專利名稱:地下障礙物爆破在盾構(gòu)施工中的應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種盾構(gòu)的施工方法，特別涉及一種地下障礙物爆破在盾構(gòu)施工中的 應(yīng)用方法，屬于建筑技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
隨著城市市政建設(shè)和軌道交通的飛速發(fā)展，地下空間得到不斷的開發(fā)和利用，然 而可有效利用的地下資源也隨之在逐漸縮減，并開始日益制約和限制城市的發(fā)展，為此對(duì) 地下空間的開發(fā)利用提出了更高的要求。目前城市地下工程中，經(jīng)常遭遇到新建工程的盾 構(gòu)施工需要穿越地下障礙物的情況，特別是在需要盾構(gòu)穿越已建成建筑的地下障礙物時(shí)， 就無法采用傳統(tǒng)的盾構(gòu)刀盤切削方式進(jìn)行推進(jìn)，因此如何進(jìn)行工藝改進(jìn)，確保盾構(gòu)更安全 有效地穿越地下障礙物，在施工的同時(shí)不影響已建成構(gòu)筑物的使用是目前面臨的重要課 題。目前在盾構(gòu)穿越前處理地下障礙物的傳統(tǒng)方法主要有拔樁、事先預(yù)留或全回轉(zhuǎn)地下障 礙物處置等工藝。但是在被穿越構(gòu)筑物需要正常使用，而周圍又沒有施工場(chǎng)地的情況下，上 述傳統(tǒng)工藝就難以實(shí)施拔樁不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)工，而且在與障礙物有關(guān)的建筑物還在使用的情 況下，幾乎無法實(shí)現(xiàn)；事先預(yù)留只有在納入規(guī)劃的前提下才有可能；而全回轉(zhuǎn)處置則存在 設(shè)備昂貴經(jīng)濟(jì)性差，施工配套要求高，以及對(duì)需處理和需保護(hù)兩者地下結(jié)構(gòu)相結(jié)合的障礙 物處理困難等缺點(diǎn)，因而必須選擇更為方便有效的方法對(duì)地下障礙物進(jìn)行處置。
利用爆破清除地下障礙物的方法已在其他有關(guān)工程的領(lǐng)域得到了應(yīng)用，如碼頭、 大橋、房屋的廢舊樁基以及海底礁石等均可運(yùn)用爆破技術(shù)進(jìn)行處理，而將爆破法處理地下 障礙物運(yùn)用到盾構(gòu)隧道的施工中尚未檢索到有關(guān)資料。已在其他工程領(lǐng)域得到應(yīng)用的爆破 處理目的僅僅在于地下障礙物本身的清除，并不考慮爆破處理時(shí)的環(huán)境影響以及爆破處理 后期的效果，如上海滬東船廠高樁碼頭和廈門東渡19#泊位樁基的爆破處理工程，其爆破 措施主要是在水下將炸藥貼附于河底的樁身上，通過爆破將樁基炸斷，以達(dá)到處理樁基的 目的；又如津唐高速公路的高架橋樁基和某大橋的挖孔水下灌注樁爆破粉碎工程，其爆破 目的是將樁基初步粉碎以便人工或機(jī)械進(jìn)行挖掘處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有盾構(gòu)施工中采用傳統(tǒng)工藝進(jìn)行地下障礙 物處理的缺點(diǎn)，提供一種地下障礙物爆破在盾構(gòu)施工中的應(yīng)用方法，其采用爆破對(duì)地下障 礙物進(jìn)行處理分解，然后利用盾構(gòu)本身的切削穿越地下障礙物，從而能夠在與地下障礙物 有關(guān)的建筑物還在使用的情況下，實(shí)現(xiàn)一次掘進(jìn)完成盾構(gòu)穿越的施工，同時(shí)達(dá)到減少對(duì)周 邊環(huán)境的影響、降低工程造價(jià)的效果。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下
一種地下障礙物爆破在盾構(gòu)施工中的應(yīng)用方法，其在盾構(gòu)推進(jìn)穿越前，對(duì)穿越區(qū) 域內(nèi)的地下障礙物進(jìn)行精確爆破分解，并對(duì)爆破后的爆破孔進(jìn)行注漿充填處理，在盾構(gòu)推 進(jìn)穿越中控制好施工參數(shù)，并通過監(jiān)測(cè)地面變形的反饋及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，以控制所述穿越區(qū)域的土層穩(wěn)定。
本發(fā)明所述的地下障礙物爆破在盾構(gòu)施工中的應(yīng)用方法，其實(shí)施步驟及其具體內(nèi) 容如下
(1)對(duì)盾構(gòu)穿越區(qū)域內(nèi)的地下障礙物進(jìn)行精確的爆破分解，使之達(dá)到盾構(gòu)穿越的 條件
在盾構(gòu)所穿越的范圍內(nèi)事先在地面將地下障礙物暴露，并根據(jù)盾構(gòu)穿越的寬度對(duì) 爆破孔位置進(jìn)行平面定位，然后鉆打爆破孔并在孔內(nèi)裝填炸藥，最后進(jìn)行爆破，爆破后殘留 混凝土的最大粒徑不超過20cm ；
(2)對(duì)爆破后的爆破孔進(jìn)行注漿充填處理
向爆破后的爆破孔內(nèi)注漿進(jìn)行充填，盾構(gòu)穿越范圍內(nèi)的爆破孔充填粉煤灰漿液， 盾構(gòu)穿越范圍以上的爆破孔充填強(qiáng)度與地下障礙物相一致的水泥砂漿；
(3)盾構(gòu)推進(jìn)穿越地下障礙物區(qū)域，推進(jìn)過程中控制和調(diào)整土體壓力、同步注漿參 數(shù)和推進(jìn)速度，同時(shí)向土體內(nèi)注入改良劑和進(jìn)行補(bǔ)壓注漿
盾構(gòu)以與其它推進(jìn)參數(shù)相匹配的低推進(jìn)速度穿越爆破后的地下障礙物，推進(jìn)過程 中同時(shí)進(jìn)行如下工藝操作并控制好工藝參數(shù)
①控制和調(diào)整盾構(gòu)土艙內(nèi)切削土體的壓力和開挖面的水土壓力達(dá)到相對(duì)平衡，以 達(dá)到開挖面土體的穩(wěn)定；
②根據(jù)排土情況在開挖土體內(nèi)注入改良劑，以提高切削土體的塑流性能，減少刀
盤扭矩；
③控制同步注漿量、注漿壓力及漿液質(zhì)量，以保證盾尾地層穩(wěn)定；
④進(jìn)行補(bǔ)壓注漿，以控制土層的后期變形；
(4)進(jìn)行地面變形的監(jiān)測(cè)且同步反饋，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)對(duì)施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整
設(shè)置地面變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)地面變形的進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并同步反饋至控制室，根據(jù)監(jiān) 測(cè)結(jié)果及時(shí)對(duì)推進(jìn)施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以有效地控制盾構(gòu)推進(jìn)穿越區(qū)域的土層穩(wěn)定。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明所述地下障礙物爆破在盾構(gòu)施工中的應(yīng)用方法在盾構(gòu) 施工中采用爆破粉碎作為清除地下障礙物的處理手段，并且嚴(yán)格控制爆破殘留物的最大粒 徑于一定尺寸之內(nèi)，這不僅使施工過程簡(jiǎn)單、縮短工期和降低成本，而且使穿越區(qū)域內(nèi)的地 下障礙物殘?jiān)軌驖M足盾構(gòu)機(jī)切削排渣性能的要求和切削穿越所必須的條件，從而實(shí)現(xiàn)了 盾構(gòu)機(jī)一次完成掘進(jìn)穿越地下障礙物區(qū)域的施工，達(dá)到了不影響與地下障礙物有關(guān)的建筑 物使用的效果。此外，本發(fā)明通過在爆破后對(duì)爆破孔進(jìn)行注漿充填處理、控制盾構(gòu)土艙內(nèi)切 削土體的壓力和盾構(gòu)開挖面的水土壓力的相對(duì)平衡、在開挖土體內(nèi)注入改良劑等工藝措施 達(dá)到了開挖面土體的穩(wěn)定，通過控制同步注漿量、注漿壓力及漿液質(zhì)量保證了盾尾地層穩(wěn) 定，通過補(bǔ)壓注漿控制了土層的后期變形，同時(shí)再配合以監(jiān)測(cè)反饋地面的變形、及時(shí)調(diào)整各 項(xiàng)施工參數(shù)，從而保障了所述穿越區(qū)域的土層穩(wěn)定，最終有效地控制了區(qū)域周邊建筑物的 變形。本發(fā)明適用于盾構(gòu)穿越已建成使用的構(gòu)筑物的地下障礙物區(qū)域，確保了有關(guān)構(gòu)筑物 的正常使用和周邊環(huán)境的安全，對(duì)減少對(duì)周邊環(huán)境的影響、降低工程造價(jià)、有效利用地下空 間資源等具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，可在盾構(gòu)法隧道工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
某軌道交通盾構(gòu)穿越地下連續(xù)墻施工工程，其區(qū)間隧道全長(zhǎng)K46. 8米，隧道斷面 尺寸外徑06200mm、內(nèi)徑05500mm;隧道頂覆土深度為20米，隧道最小平面曲線半徑 R = 354. 851米，隧道最大縱坡為16%。，隧道穿越土層為粉質(zhì)粘土。被穿越地下連續(xù)墻深度 28. 2m,厚度0. 8m,強(qiáng)度40Mpa，盾構(gòu)穿越范圍內(nèi)采用玻璃纖維混凝土，上、下行線各穿越2幅 地下連續(xù)墻。盾構(gòu)頂部距離構(gòu)筑物底板為6. 5m 6. 99m。
本發(fā)明所述方法所采用的爆破與常規(guī)爆破的不同之處是，盾構(gòu)施工對(duì)爆破粉碎后 的地下障礙殘留物有嚴(yán)格的要求，該殘留物的最大粒徑尺寸必須滿足盾構(gòu)機(jī)切削排渣性能 的要求，以達(dá)到盾構(gòu)機(jī)切削穿越所必須的條件，否則將給盾構(gòu)施工帶來困難和風(fēng)險(xiǎn)，此外盾 構(gòu)施工所爆破處理的地下障礙物往往處在環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域中，因此爆破施工必需考慮對(duì)周 邊環(huán)境的保護(hù)。
上述工程采用本發(fā)明所述地下障礙物爆破在盾構(gòu)施工中的應(yīng)用方法進(jìn)行施工，其 在盾構(gòu)推進(jìn)穿越地下連續(xù)墻前，對(duì)穿越區(qū)域內(nèi)的地下障礙物進(jìn)行精確爆破分解，并對(duì)爆破 后的爆破孔進(jìn)行注漿充填處理，然后利用盾構(gòu)機(jī)前的刀盤進(jìn)行切削，通過螺旋機(jī)向外排土， 實(shí)現(xiàn)一次掘進(jìn)完成盾構(gòu)的穿越；在盾構(gòu)推進(jìn)穿越過程中控制和調(diào)整好土體壓力、同步注漿 參數(shù)和推進(jìn)速度，同時(shí)向土體內(nèi)注入改良劑和進(jìn)行補(bǔ)壓注漿，并通過監(jiān)測(cè)地面變形的反饋 及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，以控制所述穿越區(qū)域的土層穩(wěn)定。
該工程具體的施工步驟和內(nèi)容如下
(1)對(duì)盾構(gòu)穿越區(qū)域內(nèi)的地下障礙物進(jìn)行精確的爆破分解，使之達(dá)到盾構(gòu)穿越的 條件
在盾構(gòu)所穿越地下連續(xù)墻的位置范圍內(nèi)，事先在地面將地下連續(xù)墻暴露，然后根 據(jù)盾構(gòu)穿越的寬度對(duì)爆破孔的位置進(jìn)行精確的平面定位。本實(shí)施例中，根據(jù)盾構(gòu)機(jī)的直 徑確定爆破的寬度為8m，一座地下墻上布置11個(gè)爆破孔，孔間距根據(jù)爆破抵抗線確定為 0. Sm。隨后鉆打爆破孔，鉆孔的深度根據(jù)盾構(gòu)穿越時(shí)的標(biāo)高確定為27. 2m，鉆孔精度必須達(dá) 到1/300，以確保炸藥能夠精確定位。鉆孔完畢后在孔內(nèi)裝填炸藥，炸藥的類型和用量根據(jù) 地下連續(xù)墻的強(qiáng)度和破碎后殘留物的粒徑大小進(jìn)行確定，本實(shí)施例采用黑索金乳化炸藥， 總用藥量為0.6噸。最后進(jìn)行爆破，爆破后殘留混凝土的最大粒徑不超過20cm。爆破操作 還要遵循如下原則
①必須保證周邊建構(gòu)筑物設(shè)施的安全；
②對(duì)地下土層的擾動(dòng)不會(huì)造成過大的影響；
③爆破后沒有遺留的爆炸物；
④根據(jù)盾構(gòu)推進(jìn)的時(shí)間，制定科學(xué)合理的爆破時(shí)間和順序。
(2)對(duì)爆破后的爆破孔進(jìn)行注漿充填處理
爆破結(jié)束后向爆破后的爆破孔內(nèi)注漿進(jìn)行充填，注漿充填須根據(jù)深度采取不同的 漿液，以確保盾構(gòu)開挖面的穩(wěn)定。充填材料分為兩種，一種用于盾構(gòu)斷面以外，強(qiáng)度與周圍 土體接近即可；另一種充填的強(qiáng)度必須與地下障礙物的強(qiáng)度相一致，且不能低于地下障礙 物的強(qiáng)度。本實(shí)施例工程中的分界標(biāo)高為-13. 675m，之下為盾構(gòu)穿越位置，其范圍內(nèi)的爆破 孔宜采用不含水泥的惰性漿液，即粉煤灰漿液進(jìn)行充填，以便今后盾構(gòu)能夠順利切削穿越；
5該標(biāo)高之上至地面的盾構(gòu)穿越范圍以上的爆破孔則采用強(qiáng)度與地下連續(xù)墻相一致的M30 水泥砂漿充填。
(3)盾構(gòu)推進(jìn)穿越地下障礙物區(qū)域，推進(jìn)過程中控制和調(diào)整土體壓力、同步注漿參 數(shù)和推進(jìn)速度，同時(shí)向土體內(nèi)注入改良劑和進(jìn)行補(bǔ)壓注漿
進(jìn)行了爆破孔的注漿充填處理之后，盾構(gòu)開始推進(jìn)穿越地下連續(xù)墻區(qū)域。當(dāng)盾構(gòu) 穿越爆破后的地下連續(xù)墻時(shí)，推進(jìn)以低速前進(jìn)，并與其它掘進(jìn)參數(shù)如同步注漿、螺旋機(jī)參數(shù) 等相匹配。推進(jìn)過程中同時(shí)進(jìn)行如下工藝操作并控制好工藝參數(shù)
①事先根據(jù)地質(zhì)資料計(jì)算出盾構(gòu)中心的靜止水土壓力，在盾構(gòu)實(shí)際頂進(jìn)中，根據(jù) 覆土深度、地質(zhì)情況、地面變形監(jiān)測(cè)等各方面情況來控制和調(diào)整盾構(gòu)土艙內(nèi)切削土體的壓 力和開挖面的水土壓力達(dá)到相對(duì)平衡，一般調(diào)整土體壓力值為靜止水土壓力的0. 7 0. 85 倍，以保證正面開挖面土體的穩(wěn)定。
②由于盾構(gòu)刀盤在破碎后的混凝土中旋轉(zhuǎn)對(duì)周邊土體的擾動(dòng)較大，因此在盾構(gòu)掘 進(jìn)過程中需不斷根據(jù)排土的土質(zhì)情況對(duì)正面土體進(jìn)行改良，在開挖土體內(nèi)注入改良劑，以 提高切削土體的塑流性能，減少刀盤扭矩，達(dá)到開挖面土體的穩(wěn)定；改良劑采用膨潤土和水 的混合物，兩者按一定配比配合。
③控制同步注漿量、注漿壓力及漿液質(zhì)量，以保證盾尾地層穩(wěn)定。盾構(gòu)推進(jìn)中的同 步注漿是充填土體與管片圓環(huán)間的間隙和減少后期變形的主要手段，也是盾構(gòu)推進(jìn)施工中 的一道重要工序。同步漿液由水泥、膨潤土、粉煤灰、砂及水組成，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)液漿小樣的質(zhì)量 情況，在配比范圍內(nèi)調(diào)整各組分的含量以達(dá)到控制地面變形的需要，漿液應(yīng)達(dá)到和易性好、 泌水性小，且具有一定的強(qiáng)度。同步注漿量宜根據(jù)前期推進(jìn)數(shù)據(jù)并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng) 調(diào)整后確定，注漿總量控制在180% 250%時(shí)最佳。注漿壓力不超過靜止水土壓力，漿液 壓注要做到及時(shí)、均勻、足量，確保其空隙得以及時(shí)和足量的充填，將地表變形和管片偏移 控制到最小。
④成環(huán)管片脫出盾尾后，立即通過壁后注漿設(shè)備進(jìn)行二次雙液補(bǔ)壓注漿，以控制 土層的后期變形。補(bǔ)壓注漿利用管片上增加的注漿孔進(jìn)行多點(diǎn)注漿，并且根據(jù)后期監(jiān)測(cè)情 況對(duì)注漿量和注漿頻率進(jìn)行調(diào)整。
(4)進(jìn)行地面變形的監(jiān)測(cè)且同步反饋，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)對(duì)施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整
設(shè)置有效的地面變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)地面變形的進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且同步反饋至盾構(gòu) 控制室，根據(jù)對(duì)地面變形監(jiān)測(cè)的結(jié)果及時(shí)對(duì)推進(jìn)施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，最終有效地控制盾構(gòu) 推進(jìn)穿越區(qū)域的土層穩(wěn)定以及周邊構(gòu)筑物的變形。
該工程應(yīng)用本發(fā)明所述地下障礙物爆破在盾構(gòu)施工中的應(yīng)用方法進(jìn)行施工，10個(gè) 小時(shí)就完成了盾構(gòu)穿越地下連續(xù)墻的施工，同時(shí)穩(wěn)定地控制了被穿越構(gòu)筑物和地面的變 形，并成功地穿越了眾多的地下管線。
權(quán)利要求
1. 一種地下障礙物爆破在盾構(gòu)施工中的應(yīng)用方法，其特征在于所述方法按照如下步 驟實(shí)施(1)在盾構(gòu)推進(jìn)穿越前，對(duì)盾構(gòu)穿越區(qū)域內(nèi)的地下障礙物進(jìn)行精確的爆破分解，使之達(dá) 到盾構(gòu)穿越的條件在盾構(gòu)所穿越的范圍內(nèi)事先在地面將地下障礙物暴露，并根據(jù)盾構(gòu)穿 越的寬度對(duì)爆破孔位置進(jìn)行平面定位，然后鉆打爆破孔并在孔內(nèi)裝填炸藥，最后進(jìn)行爆破， 爆破后殘留混凝土的最大粒徑不超過20cm ；(2)向爆破后的爆破孔內(nèi)注漿進(jìn)行充填，盾構(gòu)穿越范圍內(nèi)的爆破孔充填粉煤灰漿液，盾 構(gòu)穿越范圍以上的爆破孔充填強(qiáng)度與地下障礙物相一致的水泥砂漿；(3)盾構(gòu)推進(jìn)穿越地下障礙物區(qū)域，推進(jìn)過程中控制和調(diào)整土體壓力、同步注漿參數(shù) 和推進(jìn)速度，同時(shí)向土體內(nèi)注入改良劑和進(jìn)行補(bǔ)壓注漿盾構(gòu)以與其它推進(jìn)參數(shù)相匹配的 低推進(jìn)速度穿越爆破后的地下障礙物，推進(jìn)過程中同時(shí)進(jìn)行如下工藝操作并控制好工藝參 數(shù)①控制和調(diào)整盾構(gòu)土艙內(nèi)切削土體的壓力和開挖面的水土壓力達(dá)到相對(duì)平衡，以達(dá)到 開挖面土體的穩(wěn)定；②根據(jù)排土情況在開挖土體內(nèi)注入改良劑，以提高切削土體的塑流性能，減少刀盤扭矩；③控制同步注漿量、注漿壓力及漿液質(zhì)量，以保證盾尾地層穩(wěn)定；④進(jìn)行補(bǔ)壓注漿，以控制土層的后期變形；(4)設(shè)置地面變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)地面變形的進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并同步反饋至控制室，根據(jù)監(jiān)測(cè) 結(jié)果及時(shí)對(duì)推進(jìn)施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以有效地控制盾構(gòu)推進(jìn)穿越區(qū)域的土層穩(wěn)定。
專利摘要
一種地下障礙物爆破在盾構(gòu)施工中的應(yīng)用方法，在盾構(gòu)推進(jìn)穿越前，對(duì)穿越區(qū)域內(nèi)的地下障礙物進(jìn)行精確爆破分解，并對(duì)爆破后的爆破孔進(jìn)行注漿充填處理，在盾構(gòu)推進(jìn)穿越中控制好施工參數(shù)，并通過監(jiān)測(cè)地面變形的反饋及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，以控制所述穿越區(qū)域的土層穩(wěn)定。本發(fā)明通過嚴(yán)格控制和調(diào)整盾構(gòu)穿越前爆破和穿越中的施工參數(shù)來保持穿越區(qū)域土層的穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)一次完成掘進(jìn)穿越地下障礙物的施工，達(dá)到了有效控制建筑物變形、減少對(duì)周邊環(huán)境的影響、降低工程造價(jià)的效果。本發(fā)明適用于盾構(gòu)穿越已建成使用的構(gòu)筑物地下障礙物的施工，可在盾構(gòu)法隧道工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)E21D11/10GKCN101503961 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請(qǐng)?zhí)朇N 200910047375
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年3月11日
發(fā)明者盧鳴, 吳列成, 吳惠明, 李剛, 楊國祥, 金國鑫, 金宏, 陶順伯, 顧春華 申請(qǐng)人:上海城建(集團(tuán))公司, 上海隧道工程股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (2), 非專利引用 (3),