本發(fā)明屬于地下工程隧道施工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種軟硬不均地層盾構(gòu)隧道施工超前支護方法。

背景技術(shù)：

近年來，我國城市軌道交通得到了迅速發(fā)展，在進行城市地鐵隧道施工過程中，通常采用盾構(gòu)機進行隧道掘進。在盾構(gòu)施工過程中，當(dāng)施工地段為軟硬不均地層時，由于地層軟硬不均造成盾構(gòu)姿態(tài)控制困難，易發(fā)生機頭上揚，造成刀口折斷以及較大的地表變形，直接威脅到施工人員和機械設(shè)備的安全，同時嚴(yán)重影響施工進度。隨著越來越多的盾構(gòu)隧道施工，在軟硬不均地層施工的情況越來越多，如何有效的解決已成為至關(guān)重要的問題。

目前，對于軟硬不均盾構(gòu)隧道的掘進，大多采用旋噴樁加固土體，也有通過渣土改良和控制推力，以達到控制盾構(gòu)機機頭上揚及地表變形過大等問題，雖然旋噴樁施工效果較好，但旋噴樁必須在地面施工，對場地要求高，經(jīng)常由于客觀因素導(dǎo)致無法施工；渣土改良和控制推力的方法均未能很好的控制盾構(gòu)機機頭上揚和地表變形過大的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種軟硬不均地層盾構(gòu)隧道施工超前支護方法。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種軟硬不均地層盾構(gòu)隧道施工超前支護方法，其包括以下步驟：

步驟1、對盾構(gòu)機前方軟硬不均地層進行加固施工：在臨界掌子面后方，通過盾構(gòu)機中盾上的超前加固孔，使用超前鉆機在軟土中成孔，超前加固孔的孔徑為110mm～120mm；多個超前加固孔均為沿盾構(gòu)機的中心軸線呈圓周方向布設(shè)的圓形孔且相鄰超前加固孔之間的夾角為10°～30°；在軟土中的多個成孔中均埋設(shè)有超前冷凍管，超前冷凍管孔徑小于成孔孔徑2～5mm，超前冷凍管呈放射狀排列；超前冷凍管中注入低溫流體，低溫流體通過超前冷凍管將超前冷凍管周圍的土體進行凍結(jié)，低溫流體為溫度范圍在-20℃～-28℃之間的低溫鹽水；開凍7天需達到-20℃，冷凍30～40天，最終在臨界掌子面前方產(chǎn)生長度不小于20m、臨界掌子面邊界范圍外至少3m的冷凍加固區(qū)域，加固完成后盾構(gòu)機進行掘進；

步驟2、盾構(gòu)掘進過程中，當(dāng)加固支護區(qū)域剩余5m時，到達新的臨界掌子面，再次重復(fù)進行步驟1中的超前冷凍加固，產(chǎn)生新的超前冷凍加固區(qū)域，始終保證盾構(gòu)機前方5m范圍內(nèi)形成有超前冷凍支護區(qū)域。

進一步地，上述的盾構(gòu)機中盾上的超前加固孔通道數(shù)量為6～10個。

由于采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性：

該軟硬不均地層盾構(gòu)隧道施工超前支護方法，其通過埋設(shè)超前冷凍管進行超前冷凍支護，確保臨界掌子面前方土體始終保持支護狀態(tài)，杜絕因支護距離過遠冷凍效果差，引起機頭上揚及較大的地表變形，提高工程質(zhì)量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的盾構(gòu)機的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的超前冷凍支護的平面示意圖；

圖3是本發(fā)明的超前冷凍支護的剖面示意圖；

圖中：1－臨界掌子面；2－超前冷凍管；3－冷凍加固區(qū)域；4－盾構(gòu)機。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細說明。

在圖2、3中，a指的是軟硬不均地層中的軟土，b指的是軟硬不均地層中的硬巖。

如圖1、2、3所示，該軟硬不均地層盾構(gòu)隧道施工超前支護方法，其包括以下具體步驟：

步驟1、對盾構(gòu)機前方軟硬不均地層進行加固施工：在臨界掌子面1后方，通過盾構(gòu)機4中盾上的超前加固孔，使用超前鉆機在軟土a中成孔，超前加固孔的孔徑為110mm～120mm；多個超前加固孔均為沿盾構(gòu)機的中心軸線呈圓周方向布設(shè)的圓形孔且相鄰超前加固孔之間的夾角為10°～30°；在軟土a中的多個成孔中均埋設(shè)有超前冷凍管2，超前冷凍管孔徑小于成孔孔徑2～5mm，超前冷凍管呈放射狀排列且相鄰超前冷凍管之間的夾角α為10°～30°；超前冷凍管中注入低溫流體，低溫流體通過超前冷凍管將無超前冷凍管周圍的土體進行凍結(jié)，低溫流體為溫度范圍在-20℃～-28℃之間的低溫鹽水；開凍7天需達到-20℃，冷凍30～40天，最終在臨界掌子面前方產(chǎn)生長度不小于20m、臨界掌子面邊界范圍外至少3m的冷凍加固區(qū)域3，加固完成后盾構(gòu)機進行掘進；

步驟2、盾構(gòu)掘進過程中，當(dāng)加固支護區(qū)域剩余5m時，到達新的臨界掌子面，再次重復(fù)進行步驟1中的超前冷凍加固，產(chǎn)生新的超前冷凍加固區(qū)域，始終保證盾構(gòu)機前方5m范圍內(nèi)形成有超前冷凍支護區(qū)域。

上述的盾構(gòu)機為圓形盾構(gòu)機。

上述的盾構(gòu)機中盾上的超前加固孔通道數(shù)量為6～10個。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，而非對本發(fā)明的限制，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的專利保護范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種軟硬不均地層盾構(gòu)隧道施工超前支護方法，其在臨界掌子面后方，通過盾構(gòu)機中盾上的超前加固孔在軟土中成孔；在軟土中的多個成孔中均埋設(shè)有超前冷凍管，超前冷凍管呈放射狀排列；超前冷凍管中注入低溫流體，低溫流體通過超前冷凍管將超前冷凍管周圍的土體進行凍結(jié)，低溫流體為溫度范圍在?20℃～?28℃之間的低溫鹽水，在臨界掌子面前方產(chǎn)生長度不小于20m、臨界掌子面邊界范圍外至少3m的冷凍加固區(qū)域，加固完成后盾構(gòu)機進行掘進。本發(fā)明確保臨界掌子面前方土體始終保持支護狀態(tài)，杜絕因支護距離過遠冷凍效果差，引起機頭上揚及較大的地表變形，提高工程質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：劉垚;管澤英;劉國良;張澤衛(wèi);許俊偉;逄錦偉;盧金棟;管羽
受保護的技術(shù)使用者：中鐵隧道集團有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.19
技術(shù)公布日：2017.08.22