一種防止盾構在施工中冒頂的施工方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種盾構隧道工程施工技術領域的施工方法，具體地，設及一種防止 盾構在施工中冒頂的施工方法。
【背景技術】
[0002] 盾構工法有著掘進速度快、施工影響小、勞動強度低的特點，是大中型隧道的主要 施工方式。但由于地下地質條件復雜，當盾構機的前進推力大于盾構機前方±體的抵抗力 時，會使盾構機冒頂，從而影響盾構機的掘進方向，進而帶來±體擾動范圍加大、地面變形 加大等問題，特別對于復雜地層條件，不同±層切削難易度不同，地面沉降變形控制難度更 大，所W，防止盾構機冒頂是盾構施工中的難點之一。
[0003]經對現有技術文獻的檢索發現，中國專利號為201110451625.6，專利公開號為 103184876A，專利名稱:一種防止盾構下沉或抬頭的方法，該發明利用事先預留的定位孔、 定位粧，在產生冒頂現象時開啟孔蓋堵頭，將定位粧的端頭從定位孔里插入到盾殼外面的 ±壤里，通過定位粧的上頂或下壓作用將孔蓋堵頭將整個盾構機頂起或下壓，從而實現防 止盾構機的冒頂。然而，伸出的定位粧必然會加大對±體的擾動，從而加大地面變形。而且 該發明只適用于簡單地層條件下，沒有考慮在復雜地質條件下，尤其是臨近地層內障礙物 較多的情況。利用該發明專利的方法不能很好解決在復雜地質條件下盾構冒頂的問題且難 W保證施工質量和環境保護。所W，現有技術在防止施工過程中盾構機冒頂時存在±體擾 動大、地面變形大且實際效果不佳的缺點。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種防止盾構在施工中冒頂的施工 方法，該方法改變了現有技術在施工中盾構機發生冒頂W后再進行糾偏的被動糾偏方式， 在盾構殼體上加裝帽檐裝置的主動防偏方式，從而有效防止盾構機冒頂，大大減少±體擾 動，減小地面變形，施工工藝簡單、可操作性強。
[0005] 為實現W上目的，本發明提供一種防止盾構在施工中冒頂的施工方法，所述施工 方法包括W下步驟：
[0006] 第一步、沿盾構路線進行地層調查，具體的：
[0007] (1)在隧道軸線兩側距軸線3-4m處各布置一排勘探孔，相鄰勘探孔的間隔40-50m， 勘探孔深度為隧道底W下2倍隧道直徑；
[000引（2)基于勘探孔通過地質勘探進行±層劃分，并確定±層厚度；
[0009] (3)通過標準貫入試驗得到勘探范圍內±體的實測標貫擊數N;
[0010] (4)在每層±中進行取樣，通過密度試驗獲得該層±的重度丫，通過=軸壓縮試驗 獲得該層±的摩擦角游；
[0011] 第二步、在盾構機上安裝帽檐裝置
[0012] 所述帽檐裝置包括固定基座、液壓油缸、連接桿、帽檐，其中：所述固定基座的一側 固定在盾構機殼體正上方的內側;所述液壓油缸的后端與所述固定基座固定連接;所述連 接桿的下端與所述液壓油缸的前端固定連接，所述連接桿上端與所述帽檐固定連接；
[0013] 在盾構機上安裝帽檐裝置具體步驟為：
[0014] (1)在盾構機殼體的內側安裝固定基座；
[0015] (2)將液壓油缸與固定基座固定連接；
[0016] (3)將連接桿與液壓油缸固定連接；
[0017] (4)將帽檐與連接桿固定連接；
[0018] 第S步、應用帽檐裝置于盾構施工，具體的：
[0019] (1)當盾構機開挖至某段地層時，首先判斷該地層是否屬于冒頂地層:盾構開挖范 圍內上軟下硬地層屬于冒頂地層，其他地層屬于非冒頂地層；
[0020] (2)在非冒頂地層中、且盾構軸線控制儀顯示盾構向上偏移不超過50mm時，利用液 壓油缸將帽檐裝置收縮到刀盤面內；
[0021] (3)在冒頂地層中，或盾構軸線控制儀顯示盾構向上偏移超過50mm時，利用液壓油 缸將帽檐裝置伸出，起到防止冒頂的作用。
[0022] 優選地，第一步的（3)中：
[0023] 如果實測標貫擊數N < 30,劃分為軟±;
[0024] 如果實測標貫擊數N〉30,劃分為硬±。
[0025] 優選地，第一步的（4)中，所述密度試驗是指，應用環刀法通過稱重測定單位體積 ￥〇的±樣質量m，計算得到密度P:
[0026] p=m/vo,
[0027] 再將密度P乘W重力加速度，得到重度丫。
[0028] 優選地，第一步的（4)中，所述=軸壓縮試驗，是使用=軸試驗儀對圓柱型±樣進 行軸向的壓縮試驗，通過確定破壞狀態時的大主應力〇1和小主應力〇3來間接得到摩擦角與； 具體的：
[0029] W
為橫坐標，
為縱坐標繪出直線，直線的傾角即為摩擦 角漏。
[0030] 更優選地，所述S軸壓縮試驗按試驗固結、排水情況，分為不固結不排水、固結不 排水、固結排水=種條件。
[0031] 優選地，第二步中，所述固定基座的一側與所述盾構機殼體正上方的內側焊接；
[0032] 所述固定基座的前端設有螺栓孔，所述固定基座的前端還設有法蘭盤和法蘭墊， 固定基座與法蘭墊與法蘭盤通過螺栓栓接。
[0033] 更優選地，所述固定基座為整塊鋼塊，或者由鋼板組成的盒狀剛體。
[0034] 優選地，第二步中，所述液壓油缸的后端與固定基座通過法蘭墊、法蘭盤固定連 接。
[0035] 優選地，第二步中，所述連接桿是長方體鋼桿;所述連接桿的上端穿出盾構機殼體 并設有螺栓孔，所述連接桿的下端與液壓油缸的前端通過法蘭盤、法蘭墊固定連接。
[0036] 更優選地，所述連接桿的軸線與液壓油缸的軸線垂直。
[0037] 優選地，第二步中，所述帽檐是一塊厚度為30mm、寬度為300mm、長度為盾構圓周的 六分之一的鋼板;所述鋼板彎曲成與盾構機殼體外徑一致的60°圓弧鋼板;所述帽檐的前端 加工成45°刃角、后端設有螺栓孔且該螺栓孔與所述連接桿上端的螺栓孔相吻合，所述帽檐 通過螺栓與連接桿上端垂直栓接。
[0038] 更優選地，所述帽檐的弧面軸線與盾構機軸線平行。
[0039] 優選地，第S步的（3)中，所述帽檐裝置的伸長量按照W下公式計算：
[0041] 式中；
[0042] L是帽檐裝置的伸長量，單位m;
[0043] F是盾構作用于刀盤面的頂推力，單位kN;
[0044] 丫是上覆±層的重度，單位kN/m3;
[0045] h是上覆±層的總厚度，單位m;
[0046] 誇是上覆±層每層的摩擦角，單位度；
是指各層±
的加權平均值。
[004引本發明的工作原理為：
[0049] 所述帽檐裝置未被使用時，所述帽檐裝置利用所述液壓油缸收縮到刀盤面內。當 盾構進入冒頂地層時，所述帽檐裝置能夠利用所述液壓油缸伸出，伸出長度可根據地層情 況確定。盾構在掘進過程中，由于所述帽檐的阻擋作用，±體會對所述帽檐產生作用力，從 而有效抵抗盾構機冒頂的趨勢。所述帽檐伸出長度越大，±體和帽檐相互作用越大，抵抗盾 構機冒頂的能力越強。因此當在易冒頂的地層施工時，所述帽檐裝置伸出，并通過帽檐伸出 長度的多少來防止冒頂。
[0050] 與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：
[0051] 本發明從盾構設備的改裝即設計帽檐裝置，克服了現有施工方法在復雜地質條件 下防止盾構機冒頂效果不佳、±體擾動大、地面變形大等缺點和不足。采用本發明所述施工 方法將使得防止盾構在各種地質條件中冒頂變得更加工藝簡單，操作方便，提高了軸線控 制質量，減少了 ±體擾動和地面變形。
【附圖說明】
[0052] 通過閱讀參照W下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、 目的和優點將會變得更明顯：
[0053] 圖1為本發明一實施例的帽檐裝置伸長量L計算簡圖；
[0054] 圖2為本發明一實施例的帽檐裝置總體配置圖；
[0055] 圖3為本發明一實施例的帽檐裝置的液壓油缸和固定基座連接圖；
[0056] 圖4為本發明一實施例的帽檐裝置的液壓油缸、連接桿和帽檐截面示意圖；
[0057] 圖5為本發明一實施例的帽檐裝置的帽檐立體圖；
[005引圖6為本發明一實施例的帽檐裝置在盾構掘進機上的安裝圖；
[0059] 圖中：L是帽檐裝置的伸長量、F是盾構作用于刀盤面的頂推力；
[0060] 1為盾構機殼體、2為固定基座、3為液壓油缸、4為連接桿、5為帽檐、6為法蘭盤、7為 法蘭墊、8-1、8-2、8-3為螺栓、9為螺栓孔、10為帽檐裝置、11為刀盤。
【具體實施方式】
[0061] 下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。W下實施例將有助于本領域的技術 人員進一步理解本發明，但不W任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術 人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可W做出若干變形和改進。運些都屬于本發明 的保護范圍。
[0062] 本實施例提供一種防止盾構在施工中冒頂的施工方法，應用于某電力電纜隧道的 一長度為267m的直線段，縱向坡度為0.56%，隧道管節頂部覆±厚度為11.93m，隧道穿越的 ±層為渺泥質粉質粘±層，盾構作用于刀盤面的頂推力F為500kN;應用本實施例所述一種 防止盾構在施工中冒頂的施工方法的具體實施步驟如下：
[0063] 第一步、沿盾構路線進行地層調查，具體的：
[0064] (1)在隧道軸線兩側距軸線4m處各布置一排勘探孔，相鄰勘探孔的間隔50m，勘探 孔深度為隧道底W下2倍隧道直徑，為28米。
[0065] (2)基于勘探孔通過地質勘探進行±層劃分，并確定±層厚度。
[0066] 本實施例中，±層分為人工填±、粉質粘±、渺泥質粉質粘±、砂質粉±、渺泥質粘 ±、粘±。盾構隧道主要位于渺泥質黏±層中，其中：人工填±厚1米，粉質粘±厚1.55米，渺 泥質粉質粘上厚4.2米，砂質粉上厚3.05米，渺泥質粘上厚7.2米，粘上8.5米。
[0067] (3)通過標準貫入試驗得到勘探范圍內±體的實測標貫擊數N，如果實測標貫擊數 N < 30，劃分為軟±，如果實測標貫擊數N〉30，劃分為硬±。
[0068] 本實施例中，上覆±層平均標貫擊數N是11，屬于軟±;下邸±層平均標貫擊數N是 32,屬于硬±。
[0069] (4)在每層±中進行取樣，通過密度試驗獲得該層±的重度丫，通過=軸壓縮試驗 獲得該層±的摩擦角嗔,，
[0070] 本實施例中，所述密度試驗是指通過環刀法等方法測定單位體積vo的±樣質量m， 計算得到密度P=m/vo,再將密度P乘W重力加速度得到重度丫。
[0071] 本實施例中，通過實驗測得重度丫等于17.8kN/m3。
[0072] 本實施例中，所述=軸壓縮試驗是使用=軸試驗儀對特定尺寸的±樣進行進行= 個