶段将第一台车调直并与桥架连接，再将第二台车下井与第一台车连接，设备进行调通；三阶段将剩余后配套台车及设备下井组装，并及时拆除反力架、始发钢套筒和负环管片，进入正常掘进。本发明将盾构分体始发分为三大阶段，适用于深基坑高水压小作业空间下的盾构分体始发施工，有效降低了施工成本和难度，节约了施工工期。
与现有技术相比，本发明在不具备泥水盾构整体始发的条件下，针对高水压小作业空间情况下，对设备进行针对性的改进，端头加固措施中也进行针对性施工，并将盾体在始发井内分体组装，分体调试；通过合理布置台车位置、梳理施工顺序，将施工过程分为三个阶段，保证泥水盾构分体始发的高效性，从而降低施工作业成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的深基坑高水压小作业空间下泥水盾构分体始发施工方法。
图2是本发明实施例提供的大埋深泥水盾构分体始发结构示意图。
图3是本发明实施例提供的泥水盾构分体始发施工一阶段布置方式示意图。
图4是本发明实施例提供的泥水盾构分体始发施工二阶段布置方式示意图。
图5是本发明实施例提供的泥水盾构分体始发施工三阶段布置方式示意图。
图中：1、始发井；2、盾构机；3、管片；4、桥架；5、反力架；6、第一台车；7、连接管线；8、第二台车；9、第三台车；10、第四台车；11、第五台车；12、第六台车；13、进浆管；14、钢支撑；15、钢套筒；16、施工平台。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种深基坑高水压小作业空间下泥水盾构分体始发施工方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明提供的深基坑高水压小作业空间下泥水盾构分体始发施工方法包括以下步骤：
S101：针对高水压条件，盾构设备的盾尾密封采用四道盾尾刷设计，最后一道尾刷采用特殊设计，特制的弹簧板能够有效的防止泥浆进入尾刷内部。
S102：在端头加固措施中，采用U型素地下连续墙施工。
S103：将钢套筒与盾构机主机下井组装，平移至始发端头进行定位，安装始发基座、负环，将桥架下井与盾体连接，再将第一台车下井平移至垂直于线路方向摆放，并与桥架连接；从泥水分离站引出进排浆管，引至井下，垂直于底板。此时第二台车-第六台车放置于地面上利用延长管线与第一台车相连，井下设备进行第一次调试。
S104：将第一台车调直并与桥架连接，再将第二台车下井与第一台车连接；第二台车尾部的进排浆管上安装弯头，并将管路接头引至合适位置，通过橡胶软管与井下相应管路相连，此时第三台车-第六台车放置于地面上利用延长管线与第二台车相连，井下设备进行联合调试。
S105：将剩余后配套台车及设备依次下井组装，并及时拆除反力架、始发钢套筒和负环管片；型钢支架每隔3m架设一根，并将进排浆管路通过管片车与型钢支架引入隧道，与后配备台车的管路延伸装置相连，在井下合适位置架设排浆泵；与相应管路相连，再从盾构机上引出的进排浆管路另一端与井下相应管路相连。所有设备下井后，整个盾构系统进行整体调试，进入盾构正常掘进阶段。
本发明提供的深基坑高水压小作业空间下泥水盾构分体始发施工方法业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1的本发明提供的深基坑高水压小作业空间下泥水盾构分体始发施工方法仅仅是一个具体实施例而已。
本发明提供的深基坑高水压小作业空间下泥水盾构分体始发施工方法具体包括以下步骤：
第一步，针对高水压条件，对盾构设备进行相应改进，盾尾密封采用四道盾尾刷设计，最后一道尾刷采用特殊设计，特制的弹簧板能够有效的防止泥浆进入尾刷内部。
第二步，准备工作：在端头加固措施中，采用U型素地下连续墙施工。
第三步，一阶段：将钢套筒与盾构机主机下井组装，平移至始发端头进行定位，安装始发基座、负环，之后将桥架下井与盾体连接，再将第一台车下井平移至垂直于线路方向摆放，并与桥架连接。然后从泥水分离站引出进排浆管，引至井下，垂直于底板。此时第二台车～第六台车放置于地面上利用延长管线与第一台车相连，井下设备进行第一次调试。
第四步，二阶段：为了尽早的能启用同步注浆系统，在满足第一阶段掘进的条件后，将第一台车调直并与桥架连接，再将第二台车下井与第一台车连接。第二台车尾部的进排浆管上安装弯头，并将管路接头引至合适位置，通过橡胶软管与井下相应管路相连，此时第三台车～第六台车放置于地面上利用延长管线与第二台车相连，井下设备进行联合调试。
第五步，三阶段：在满足第二阶段掘进条件后，将剩余后配套台车及设备依次下井组装，并及时拆除反力架、始发钢套筒和负环管片。型钢支架每隔3m架设一根，并将进排浆管路通过管片车与型钢支架引入隧道，与后配备台车的管路延伸装置相连，在井下合适位置架设排浆泵，与相应管路相连，再从盾构机上引出的进排浆管路另一端与井下相应管路相连。所有设备下井后，整个盾构系统进行整体调试，之后进入盾构正常掘进阶段。
在第二步中，U型素地下连续墙导墙制作，导墙质量的好坏直接影响地下连续墙的边线和标高，是成槽导向、稳定泥浆液位、维护上部土体稳定、防止土体坍落的重要措施。
在第二步中，U型素地下连续墙成槽施工，成槽采用抓斗“抓取法”施工工艺，根据抓斗斗体的开度，合理确定主孔和副孔长度，施工中先抓取主孔，再抓取副孔，挖槽过程中控制泥浆的液面，保证泥浆液位在地下水位1m以上，并不低于导墙顶面0.3m，液位下落要及时补浆，以防塌方。
在第二步中，U型素地下连续墙刷壁施工，为提高接头处的抗渗及抗剪性能，在连续墙接头处对先行幅墙体接缝进行刷壁清洗，接头墙壁土渣和泥皮采用吊机悬挂钢丝刷壁器慢速沉入槽底部，再中速提升刷壁器，使刷壁器贴紧墙体接头面刷壁，在接头处上下反复清刷不少于20次，直至完全清除土渣和泥皮为止。
在第二步中，U型素地下连续墙混凝土灌注，混凝土的级配除了满足结构强度要求外，还要满足水下砼的施工要求，具有良好的和易性和流动性，并测试坍落度，混凝土灌注采用导管法施工，导管选用D＝250的圆形螺旋快速接头类型。用混凝土浇筑架将导管吊入槽段规定位置，导管顶部安装方形漏斗。
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。
如图2-图5所示，本发明提供的深基坑高水压小作业空间下泥水盾构分体始发施工装置包括：始发井1、盾构机2、管片3、桥架4、反力架5、第一台车6、连接管线7、第二台车8、第三台车9、第四台车10、第五台车11、第六台车12、进浆管13、钢支撑14、钢套筒15、施工平台16。具体包括以下施工步骤：
一、分体始发第一阶段施工步骤如下，
(1)将第一台车6下井平移至垂直于线路方向摆放，将第一台车6与桥架4连接。
(2)因需要避让风井围护结构混凝土支撑和钢支撑14，将钢套筒15与盾构机2主机从始发端井口中间位置下井组装，并平移至始发端头进行定位与安装。
(3)将桥架4下井与盾体连接。
(4)将进排浆管13从泥水分离站引出，引至井下，垂直于底板。
(5)将桥架4与第一台车6上的进浆泵进口和进浆管路用橡胶软管相连，橡胶管共2根，长度满足盾构分体要求，将进浆泵出口与排浆管路用弯头(同直径同材质钢管)相连，同时延长桥架4与第一台车6之间的其他管线。
(6)第二台车8、第三台车9、第四台车10、第五台车11、第六台车12放置于地面上利用延长管线与第一台车6相连。
(7)在所有管线连接之前，先将电瓶车与两节管片车放置井下，作为井下的水平运输设备。
(8)使用龙门吊来进行垂直运输。
(9)管片3运输采用最后一节管片小车，每次运输3块管片。
(10)负环管片上粘贴要求的止水条，并在钢套筒15内进行拼装。
(11)注浆优先采用同步注浆；当不满足同步注浆要求时采用二次注浆，注浆机、搅拌桶和注浆材料放置在距离电瓶车最近的一节管片车上，注入浆液为单液浆，注入环号与推进环数关系：注入环数与掘进环数中间间距3环，即掘进第4环利用二次注浆机进行第1环的注浆工作。
(12)该阶段掘进长度能够满足第一台车6和第二台车8进洞，在40m左右。
二、分体始发第二阶段施工步骤如下，
(1)由于同步注浆系统位于第二台车8，为了尽早的能启用同步注浆系统，在满足第一阶段掘进40m的条件后，将第一台车6调直并与桥架4连接，再将第二台车8下井与第一台车6连接。
(2)将第二台车8尾部的进排浆管上安装弯头，将管路接头引至合适位置，通过橡胶软管与井下相应管路相连。
(3)第三台车9、第四台车10、第五台车11、第六台车12放置于地面上利用延长管线与第二台车8相连。
(4)水平运输编组为一节电瓶车+两节管片车+一节砂浆车。
(5)使用龙门吊来进行垂直运输。
(6)注浆采用同步注浆，注浆压力应略高于泥水仓压力0.2bar。
(7)该阶段掘进约70m，能满足所有后配台车进洞。
三、分体始发第三阶段施工步骤如下，
(1)在满足第二阶段掘进约70m后，将剩余后配套台车及设备下井组装，并及时拆除反力架5、始发钢套筒15和负环管片。
(2)水平运输编组为一节电瓶车+三节管片车+一节砂浆车，增加的管片车放置于电瓶车头前，用于运输泥浆管路。
(3)使用龙门吊来进行垂直运输。
(4)将型钢支架每隔3m架设一根，并将进排浆管路(钢管)通过管片车与型钢支架引入隧道，与第五台车11的管路延伸装置相连。
(5)在井下合适位置架设进浆泵，并于相应管路相连。
(6)从盾构机2上引出的进排浆管路另一端与井下相应管路相连。
(7)该阶段之后进入盾构正常掘进阶段。
下面结合具体实施例对本发明的技术效果作详细的描述。
表1盾构始发时间安排
表2盾构施工设备配置表
序号
机械设备名称
型号
数量
设备来源
备注
1
泥水平衡式盾构机
Φ7020mm
2台
自有
2
龙门吊
45t
1台
自有
3
龙门吊
25t
2台
自有
4
分离设备
ZXSⅡ-1100/20
2台
自有
5
压滤设备
ZXYL-24
2台
自有
6
装载机
ZL50
3台
租赁
7
电瓶车
45t
6台
自有
8
充电机
KCA-150/380V
9台
自有
9
管片车
15t
14台
自有
10
砂浆车
8M3
5台
自有
11
轴流通风机
55×2
3个
自有
12
发电机
180kw
2台
自有
13
砂浆拌和站
2套
自有
14
冷却塔
35m<sup>3</sup>/h
4台
自有
15
污水泵
7.5kw、30m<sup>3</sup>/h
3台
自有
16
循环水增压泵
50m<sup>3</sup>/h
3台
自有
17
空压机
9m<sup>3</sup>
4台
自有
18
双液注浆机
3台
自有
19
液压千斤顶
带泵站100t
1套
自有
20
直流电焊机
2台
自有
21
中继泵
400kw
10台
自有
表3海瑞克S-888泥水盾构机参数表
序号
名称
尺寸
重量(t)
备注
1
刀盘
Φ7020mm×1686mm
78
2
前盾
Φ6990mm×2605mm
173
3
中盾
Φ6980mm×3740mm
152
4
盾尾
Φ6970mm×4464mm
60
5
行走梁及安装器
5600mm×5043mm×3966mm
23
6
桥架
12619mm×4600mm×3750mm
21
7
1号台车
10816mm×4700mm×3750mm
38.5
8
2号台车
13000mm×4600mm×3800mm
30
9
3号台车
11985mm×4600mm×3750mm
20
10
4号台车
11920mm×4600mm×3750mm
30.5
11
5号台车
11692mm×4860mm×3930mm
25
12
6号台车
10617mm×4465mm×3340mm
18
13
盾体总长(含刀盘)
10982mm
14
盾体总长(不含刀盘)
10186mm
15
整机总长/总重
约102m
约700t
16
盾尾间隙
75mm
表4中铁装备-152泥水盾构机参数表
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。