一种盾构穿高铁施工方法
技术领域
本发明涉及隧道施工的技术领域，尤其是涉及一种盾构穿高铁施工方法。
背景技术
盾构法(Shield Method)是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。
目前，盾构施工方法包括利用盾构机械进行土体开挖，在盾尾进行同步注浆，并配合二次注浆作为补充措施。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷：上述施工方法只能控制地表沉降在10mm以上，适用于一般地层，但是在隧道穿越高铁或者桥梁时，对地表沉降要求高，需要在8mm以下，上述施工方法不再适用。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种盾构穿高铁施工方法，具有低沉降、高精度控制的优点。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种盾构穿高铁施工方法，包括以下步骤：
S1、盾构掘进及同步注浆：安装并定位盾构机，利用盾构机进行掘进，并在盾尾管片壁后进行同步注浆；
S2、二次注浆：在脱出盾尾的第4环或者第5环管片处，采用双浆液每隔4-5环注浆形成环箍，然后再在环箍间进行二次注浆；
S3、在盾尾脱离管片6-7环并二次注浆之后，向注浆孔内打入注浆管，在隧道径向1-3m的范围内采用水泥水玻璃双浆液进行径向补偿注浆，形成补偿加固区。
通过采用上述技术方案，本发明在传统的同步注浆和二次注浆的基础上，增加了径向深孔补偿注浆，在隧道管片周向形成补偿加固区，补偿加固区类似于支撑柱的作用，对地层进行加固和支撑，减小盾构对地表沉降的影响，将地表的沉降量控制在8mm之内，满足高铁沉降要求。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：步骤S3中，选用单向注浆的注浆管，并增加隧道上部管片处注浆管的长度，将注浆管靠近管片一段作为径向补偿注浆使用，远离管片的一段作为地表加固抬升使用，采用分段注浆的方式进行径向补偿注浆，并在注浆完成后将注浆管留置在地层中。
通过采用上述技术方案，在补偿注浆完成之后，将注浆管留置在地层中，能够在补偿注浆后，地层如仍继续沉降或者沉降超过设计要求时，利用注浆管再次进行注浆加固和抬升纠偏操作。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：地表加固抬升具体为采用分段注浆的方式在注浆管远离管片的一端静压注浆形成加固区，并在加固区和径向补偿加固区之间形成未注浆的作用力区域，待加固区形成强度后，向作用力区域进行压力注浆，形成作用在加固区上的作用力将地面抬升。
通过采用上述技术方案，通过在作用力区域进行压力注浆，产生分布在加固区上向上的作用力，推动地表和加固区向上移动达到纠偏的目的。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：压力注浆时，向对应沉降位置的所有管片上部的注浆孔同时注浆抬升。
通过采用上述技术方案，同时注浆，通过控制注浆孔不同压力，可以实现地表均匀抬升。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：二次注浆浆液材料为水泥浆液和水玻璃，其浆液配比为水灰比＝1：1，水泥浆液与水玻璃混合液体积比为1：3，并且混合的双浆液凝结时间为25-30S。
通过采用上述技术方案，快凝，实现快速填充的目的。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：径向补偿注浆的参数为浆液水灰比＝1:1，注浆压力为0.5～1MPa，每孔注浆为1～1.5m3，注浆半径为0.6m。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：静压注浆的浆液选用水泥单浆液，水灰比0.6-0.8：1，水玻璃固化剂3-8％。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：压力注浆采用的浆液水泥和水玻璃固化剂无收缩双浆液，水灰比为0.8-1：1，水：水玻璃固化剂为1：0.5-0.8。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：在每环管片原有设计6个注浆孔的情况下，沿其周向增加10个注浆孔。
通过采用上述技术方案，通过这些注浆孔能够及时二次注浆和补偿注浆，确保盾构背后间隙填充密实，同时也便于后期抬升纠偏。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
本发明在传统的同步注浆和二次注浆的基础上，增加了径向深孔补偿注浆，在隧道管片周向形成补偿加固区，补偿加固区类似于支撑柱的作用，对地层进行加固和支撑，减小盾构对地表沉降的影响，将地表的沉降量控制在8mm之内，满足高铁沉降要求；此外本方案补偿注浆的基础上，增加注浆管的长度，并将注浆管在径向补偿注浆之后，留置在地层中，如径向补偿注浆之后，高铁处地面继续沉降，并超过地表沉降要求，此时可通过注浆管对地层进行注浆加固抬升，实现加固地层，使地表沉降稳定，并且还能实现对沉降超过要求的地面进行抬升，从而使盾构施工不影响高铁的运行。
附图说明
图1是本发明非穿越高铁的注浆横截面图。
图2是本发明穿越高铁的注浆横截面图。
图中，1、管片，2、注浆孔；3、补偿加固区；4、注浆管；5、加固区；6、作用力区域。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1，为本发明公开的一种盾构穿高铁施工方法，其中，每环管片1在原有设计6个注浆孔2的情况下，沿其周向增加10个注浆孔2，通过这些注浆孔2能够及时二次注浆和补偿注浆，确保盾构背后间隙填充密实；具体的包括以下步骤：
S1、盾构掘进及同步注浆：
安装并定位盾构机，利用盾构机进行掘进，掘进时，保证盾构机匀速的穿越高铁区段，掘进速度控制在15-25mm/min，减少对土体的扰动，并在盾尾进行同步注浆，同步注浆时采取以设定注入压力为主，兼顾注入量的方法(具体为根据开挖土体的间隙和注浆地层的渗透以及注浆过程的损失计算出一个理论注浆方量和压力，根据理论值控制浆液的注入方量和压力)；浆液采用渗透性强、早期强度大的硬性浆液，其配比见下表：
浆液在1h内不搅动的情况下不分层离析，初凝时间控制在4-5h，浆液收缩率小于8％。
根据盾构机的掘进参数和地表变形参数不断优化，减少对铁路的影响，将施工后的地表变形量控制在最小范围内。具体的做法如下：
以通过高铁或者桥梁之前的100m区段作为盾构施工试验段，根据正面土压力，紧密结合地表变形监控，及时调整盾构掘进参数，不断优化盾构掘进参数，控制地表变形，减少对铁路的影响。
在盾构到达高铁下方前30m范围内时，对掘进参数及地面沉降情况进行再分析，预测盾构机通过铁路可能出现的沉降值，将盾构掘进参数最优化。
在盾构机距离高铁区段20m时，停止掘进对刀具、机械设备进行检查和维修，例如：盾构机的推进和铰接系统、管片1拼装系统、排土出渣系统、同步注浆系统、二次注浆系统等，保证盾构机不因机械、电气等原因长时间停机。
其中盾构机穿越铁路时拟定的掘进参数见下表：
此外在穿越高铁的过程中，根据监测数据的反馈，及时调整优化掘进参数。
S2、二次注浆
盾构机掘进的过程中，在同步注浆的基础上进行二次注浆，具体的，在脱出盾尾的第4环-第5环管片1，采用双浆液每隔4-5环注浆形成环箍，在隧道纵向形成间隔设置的止水隔离带，通过管片1上的注浆孔2，再在各环箍间进行二次注浆，注浆顺序由下至上。二次注浆浆液材料为水泥浆液和水玻璃，其浆液配比为水灰比＝1：1，水泥浆液与水玻璃混合液体积比为1：3，并且混合的双浆液凝结时间为25-30S。
此外，二次注浆选择在同步注浆初凝时间内，同时注浆不能太靠近盾尾，因为双浆液凝结速度快，可能导致盾构机外壳被箍住，以致盾构机无法向前掘进；选择太远的地方，浆液初凝收缩后会引起地层下沉现象。根据施工经验，二次注浆安排在当前拼装管片1后第4-5环处。开始二次注浆时，应根据同步注浆浆液的收缩率确定二次注浆的浆液方量。
二次注浆的注浆压力在0.5-0.7Mpa，具体的注浆压力根据实际地表沉降监测值进行调整，以满足沉降的要求。
二次注浆时指派专人负责，对压入位置、压入值、压力值均作详细记录，并根据地层变形监测信息及时调整，确保压浆工序的施工质量。根据施工中的变形监测情况，随时调整注浆量及注浆参数，二次注浆量根据地面监测情况随时调整，从而使地层变形量减至最小，直至地面变形稳定为止，以确保高铁轨道的安全。
S3、径向补偿注浆在盾尾脱离管片6-7环并二次注浆之后，进行径向补偿注浆，通过注浆孔2进行补偿注浆，补偿注浆的浆液采用水泥浆液，对管片1壁后进一步的填充密实并进行支撑，避免其因注浆不饱满产生沉降。具体的做法为：先将与管片1上注浆孔2配套的50cm的螺纹钢管安装到注浆孔2中，钢管安装时螺纹处用生料带缠绕，钢管外露10cm，并接上单向阀，采用YT28气腿式凿岩机进行钻孔，钻孔过程中每循环钻进50cm便注浆加固，加固成型后再进行钻进施工，如此循环钻孔和注浆两个步骤，逐步深入，直至钻孔、加固至隧洞径向1-3m范围，优选加固至隧洞径向3m，具体加固深度根据地表沉降数据和地质情况确定。径向补偿注浆时采用Φ42mm，长3.0m，壁厚为3.75mm的注浆管4，径向补偿注浆的注浆量受细砂地层的渗透率、泄漏损失、浆液的种类和注浆压力等多种因素的影响，为保证注浆效果、控制地层沉降，浆液为普通水泥浆液，其浆液水灰比＝1:1，，注浆压力为0.5～1MPa，每孔注浆为1～1.5m3，注浆半径为0.6m。在注浆过程中注意沉降点的监测，根据其监测结果及时调整注浆量和注浆压力，以达到最优效果，注浆后期采用高标号防水砂浆回填堵孔，进行防水密封处理。
参照图2，进一步的，在径向补偿注浆之后，可能地表沉降仍会继续扩大，因此，在步骤S4中，径向补偿注浆完成之后，将注浆管4留在地层中，注浆管4选用单向注浆的袖阀管，只供浆液向地层中渗透，防止浆液逆流向注浆管4内。增加隧道上部管片1处注浆管4的长度，将注浆管4靠近管片1的一段作为径向补偿注浆使用，远离管片1的一段作为地表加固抬升使用。具体的做法如下：将注浆管4从管片1注浆孔2位置打入地层，先采用分段注浆的方式在注浆管4在1-3m的范围内进行径向补偿注浆，注浆参数与步骤S4中参数一致。待径向补偿注浆完成后，如监测到地表仍继续沉降，且沉降超过设计沉降值时，在对应沉降区域，采用分段注浆的方式在注浆管4远离管片1的一端静压注浆形成加固区5，加固区5的径向厚度1-2m，此时在加固区5和径向补偿加固区53之间形成未注浆的作用力区域6。待加固区5形成强度之后，向对应沉降位置的所有管片1上部的注浆孔2同时注浆的方式，在作用力区域6进行压力注浆，形成作用力，借助径向补偿区的作用力，推动加固区5和地面向上移动，对地表沉降区地层进行加固并抬升。
其中静压注浆的浆液选用水泥单浆液为主，水灰比0.6-0.8：1，根据实际情况添加适量水玻璃固化剂3-8％，固化剂的作用是增强浆液的渗透性、调整浆液的凝固时间，有效控制浆液的扩散半径。
压力注浆采用的浆液水泥和水玻璃固化剂无收缩双浆液，水灰比为0.8-1：1，水：水玻璃固化剂为1：0.5-0.8，该浆液浓度较大，凝结时间短，注浆压力可在短时间内升高，形成作用力，达到推动地面，实现向上位移和加固的目的。
本发明在传统的同步注浆和二次注浆的基础上，增加了径向深孔补偿注浆，在隧道管片1周向形成补偿加固区53，补偿加固区53类似于支撑柱的作用，对地层进行加固和支撑，减小盾构对地表沉降的影响，将地表的沉降量控制在8mm之内，满足高铁沉降要求；此外本方案补偿注浆的基础上，增加注浆管4的长度，并将注浆管4在径向补偿注浆之后，留置在地层中，如径向补偿注浆之后，高铁处地面继续沉降，并超过地表沉降要求，此时可通过注浆管4对地层进行注浆加固抬升，实现加固地层，使地表沉降稳定，并且还能实现对沉降超过要求的地面进行抬升，从而使盾构施工不影响高铁的运行。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
