一种盾构掘进竖向纠偏的施工方法
技术领域
本申请涉及盾构隧道施工的领域，尤其是涉及一种盾构掘进竖向纠偏的施工方法。
背景技术
盾构隧道施工法是指使用盾构机，一边控制开挖面及周围土体不发生坍塌失稳，一边进行隧道掘进、出渣，并在隧道内壁拼装预制混凝土管片形成衬砌，从而不扰动周围土体而修筑隧道的方法。
在盾构隧道施工过程中，由于受规划及建、构筑物的制约，使得隧道的施工线路越来越复杂，不可避免的会遇到出现竖向极限坡度上坡掘进的线路，尤其是在软土地区，盾构机在施工过程中难以抬头，会出现无法正常接收的情况，给盾构机上坡掘进造成了极大的困难，使得盾构机施工作业风险极大。
发明内容
为了解决盾构隧道施工难以在极限竖向坡度的情况下进行上坡掘进的问题，本申请提供一种盾构掘进竖向纠偏的施工方法。
本申请提供的一种盾构掘进竖向纠偏的施工方法采用如下的技术方案：一种盾构掘进竖向纠偏的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1注浆：通过注浆管路在盾构机下方注入速凝浆液，速凝浆液在盾构机下方土体中发生速凝；
S2纠偏：速凝后，使盾构机上坡掘进，然后再次进行注浆，如此反复，当盾构机顺利通过上坡段之后，结束注浆。
通过采用上述技术方案，施工时，在盾构机下方注入速凝浆液，使速凝浆液在盾构机下方的软土土体中快速凝固，增强土体的强度，并为盾构机上坡掘进提供竖向纠偏反力，使盾构机在软土地区上坡掘进能够顺利抬头，确保正常接收，降低作业风险，从而达到盾构隧道施工中在极限竖向坡度的情况下顺利上坡掘进的目的。
优选的，所述速凝浆液包括重量比为(3-5)∶1的A液和B液，注浆时在不同的注浆管路内分别注入A液和B液，A液和B液在盾构机下方土体中接触发生速凝。
通过采用上述技术方案，施工时，在盾构机下方同时注入A液和B液，A液和B液在盾构机下方的软土土体中相互接触结合后会发生速凝，并对盾构机下部的土体进行实时加固处理，使盾构机下部土体强度变大，为对盾构机提供向上的掘进反力。A液和B液接触后发生速凝，能够避免速凝浆液自身发生凝固现象，确保速凝浆液对盾构机下方的土体起到加固作用，便于对盾构机下方土体中发生速凝的位置进行控制，提高纠偏过程的精确程度。
优选的，所述A液包括重量比为(0.8-1.2)∶1的A凝固剂和水，A凝固剂包括以下重量百分比的组分：高铁硫铝酸盐水泥79-83％、石英粉14-17％、氯化钙1.0-1.5％、氯化锂0.7-0.9％、硬脂酸锌0.4-0.6％、六偏磷酸钠0.8-1.0％。
通过采用上述技术方案，A液是在高铁硫铝酸盐水泥中掺入石英粉以及少量氯化钙、氯化锂、硬脂酸锌和六偏磷酸钠，以减少高铁硫铝酸盐水泥的孔隙率，并提高高铁硫铝酸盐水泥的强度，确保速凝浆液的速凝效果，同时为盾构机上坡掘进提供足够的竖向纠偏反力。
优选的，所述B液包括重量比为(0.8-1.2)∶1的B凝固剂和水，B凝固剂包括以下重量百分比的组分：铝矾土49-53％、碳酸钠44.5-47.8％、滑石粉0.6-0.8％、羟丙基甲基纤维素0.5-0.7％、钛白粉1.3-1.7％。
通过采用上述技术方案，B液主要成分为铝矾土和碳酸钠，并加入一定比例的滑石粉、高分子聚合物，进一步提高速凝浆液的强度，确保盾构机上坡掘进的顺利进行。
优选的，所述步骤S1注浆中A液和B液均设置有备用管路。
通过采用上述技术方案，由于A液和B液自身具有一定的凝固效果，为防止出现注浆管路堵塞的现象，在注浆时为A液和B液均设置备用管路，能够随时对注浆管路进行更换，确保注浆过程的顺利进行，避免因注浆管路堵塞而影响盾构机掘进竖向纠偏过程。
优选的，所述步骤S1注浆前在盾构机的下部开设竖向的注浆孔，并将注浆管路安装在注浆孔上。
通过采用上述技术方案，施工前，需要对盾构机进行改造，即在盾构机的盾壳下部开设竖向的注浆孔，并在注浆孔上安装注浆管路，能够在注浆时使速凝浆液通过注浆管路从注浆孔流下，并落在盾构机下方的土体中，实现对盾构机下方土体的注浆过程，并使注浆过程更加顺畅。
优选的，所述步骤S1注浆前使盾构机先通过试验段获得盾构机的掘进参数。
通过采用上述技术方案，在注浆前，先使盾构机通过试验段的掘进作业，从而获得盾构机掘进过程的参数，如土层压力，盾构机的推力、转速等等，便于对盾构机在上坡掘进过程中进行控制，确保盾构机上坡掘进过程中竖向纠偏的精确程度。
优选的，所述A液和B液的重量比为4∶1。
优选的，所述A凝固剂和水的重量比为1∶1，A凝固剂包括以下重量百分比的组分：高铁硫铝酸盐水泥81％、石英粉15.5％、氯化钙1.3％、氯化锂0.8％、硬脂酸锌0.5％、六偏磷酸钠0.9％。
优选的，所述B凝固剂和水的重量比为1∶1，B凝固剂包括以下重量百分比的组分：铝矾土51％、碳酸钠46.2％、滑石粉0.7％、羟丙基甲基纤维素0.6％、钛白粉1.5％。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过在盾构机下方注入速凝浆液，使速凝浆液快速凝固，并增强土体的强度，为盾构机上坡掘进提供竖向纠偏反力，从而达到盾构隧道施工中在极限竖向坡度的情况下顺利上坡掘进的目的；
2.通过在盾构机下方同时注入A液和B液，A液和B液相互接触结合后发生速凝，并对土体进行加固处理，使盾构机下部土体强度变大，为对盾构机提供足够的掘进反力。
附图说明
图1是本申请的结构示意图；
图2是图1中A处的局部放大图。
附图标记说明：1、盾构机；11、注浆孔；12、注浆管路；2、土体；3、速凝浆液；4、极限竖向坡度。
具体实施方式
以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种盾构掘进竖向纠偏的施工方法。
实施例1
参照图1和图2，一种盾构掘进竖向纠偏的施工方法，包括以下步骤：S1注浆：
施工前，先在盾构机1的下部开设竖向的注浆孔11，然后在注浆孔11上安装注浆管路12，注浆管路12设置有两条，并注浆孔11内安装两条备用管路。注浆时，当注浆管路12出现堵塞后，通过备用管路进行注浆，对注浆管路12进行替换，确保注浆过程的顺利进行。
当注浆管路12安装完毕后进行盾构隧道施工，施工时先使盾构机1在土体2中掘进100m的试验段，并通过试验段获得盾构机1的掘进参数，从而便于对盾构机1在上坡掘进过程中进行控制，确保盾构机1上坡掘进过程中竖向纠偏的精确程度。
当盾构机1上坡掘进前，需要在盾构机1下方的土体2中进行注浆。注浆前，需要预制好速凝浆液3，速凝浆液3包括A液和B液，A液和B液和重量比为3∶1。A液是由重量比为0.8∶1的A凝固剂和水混合而成，A凝固剂包括以下重量百分比的组分：高铁硫铝酸盐水泥79％、石英粉17％、氯化钙1.5％、氯化锂0.9％、硬脂酸锌0.6％、六偏磷酸钠1.0％。B液是由重量比为0.8∶1的A凝固剂和水混合而成，B凝固剂包括以下重量百分比的组分：铝矾土49％、碳酸钠47.8％、滑石粉0.8％、羟丙基甲基纤维素0.7％、钛白粉1.7％。
注浆时，将A液和B液通过不同的注浆管路12注入注浆孔11，并流动至盾构机1下方的土体2中，A液和B液在盾构机1下方的土体2中接触后发生速凝，从而快速增强了盾构机1下方土体2的强度。
S2纠偏：
当A液和B液在盾构机1下方土体2中接触后并发生速凝后，快速增强了盾构机1下方土体2的强度，为盾构机1上坡掘进提供足够的竖向纠偏反力，此时使盾构机1进行上坡掘进，当盾构机1掘进一段距离后再次进行注浆，然后继续使盾构机1进行上坡掘进，如此循环反复，当盾构机1顺利通过极限竖向坡度4之后，结束注浆，从而使盾构机1在软土地区上坡掘进能够顺利抬头，确保正常接收，降低作业风险，达到盾构隧道施工中在极限竖向坡度4的情况下顺利上坡掘进的目的。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于，A液和B液和重量比为4∶1，A液是由重量比为1∶1的A凝固剂和水混合而成，A凝固剂包括以下重量百分比的组分：高铁硫铝酸盐水泥81％、石英粉15.5％、氯化钙1.3％、氯化锂0.8％、硬脂酸锌0.5％、六偏磷酸钠0.9％。B液是由重量比为1∶1的A凝固剂和水混合而成，B凝固剂包括以下重量百分比的组分：铝矾土51％、碳酸钠46.2％、滑石粉0.7％、羟丙基甲基纤维素0.6％、钛白粉1.5％。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于，A液和B液和重量比为5∶1，A液是由重量比为1.2∶1的A凝固剂和水混合而成，A凝固剂包括以下重量百分比的组分：高铁硫铝酸盐水泥82.9％、石英粉14％、氯化钙1.0％、氯化锂0.7％、硬脂酸锌0.4％、六偏磷酸钠0.8％。B液是由重量比为1.2∶1的A凝固剂和水混合而成，B凝固剂包括以下重量百分比的组分：铝矾土53％、碳酸钠44.5％、滑石粉0.7％、羟丙基甲基纤维素0.5％、钛白粉1.3％。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于，A液和B液和重量比为4∶1，A液是由重量比为1∶1的A凝固剂和水混合而成，A凝固剂包括以下重量百分比的组分：高铁硫铝酸盐水泥83％、石英粉14％、氯化钙1.0％、氯化锂0.7％、硬脂酸锌0.4％、六偏磷酸钠0.9％。B液是由重量比为1.2∶1的A凝固剂和水混合而成，B凝固剂包括以下重量百分比的组分：铝矾土53％、碳酸钠44.5％、滑石粉0.6％、羟丙基甲基纤维素0.6％、钛白粉1.3％。
对比例1
本对比例与实施例1的不同之处在于，A液和B液和重量比为7∶1。
对比例2
本对比例与实施例1的不同之处在于，A凝固剂包括以下重量百分比的组分：高铁硫铝酸盐水泥85％、石英粉13％、氯化钙0.8％、氯化锂0.5％、硬脂酸锌0.2％、六偏磷酸钠0.5％。
对比例3
本对比例与实施例1的不同之处在于，A凝固剂包括以下重量百分比的组分：高铁硫铝酸盐水泥77％、石英粉18％、氯化钙1.8％、氯化锂1.1％、硬脂酸锌0.8％、六偏磷酸钠1.3％。
对比例4
本对比例与实施例1的不同之处在于，B凝固剂包括以下重量百分比的组分：铝矾土56％、碳酸钠40.2％、滑石粉1％、羟丙基甲基纤维素0.9％、钛白粉1.9％。
对比例5
本对比例与实施例1的不同之处在于，B凝固剂包括以下重量百分比的组分：铝矾土48％、碳酸钠50％、滑石粉0.5％、羟丙基甲基纤维素0.4％、钛白粉1.1％。
性能检测
对实施例1-4、对比例1-3中凝固后盾构机下方的土体性能采用如下方法进行测试。
①早期抗裂性能:按照GB/T50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》制作标准试块，计算盾构机下方的土体注浆50min后测量得到单位面积的裂缝数目以及单位面积上的总开裂面积。
②抗压强度:按照GB/T50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》制作标准试块，并测量标准试块养护30min和50min后的抗压强度。
③抗折强度:按照GB/T50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》制作标准试块，并测量标准试块养护30min和50min后的抗折强度。
测试结果列于表1。
表1盾构机下方土体性能的测试数据
表1 盾构机下方土体性能的测试数据
由表1可知：
实施例1-4与对比例1-5相比，实施例1-4中盾构机下方土体的早期抗裂性能、抗压强度和抗折强度均远远优于对比例1-5，说明本发明的速凝浆液中A液和B液的配比，以及A液和B液中各组分的配比更加合理，能够有效改善盾构机下方土体的各项性能，为盾构机上坡掘进提供足够的竖向纠偏反力，从而确保盾构机在极限竖向坡度的情况下顺利上坡掘进。
实施例1-4与对比例1相比，实施例1-4中盾构机下方土体的早期抗裂性能、抗压强度和抗折强度均远远优于对比例1，说明A液和B液的重量比在(3-5)∶1的范围内时，能够有效改善盾构机下方土体的各项性能，从而提高为盾构机上坡掘进过程中提供的竖向纠偏反力。
实施例1-4与对比例2-3相比，实施例1-4中盾构机下方土体的早期抗裂性能、抗压强度和抗折强度均远远优于对比例2-3，说明A凝固剂中各组分重量百分比为高铁硫铝酸盐水泥79-83％、石英粉14-17％、氯化钙1.0-1.5％、氯化锂0.7-0.9％、硬脂酸锌0.4-0.6％、六偏磷酸钠0.8-1.0％的范围内时，A凝固剂中各组分相互配合更加合理，使得盾构机下方土体的各项性能进一步提高。
实施例1-4与对比例4-5相比，实施例7-9中盾构机下方土体的早期抗裂性能、抗压强度和抗折强度均远远优于对比例4-5，说明B凝固剂中各组分重量百分比为铝矾土49-53％、碳酸钠44.5-47.8％、滑石粉0.6-0.8％、羟丙基甲基纤维素0.5-0.7％、钛白粉1.3-1.7％的范围内时，B凝固剂中各组分相互配合更加合理，从而改善盾构机下方土体的各项性能。
实施例2与实施例1、实施例3、实施例4相比，实施例2中盾构机下方土体的早期抗裂性能、抗压强度和抗折强度均稍优于实施例1、实施例3和实施例4，说明速凝浆液中A液和B液的重量比为4∶1，且A凝固剂中各组分重量百分比为高铁硫铝酸盐水泥81％、石英粉15.5％、氯化钙1.3％、氯化锂0.8％、硬脂酸锌0.5％、六偏磷酸钠0.9％，B凝固剂中各组分重量百分比为铝矾土51％、碳酸钠46.2％、滑石粉0.7％、羟丙基甲基纤维素0.6％、钛白粉1.5％时，A凝固剂和B凝固剂中各组分相互配合更加合理，且A液和B液的配合作用更加合理，能够使A液和B液相互接触后快速对盾构机下方土体的各项性能起到加强作用，确保为盾构机上坡掘进过程提供足够的竖向纠偏反力，从而达到盾构隧道施工中在极限竖向坡度的情况下顺利上坡掘进的目的。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
