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申请/专利权人：中交一公局第三工程有限公司;中交一公局集团有限公司;中国交通建设股份有限公司轨道交通分公司

摘要：为解决砂泥岩互层盾构难题，本发明在结合勘测报告的基础上采用超前探测设施获取地层信息，并以此进行盾构分段和工作井布设、确定盾构模式和刀盘方案、皮带机渣土运输方案和关键盾构参数。对皮带机进行了协同盾构水平转角、纵向坡度角、盾构速率的姿态、工作参数设计。基于对渣土开展土体特性检测和图像识别，建立了渣土运输失效预警及自应对预案；设置了盾构偏移快速回正措施，形成了砂泥岩互层同步浆液适配性选型方案及快速盾构沉降控制材料方案，并对方案构建了检验与修正方法，设置快速盾构沉降监测系统与沉降维护预案。本发明能够避免盾构停机检修、低效排渣等情况出现，建立完善的沉降、偏移控制体系，实现了砂泥岩互层快速盾构。

主权项：1.一种砂泥岩互层皮带协同盾构快速盾构施工方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取地质盾构区间勘测报告作为原始资料，布设盾构超前探测设施；建立超前探测方案考虑盾构区间里程量、各段之间的地层差异，划定盾构分段并布设施工工作井：①进行盾构前地层信息采集工作形成地质勘测报告；针对砂泥岩互层地质，采用气压阵列驱动锤击震源反馈-光纤解调实现水、岩、裂隙三特征超前探测；②将砂泥岩互层现实情况作为最终决策条件，城市轨道分段里程数控制在3-8km，跨江湖地段分段里程控制在5-10km；以此减少盾构机的始发、调头和转场等非推进作业。根据获取的前方0-50m地下水丰盈度-岩体可靠度-裂缝发育度结合地质勘探报告信息，在地层连续稳定处设置工作井，工作井施工间距1.5km-3.5km；S2、依据砂泥岩互层特征确定盾构模式及刀盘改造方案：①若在掘进线路上相邻地层特征层距离大部分在100m及以上，地质资料显示中风化岩芯呈中-长柱状、裂隙不发育-较发育、岩体较完整、岩质较硬、地下水位较低时，可采用土压-泥水双模盾构或土压平衡盾构并设置刀盘改造方案防止不均匀地层下快速盾构引起的姿态偏移；②相邻地层特征层距离集中于100m以下，或砂岩、泥岩具备强风化特征，亦或盾构断面出现上软下硬、泥岩夹薄砂岩、砂岩夹泥岩的里程数超过60％，则该路段优先采用部分泥浆护壁的土压-泥水双模盾构或泥水盾构模式；③针对砂泥岩互层盾构，在辐条面板式刀盘上设置反转刀座，实现球齿滚刀、光面宽刃有序切换；④设置可伸缩劈裂锥钻、超前加固装置和仿形超挖刀，减少周围地层扰动、沉降的同时提供盾构姿态偏移快速回正措施；S3、确定皮带机渣土运输方案：盾构渣土运输采用的皮带机组包括渣土分传机、水平连续皮带机、垂直皮带机；①渣土分传机，末端设置两个寄存仓，一个渣土暂存仓，一个渣土再处理仓；暂存仓和处理仓达到一定体积量，进行集中放土，将渣土转移至水平连续皮带机上进行长距离水平运输；②渣土再处理仓尾部联通渣土暂存仓，可以实现渣土处理后再混合；在渣土暂存仓内部布置有便捷式机械取土器、十字剪切装置、快速直剪设备，通过结合图像识别能够对成批次土体进行土体特性检测，包括物料粗略粒度、内摩擦角、渣土密度、渣土流塑性状态；③皮带下行段的背面分别设置主动式拍打清扫器和刮板清扫器，在其正面末端设置多组高压水冲洗装置，作为黏附处理设备；④垂直皮带机设置于水平连续皮带机末端或竖直工作井内，根据渣土高度需求进行垂直方向运输，当垂直皮带机将渣土输送至其末端后，渣土掉落至渣土池内进行存储或处理，最终完成出渣工作；S4、基于盾构路线规划方案，设计连续皮带机协同盾构姿态水平转角；①平圆曲线半径大于1200m的转弯区段采用自对准车辊，在垂直皮带的方向上施加2-8°的离心倾角；②平圆曲线半径为400-1200m的转弯区段采用自对准车辊并施加5-10°的离心倾角，利用渣土自重结合张紧驱动机，实现皮带运输自张紧；S5、考虑盾构路线上的坡度角及提升高度要求，设计连续皮带机协同盾构姿态竖向倾角；①当盾构纵向坡度倾角为0-3％时，水平连续皮带机倾角可设置为0-4％；②当盾构纵向坡度倾角大于3％时，水平连续皮带机倾角设置为2-6％；S6、基于已有的掘进速率、盾构直径尺寸、渣土密度、渣土松散系数，设计皮带机协同工作参数：①预测皮带机组所需的协同输送容量，确定皮带机带宽600、800mm、皮带机实时带速0-3.2ms；②对渣土运输情况实时监测，结合渣土暂存仓、渣土处理仓放料情况进行出土过程中连续皮带机调速协同控制；③根据盾构区间划分结果，确定水平连续皮带机储带长度400、500、600m，同时确定水平连续皮带机硫化续接间距盾构设备每掘进200、250、300m；S7、设置渣土运输失效状态预警及自应对预案；①根据渣土暂存仓中检测数据显示，若传输物料粒度处于0-80mm之间且不同深度十字剪切所得粗略内摩擦角小于20°，或暂存仓出口图像显示渣土外观特性呈泥浆状、出现渗水现象，则认为渣土流塑性差，皮带机处于黏附预警状态，此时黏附处理设备记录并追踪该批土样，在其完成出渣工作后对其下部皮带进行除黏作业；②若物料粒度处于180-400mm之间，且暂存仓出口图像显示渣土外观特性松散或水土分离严重，则认为渣土处于滑落预警状态，此时应使该批渣土处水平连续皮带机动态倾角小于4％并进行持续监测，其中对于渣土提升高度做出要求的区段，可以在水平皮带机尾部设置垂直皮带机进行分段提升处理；S8、确定推力、扭矩、掘进速度、刀盘转速等关键盾构参数，并根据获取的前方0-50m地下水丰盈度-岩体可靠度-裂缝发育度结合地质勘探报告信息，进行智能算法下的实时调整；1盾构区段相邻地层特征层距离大部分在100m以上、区段沉降量要求宽松时，可按照泥岩、砂岩、复合砂泥岩进行参数控制；①泥岩：掘进速率为45-60mmmin，掘进刀盘扭矩为额定扭矩的65％-80％，刀盘转速为1.5-2.8rmin；②砂岩：掘进速率为40-50mmmin，掘进刀盘扭矩为额定扭矩的75％-90％，刀盘转速为2.3-3rmin；③复合砂泥岩：掘进速率为40-50mmmin，掘进刀盘扭矩为额定扭矩的70％-80％，刀盘转速为2.3-3rmin；2盾构区段地层特征复杂，频繁出现薄夹层、错杂夹层，或超前探测结果显示前部区域裂隙高度发育、强风化特性，则需要充分运用超前注浆、超挖等手段降低地表沉降、减少盾构跑偏，同时调整恶劣砂泥岩互层盾构参数：掘进速率为30-45mmmin，掘进刀盘扭矩为额定扭矩的70％-80％，刀盘转速为2.4-3.2rmin；此外，刀盘滚动角控制在±20°，当滚动角超限后，立即切换刀盘转向。S9、依据采用的盾构关键参数，对砂泥岩互层同步注浆浆液进行适配性选型：①终胶凝时间：根据地层条件和掘进速度，一般为2-4h，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整凝胶时间。对于强透水地层条件和需要注浆提供较高的早期强度的地段，通过现场试验调整配比和加入早强剂，进一步缩短胶凝时间，获得早期强度，保证注浆效果。②固结体强度：一天不小于0.3MPa略高于软质岩层无侧限抗压强度，28d不小于3MPa略大于强风化岩天然抗压强度。③浆液结石率：95％，即固结收缩率5％。④浆液稠度：12±2cm。⑤浆液稳定性：倾斜率静置沉淀后上浮水体积与总体积之比小于5％。施工中加强对泥浆性能指标日常监测，当发现泥浆性能超过设定指标后，需立即进行废浆处理，确保泥浆性能满足砂泥岩互层施工需求。S10、依据胶凝时间、注浆参数协同盾构速率，建立砂泥岩互层快速盾构沉降控制材料方案，并进行同步注浆；①盾构速度为25-35mmmin时，注入率取为1.2-1.3、注浆压力为静止水土压+0.15-0.2MPa、浆液终凝结时间3-4h；②盾构速度为35-50mmmin时，注入率取为1.3-1.4、注浆压力为静止水土压+0.2-0.25MPa、浆液终凝结时间2.5-3h；③盾构速度为50-60mmmin时，注入率取为1.4-1.55、注浆压力为静止水土压+0.25-0.35MPa、浆液终凝结时间2-2.5h；S11、在盾构起始的前2-8环位置处进行方案检验与修正，设置快速盾构沉降监测系统并进行沉降维护；①水平姿态控制在±20mm，垂直姿态根据管片上浮情况进行判断为-40--20mm，当姿态超过控制范围后，需及时进行姿态回纠，水平姿态回纠每环不大于6mm，垂直姿态回纠每环不大于4mm。测量组根据规范要求及时对成型隧道管片进行复测，当发现上浮量超过40mm时，及时对盾尾后4-6环管片进行二次补注浆作业，二次压浆采用水泥浆，必要时采用双浆液，注浆压力控制在0.3-0.5MPa之间。注浆量可根据自身管理水平、现场实际情况随时调整，以控制管片上浮；其中，双液浆宜采用模数2.4-2.8，波美度39-48左右水玻璃；水泥浆液水玻璃浆液取值宜为1：0.7-1；单液浆浆液水灰比采用0.6-0.9，可增加早强剂或其他外渗剂；注浆出口压力宜取大于注浆出口处的静止水土压力0.1-0.2MPa，控制在0.3-0.5MPa。

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