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申请/专利权人：中铁十六局集团第三工程有限公司;中铁十六局集团有限公司

摘要：本发明涉及地铁盾构施工技术领域，具体地说是一种小角度近距离立体交叉盾构下穿火车站的方法，本发明通过对火车站场景下特殊的工程地质、沉降做出充分特殊化分析的基础上，结合盾构施工过程中的掘进设置、土体改良、二次补浆等做出详细施工步骤的优化，通过时兼顾施工过程中的安全环节、技术加强环节、监测点设置等从而实现了对于盾构过程中的沉降控制，保障了盾构施工过程的稳定以及火车站的安全运行，为建筑物下穿越盾构施工提供了科学有效的指导。

主权项：1.一种小角度近距离立体交叉盾构下穿火车站的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，工程地质评价：S1-1，根据地层岩性和地下水的情况，通过对区间线路各部分的线路围岩、地下水量、地下水位以及地层土类型通过剖面分析用以判断其透水性；S1-2，分析盾构开挖面上的土层类型用以判断其对盾构线路偏离上的影响；S1-3，通过结合左右两线间距和洞间土体中的土层类型进行施工顺序的排布用以避免造成洞间土体的潜蚀、流砂、泥流及突涌现象。S2，工程沉降分析：结合盾构施工沉降规律，将盾构掘进施工对地面沉降影响分四个阶段进行控制：S2-1，通过设定合理的土仓平衡压力控制前期地面沉降；S2-2，通过合理的掘进参数，掘进时注入膨润土、泡沫剂改良盾体周围土体，降低掘进对土体的扰动；S2-3，在盾尾脱出管片后1～4天，通过同步注浆、二次补浆用以控制土体扰动后重新固结以及列车运行引起的地表沉降；S2-4，在穿越完成后5～15天内，盾构施工地层沉降规律以及考虑到列车行驶产生的动荷载效应，再次对地面沉降进行控制；S3，工程正式施工：S3-1，通过优化掘进参数来控制盾构开挖面的稳定；通过设定推进速度、调整排土量或设定排土量调整推进速度，用以实现土舱压力与地层压力的平衡；S3-2，在盾构掘进中，尽快在脱出盾构后的衬砌背面环形建筑空隙中充填足量的浆液材料，根据地质条件，确定浆液配比，注浆压力、注浆量及注浆起讫时间，用以减小和防止地面沉降；S3-3，盾构推进速度放缓、纠偏幅度不要过大、及时予以注浆、加强纠偏测量工作，用以减小盾构在曲线上推进时，盾构轴线较难控制导致的地层损失和地面沉降量；S3-4，在盾构掘进时采用加泥浆和泡沫的方式对土体进行改良，用以改善土体的流塑性，能更好的保持盾构土仓的土压，较好的控制土体变形，减少对列车股道的影响；S3-5，建立完善的监控量测系统，及时定期进行监测，用以及时调整盾构施工参数并采取技术措施；S3-6，安全环节卡控：通过对安全技术交底、盾构掘进、管片拼装、井口垂直吊装作业、电瓶车隧道运输、铁路沉降检测监测和地面巡视防护等作业活动的危险源进行卡控，用以保证施工安全；S3-7，技术加强措施：S3-7-1，增强二次补浆，注浆量为同步注浆量的30％左右，注浆压力0.2～0.25Mpa；S3-7-2，增加盾尾油脂用量，增加土体改良投入用以提高掌子面土体的塑流性，降低施工时刀盘扭矩；S3-7-3，利用盾构超前探测孔，采用粘度为45s～1min、压力为0.3～0.5MPa的膨润土浆液提前填充盾体与开挖轮廓间的空隙，用以进一步减小沉降速率及幅度；S3-7-4，对沉降较大或沉降速率较快地段可采用隧道内插管注浆方法，利用管片注浆孔打入长3mΦ20的钢花管，进行注浆加固迅速稳定土体，达到控制沉降目的；3-8，沉降控制指标：对地面的隆沉及轨道变形设置严格的专项监测控制标准用以确保周边安全，当发现监测点的变形值达到控制值的80％时提出预警，当测点的变形值达到或超过控制标准时，及时向有关部门报警；3-9，盾构施工参数控制：3-9-1，保土压、控出土，合理选择土压力和控制出土量，用以减小第一和第二阶段沉降；3-9-2，低扰动，控制总推力和刀盘扭矩，用以减小对周围地层扰动；3-9-3，合理选择推进速度，用以减小穿越段沉降；3-9-4，勤注浆，及时填补盾尾间隙，用以减小第三阶段由于盾尾土体应力释放造成的沉降；3-10，土压力控制：3-10-1，通过使用土压平衡盾构机，以土舱内的泥土压力来平衡刀盘前端水土压力，从而保证掌子面稳定；3-10-2，盾构机刀盘全部进入土层时，土仓内建立土压平衡模式；其中土压力Po范围是：水压力+主动土压力Po水压力+被动土压力；所述Po以相应的静止土压力为中心范围内作波动，对土压力Po设定实行动态管理，并根据覆土深度、地质条件和监测数据作相应的调整；3-10-3，正面平衡压力：Po＝k0γh；其中Po为包括地下水的平衡压力；γ为土体的平均重度；h为隧道埋深；k0为土的侧向静止平衡压力系数；3-10-4，在盾构通过铁路时，必须按照满仓土压平衡模式掘进，1号传感器波动值控制在±0.1bar；3-11，出土量控制：3-11-1，采用管片宽度为1.2m，经计算每环理论土方为38.97m3，考虑松散系数1.2～1.3，为46.76m3～50.66m3每环，实际每环出土量将控制在在48m3以内；3-11-2，对出土量的控制措施：3-11-2-1，控制好盾构机姿态、匀速推进，确保刀盘切削土体和螺旋输送器带出土体平衡；3-11-2-2，掘进时注泡沫剂，改善土体的和易性，排土顺畅；3-11-2-3，记录每环主要掘进参数、观察土质情况，统计出土量，指导下一环施工；3-12，同步注浆控制：盾构施工注浆材料为水+粉煤灰+膨润土+细砂+水泥；上述材料的浆液配比为：440:270:50:620:25；用以保证浆液具有无材料离析、流动性能好、充填性良好、无公害澄良好的性状；3-13，二次注浆管理：二次注浆进行边推进边通过管片吊装手孔向地层注浆，用以实现同步二次注浆的加强效果，注浆点位选择三点至九点以上孔位；注浆压力暂定：0.3MPa3-14，刀盘扭矩、转速和推力控制：针对此地层中粘土、粉土、粉砂特点，掘进过程中，掘进刀盘扭矩控制在130bar，总推力控制在800～1200吨左右，减少对周边土层的扰动；刀盘转速0.5～0.8rmin，刀盘扭矩小于，以减小对周围地层的扰动；3-15，掘进速度控制：推进速度控制在22mmmin左右；推进速度快，对总推力和刀盘扭矩要求大，同步注浆就不及时；推进速度慢，其由于穿越过慢，机身对土体扰动产生的第一、二阶段就越大，因此将速度严格控制在20mmmin～25mmmin之间；3-16，纠偏控制：控制好盾构推进轴线，并严格控制盾构姿态，避免盾构机频繁或大幅度调整姿态；在盾构进入火车站铁路范围前将盾构姿态调整到最佳状态，进入施工范围后严格按照设计轴线推进；同时加强盾构机姿态的人工复核盾构姿态，变化不可过大、过频，每环纵坡变化小于2‰，水平姿态纠偏量不宜超过5mm环，控制在3mm环内；3-17，盾尾防漏：盾构机在盾尾内有三道盾尾密封刷，密封刷之间用盾尾密封油脂填充，用于防止泥水进入隧道的作用；在盾构始发前对盾尾密封装置进行检修更换，穿越期间加大盾尾油脂的注入力度每环加注量控制在35～45kg，确保盾尾密封效果；3-18，土体改良：向土舱、刀盘内加入泡沫剂、膨润土改良土体，解决刀盘泥饼及喷涌现象的产生，同时降低刀盘扭矩，减小地层扰动，用于控制沉降；3-18-1，膨润土：利用加泥系统向刀盘注入膨润土，借助搅拌棒在密封土舱内将其与切削土混合，使之成为塑流性较好和不透水泥状土，以利于排土和使掘削面稳定；膨润土注入掺量15％；膨润土泥浆配合比为水：膨润土：外加剂＝10:1:0.2，膨润土为优质的钠基膨润土，外加剂为碱、CMC及超流化剂DAV，泥浆坍落度控制在20cm以内；3-18-2，泡沫剂：经管道输送到泡沫发生器产生泡沫，从而增加渣土的粘滞性，改善刀盘的工作环境，增加土仓的密封和便于渣土的运输；S4，施工监测：S4-1，监测作用：S4-1-1，认识各种因素土体变形的影响，了解施工过程中地表隆陷情况和规律，用以针对性地改进施工工艺和修改施工参数，减少地表和土体的变形；S4-1-2，了解盾构掘进过程中地表隆陷引起的建、构筑物沉降、倾斜情况，用以根据变形发展趋势采取有效保护措施以确保建筑物和管线的安全；S4-1-3，了解围岩与结构物的相互作用力及管片衬砌的变形情况，实现信息化施工；S4-1-4，研究岩土性质、地下水情况、施工方法与地表沉降和土体变形的关系积累数据；S4-2，监测内容：S4-2-1，监测项目包括：地表沉降、建筑物下沉、建筑物倾斜；S4-2-2，当发现监测点的变形值达到控制值的80％时提出预警，当测点的变形值达到或超过控制标准时，及时向有关部门报警；S4-3，监测设计：S4-3-1，设计准备：收集了相关资料，熟读图纸，对建筑物结构、施工现场、工程进度进行整体了解；先选取能控制住整体建筑物的点位，后根据建筑物与隧道关系的局部特征，加以调节、加密；S4-3-2，监测点布置：盾构隧道掘进至火车站区域时，从以下四个方面对火车站站场内进行监测：A轨面沉降监测；B路基沉降监测；C无柱雨棚沉降监测；D无柱雨棚倾斜监测；E24小时不间断监测点监测；在轨道面上，从隧道中心向两侧隔2m、5m、5m、5m、5m布设轨面沉降监测点，12条股道共布设沉降监测点；在上下行线中间布设普通路基沉降监测点；在路基上布设路基沉降监测点；在隧道影响范围内，无柱雨棚受力结构柱上布设建筑物沉降监测点和倾斜监测点，在盾构施工试验段设置不间断监测点；监测点的布设以现场实际情况为准并进行调整；根据盾构机与铁路相对位置分穿越前、穿越中、穿越后3个区域进行监测；S4-3-3，监测观察：沉降观测方法：垂直位移基准网按国家Ⅱ等水准观测要求布设，采用电子水准仪观测；沉降监测采用二等水准组成闭合环采用电子水准仪进行观测；沉降观测精度：采用二级变形测量等级，视线长度不小于50m、前后视距差不小于2.0m、前后视距累积差不小于3.0m、视线高度下丝读数不大于0.3m，监测点测站差中误差不大于±0.5m；首次观测采用单程双测站观测，其后可采用单程单测站观测，观测点与基点形成闭合环；倾斜观测方法：选用全站仪进行无柱雨棚倾斜监测；观测频率：根据观测项目、监测仪器，分别根据距开挖面前20m后50m以及距开挖面前后大于50m的距离分别设置不同的观测频率；S5，施工预案：S5-1，盾尾渗水、漏浆应急措施：S5-1-1，放慢盾构掘进速度，保持土压力，加强监控量测工作，加强隧道内注浆补浆措施；S5-1-2，针对泄漏部分集中压注盾尾油脂；S5-1-3，配制初凝时间较短的双液浆进行壁后注浆，压浆部位在盾尾后3环；S5-1-4，用堵漏材料进行封堵；S5-1-5，采用聚氨脂在盾尾处压注，进行封堵；S5-1-6，组织专家讨论分析原因和相应的控制措施，根据确定的控制措施重新制定或调整施工工艺和施工组织，进行施工交底，严格落实各项措施，进行盾构掘进施工；S5-2，刀盘及土仓聚积泥饼的措施：S5-2-1，改良泡沫配比，改善土体的和易性；S5-2-2，刀盘背面和土仓隔板上设空心搅动棒，强化增加搅拌强度和范围，通过土仓隔板的空心搅动棒内预留注水孔注水，用于清洗刀盘和土仓；S5-2-3，空转刀盘，使泥饼在离心力的作用下脱落；S5-3，突发螺旋机喷涌处理应急措施：S5-3-1，立即关闭螺旋机出土闸门；S5-3-2，利用螺旋机反转保压；S5-3-3，收回螺旋机关闭土舱闸门，待土舱建压稳定；S5-3-4，启用膨润土注入系统协助保压建压；S5-3-5，紧急情况无法关闭出土闸门，采取盾构机急停开关辅助关闭；S5-4，沉降值达到预控值：S5-4-1，加大同步注浆及二次同步补浆压力和注浆量；S5-4-2，同时采取加强二次注浆，利用第三套注浆设备以电瓶车为载体对相应管片壁后进行压浆作业直至沉降稳定为止；S5-5，沉降值达到预警值：S5-5-1，加大同步注浆及二次同步补浆注浆压力和注浆量，进行加强二次压浆；S5-5-2，通过管片注浆孔打入长3mΦ20的钢花管，进行隧道内延伸注浆，增加注浆量和注浆压力，多次反复间歇；S5-5-3，召开铁路及地铁相关分析会，讨论最优处理措施；S5-6，沉降值达到报警值：S5-6-1，隧道内通过管片注浆孔打入长3.5mΦ20的钢花管，加大径向注浆深度，增加注浆量和注浆压力，多次反复间歇；S5-6-2，通过起道增加临时垫片来消除铁路线路沉降；S5-6-3，沉降超过10mm并且无法控制，沉降继续增大时封锁沉降报警处受影响的股道，应急抢险队伍进场进行起道补碴作业，统一管理调配，配合工务段相关人员进行地面辅助施工，召开铁路及地铁相关的专家会，讨论最优处理措施；S6，沉降控制指标及效果：S6-1，所述沉降控制指标包括：地表隆起，地表沉降，单轨10米沉降，两轨沉降差；S6-2，根据对左线和右线各个股道中监测点累积变化沉降的数值做出统计和分析，判断所述S1～S5的效果。

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