Tbm-epb雙模式盾構(gòu)在復(fù)合地層中的施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及盾構(gòu)施工領(lǐng)域，具體涉及TBM-EPB雙模式盾構(gòu)在復(fù)合地層中的施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]盾構(gòu)是一種應(yīng)用于隧道工程施工的大型機械設(shè)備，其集破巖、出渣、襯砌、支護等于一體，具有自動化程度高、速度快和安全高效等優(yōu)點，近年來，在隧道項目上得到了廣泛應(yīng)用。
[0003]在隧道施工中，通常會涉及到對不同地質(zhì)情況的地層進行施工，就采用盾構(gòu)施工而言，需要按照地層的硬度劃分為硬巖地層和軟巖地層，而盾構(gòu)按照地層的硬度劃分也相對應(yīng)的劃分為兩種掘進模式，一種是適用于硬巖地層的TMB掘進模式，另一種是適用于軟巖地層的EPB掘進模式。
[0004]在施工過程中，通過更換不同模式的盾構(gòu)以實現(xiàn)在不同地層中的掘進，但是，由于在施工過程中更換不同模式的盾構(gòu)，不僅需要耗費大量的人力物力，而且還需要較長的更換時間，延誤工期，特別是在軟硬地層交替出現(xiàn)的地段掘進中，更給施工帶來諸多麻煩。
[0005]所以，為了解決上述問題，TBM-EPB雙模式盾構(gòu)應(yīng)運而生，可以實現(xiàn)在兩種模式情況下的正常掘進，即，能夠在軟硬地層的交界面處進行掘進模式的轉(zhuǎn)換，以此適應(yīng)與不同地層的要求，這種掘進模式的轉(zhuǎn)換較傳統(tǒng)更換不同掘進模式的盾構(gòu)而言，不僅節(jié)省了大量的人力物力，而且還極大的縮短的施工工期。
[0006]但是，在目前采用TBM-EPB雙模式盾構(gòu)進行隧道施工中，依然存在著不足，在實際工程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在TBM-EPB雙模式盾構(gòu)進行模式轉(zhuǎn)換時，轉(zhuǎn)換期間需要拆裝輸送機、中心回轉(zhuǎn)接頭、土壓倉內(nèi)刮泥板等部件，致使在轉(zhuǎn)換期間，不能夠?qū)蜻M掌子面進行帶壓支撐，而此處為軟硬地層的交界面，其地質(zhì)條件復(fù)雜，自穩(wěn)性低，極易出現(xiàn)崩塌造成無法進行掘進模式的轉(zhuǎn)換，嚴重時甚至導(dǎo)致安全事故，所以，目前的施工方法中，在進行掘進模式轉(zhuǎn)換前，都需要對掘進掌子面進行加固，如此，也就延長了工期，增加了施工成本。
[0007]所以，目前亟需一種適用于TBM-EPB雙模式盾構(gòu)在復(fù)合地層中的施工方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于:針對目前TBM-EPB雙模式盾構(gòu)在復(fù)合地層施工中，在進行掘進模式轉(zhuǎn)換時，存在的需要對掘進掌子面進行加固而延長工期，增加施工成本的不足，提供一種能夠節(jié)約工期，降低施工成本的TBM-EPB雙模式盾構(gòu)在復(fù)合地層中的施工方法。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
TBM-EPB雙模式盾構(gòu)在復(fù)合地層中的施工方法，包括下述步驟:
(1)、地質(zhì)勘查:根據(jù)設(shè)計線路進行地質(zhì)勘查，并提供軟巖地層、硬巖地層及其交界面的位置數(shù)據(jù)；
(2)、盾構(gòu)進場安裝調(diào)試:根據(jù)步驟(I)所提供的數(shù)據(jù)，選擇盾構(gòu)始發(fā)掘進時所需要的掘進模式進行盾構(gòu)的安裝和調(diào)試；
(3)、盾構(gòu)始發(fā)掘進:盾構(gòu)由安裝位置開始掘進施工；
(4)、盾構(gòu)掘進模式轉(zhuǎn)換:盾構(gòu)的刀盤靠近軟巖地層和硬巖地層的交界面時，根據(jù)不同情況進行如下轉(zhuǎn)換:
(4a)、若此時盾構(gòu)位于軟巖地層內(nèi)，則盾構(gòu)繼續(xù)掘進，直至盾構(gòu)穿過軟巖地層與硬巖地層的交界面，然后盾構(gòu)再停機，掘進模式由EPB掘進模式轉(zhuǎn)換為TBM掘進模式；
(4b)、若盾構(gòu)位于硬巖地層內(nèi)，則盾構(gòu)停機，掘進模式由TBM掘進模式轉(zhuǎn)換為EPM掘進模式；
(5)、正常掘進:待步驟(4)中，盾構(gòu)掘進模式轉(zhuǎn)換完成后，重新啟動盾構(gòu)，進行正常的掘進工作；
(6)、依次重復(fù)步驟(4)和(5)，直至施工完畢，吊出盾構(gòu)。
[0010]在雙模盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)中，EPB掘進模式和TBM掘進模式轉(zhuǎn)換時，須拆裝螺旋輸送機、中心回轉(zhuǎn)接頭、土壓倉內(nèi)刮泥板等設(shè)備，致使在掘進模式轉(zhuǎn)換期間，不能夠?qū)蜻M掌子面進行帶壓支撐，所以，必須先確保掘進掌子面有足夠的穩(wěn)定性；另一方面，在目前的雙模盾構(gòu)施工中，掘進模式轉(zhuǎn)換的位置都選擇在理論上的最佳位置，即，位于軟巖地層和硬巖地層的交界面處，而在此交界面處，巖層風(fēng)化程度較大，自穩(wěn)性極差，所以在目前的掘進模式轉(zhuǎn)換前，必須先對掘進掌子面進行加固，然后再進行掘進模式的轉(zhuǎn)換，所以也會帶來施工成本的增加，以及工期的延長；而這一問題在軟巖地層和硬巖地層交替出現(xiàn)的復(fù)合地層施工中尤為明顯?；谏鲜觯旧暾埖陌l(fā)明人，通過長期研宄總結(jié)，將盾構(gòu)掘進模式的轉(zhuǎn)換設(shè)置在靠近交界面的硬巖地層中，由于硬巖地層本身具有較高的硬度和強度，并且具有良好的自穩(wěn)性，也就是說，不需要對掘進掌子面進行帶壓支撐，也不會出去垮塌的問題，所以在進行掘進模式轉(zhuǎn)換時不需要對掘進掌子面進行加固，在保證施工安全的前提下，直接減少人力物力的投入，而且還節(jié)約了工期。
[0011]在步驟(4a)中，當盾構(gòu)位于軟巖地層中時，當?shù)侗P接近軟巖地層與硬巖地層之間的交界面時，盾構(gòu)并不停機，繼續(xù)向前掘進，直至穿過交界面至硬巖地層內(nèi)，雖然采用EPB模式進行掘進，會增加盾構(gòu)刀具的磨損，掘進進度較慢，但是并不會出現(xiàn)安全事故，而且，其所增加的施工成本遠小于對掘進掌子面進行加固支撐而帶來的成本增加。
[0012]在步驟(4b)中，當盾構(gòu)位于硬巖地層中時，當?shù)侗P接近軟巖地層與硬巖地層之間的交界面時，盾構(gòu)停機，進行掘進模式的轉(zhuǎn)換，同時也避免TBM掘進模式在軟巖地層中掘進造成塌方等安全事故。
[0013]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟(4a)中，若此時盾構(gòu)位于軟巖地層內(nèi)，盾構(gòu)繼續(xù)掘進，直至盾構(gòu)的整個土壓倉完全穿過軟巖地層與硬巖地層的交界面，進入到硬巖地層內(nèi)，然后再停機，掘進模式由EPB掘進模式轉(zhuǎn)換為TBM掘進模式。在EPB掘進模式的盾構(gòu)中，刀盤與承壓隔板之間形成土壓倉，土壓倉圓周方向的邊緣為敞開狀態(tài)，在工作過程中，盾構(gòu)的千斤頂?shù)耐屏ψ饔迷诔袎焊舭迳希ㄟ^承壓隔板傳遞都土壓倉內(nèi)的渣土上，在由渣土的壓力作用于掌子面，以抵消掌子面處的土壓，以此實現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)；而TBM掘進模式的盾構(gòu)中，由于其無需對掌子面施以壓力保證穩(wěn)定，所以在進行EPB掘進模式轉(zhuǎn)換為TBM掘進模式時，需要將承壓隔板拆除，所以，在本發(fā)明的方案中，若此時盾構(gòu)位于軟巖地層內(nèi)，盾構(gòu)繼續(xù)掘進，直至盾構(gòu)的整個土壓倉完全穿過軟巖地層與硬巖地層的交界面，進入到硬巖地層內(nèi)，然后再停機，掘進模式由EPB掘進模式轉(zhuǎn)換為TBM掘進模式，即，土壓倉位于自穩(wěn)性較好的硬巖地層中，在盾構(gòu)轉(zhuǎn)換為TBM掘進模式過程中，以及轉(zhuǎn)換后，保證掌子面不會由于壓力撤銷而出現(xiàn)垮塌，進而保證了實際施工過程中施工安全。
[0014]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟(4a)中，若此時盾構(gòu)位于軟巖地層內(nèi)，盾構(gòu)繼續(xù)掘進，直至整個盾構(gòu)完全進入到硬巖地層內(nèi)，然后再停機，掘進模式由EPB掘進模式轉(zhuǎn)換為TBM掘進模式。首先，在實際工程中，軟巖地層與硬巖地層的交界面不會如理論交界面具有明確的界限，實際地層中，在交界面附近區(qū)域為軟巖地層與硬巖地層的過渡區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)，地層的自穩(wěn)性雖然較軟巖地層的自穩(wěn)性要好，但是自穩(wěn)性依然不夠好，所以，在本發(fā)明的方案中，若此時盾構(gòu)位于軟巖地層內(nèi)，盾構(gòu)繼續(xù)掘進，直至整個盾構(gòu)完全進入到硬巖地層內(nèi)，然后再停機，掘進模式由EPB掘進模式轉(zhuǎn)換為TBM掘進模式。通過這樣的方式，使盾構(gòu)的土壓倉離開交界面足夠距離，首先是保證土壓倉處的地層具有較好的自穩(wěn)性，保證施工安全；另一方面，整個盾構(gòu)完全穿過交界面，即使在土壓倉處的地層的自穩(wěn)性依然達不到要求，由于此時盾構(gòu)整體對整個隧道具有足夠強度的支撐，所以，即使在掌子面出現(xiàn)局部垮塌的現(xiàn)象，也不會對其他位置造成影響，而且這種局部垮塌也能夠得到快速的清理，不會對工期造成耽誤，所以，整個盾構(gòu)完全穿過交界面再進行盾構(gòu)掘進模式的轉(zhuǎn)換，不僅進一步的保證了施工的安全，而且還能夠在復(fù)雜地層中進行模式轉(zhuǎn)換，也進一步的提高了施工效率。
[0015]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟(4a)中，若此時盾構(gòu)位于軟巖地層內(nèi)，盾構(gòu)繼續(xù)掘進，直至盾構(gòu)完全進入到硬巖地層內(nèi)，并且，盾構(gòu)的后端距離軟巖地層和硬巖地層交界面10?15米的距離，盾構(gòu)再停機，再將盾構(gòu)的掘進模式由EI3B掘進模式轉(zhuǎn)換為TBM掘進模式。本發(fā)明的發(fā)明人，通過長期的現(xiàn)場施工總結(jié)和研宄，從安全施工角度和經(jīng)濟施工角度出發(fā)，創(chuàng)造性的提出10?15米的距離的安全距離，S卩，盾構(gòu)的后端距離軟巖地層和硬巖地層交界面10?15米，以此保證在進行掘進模式轉(zhuǎn)換過程中，土壓倉處的地層具有足夠的自穩(wěn)性，以此避免出現(xiàn)垮塌的危險，進一步保證了施工安全及其施工效率。
[0016]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟(4b)中，若盾構(gòu)位于硬巖地層內(nèi)，所述盾構(gòu)的刀盤與軟巖地層和硬巖地層交界面之間的距離至少為10?15米。
[0017]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟(4a)中，當盾構(gòu)的刀盤穿過軟巖地層與硬巖地層的交界面后，適當降低盾構(gòu)的掘進速度，直至盾構(gòu)停機進行掘進模式轉(zhuǎn)換。
[0018]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟(4b)中，在盾構(gòu)的掘進模式轉(zhuǎn)換完畢后，采用TBM掘進模式下的掘進速度，直至盾構(gòu)的刀盤穿過硬巖地層和軟巖地層的交界面，再提高其掘進速度。
[0019]本發(fā)明的技術(shù)方案中，由于掘進模式轉(zhuǎn)換是在硬巖地層中進行的，所以，盾構(gòu)在EPB掘進模式下都會對部分硬巖地層進行掘進施工，此時，適用于軟巖地層的刀具對硬巖地層進行切割，若采用常規(guī)掘進速度，那么刀具將受到較大的沖擊和磨損，嚴重時，甚至造成刀具變形或者斷裂的危險，所以，適當降低掘進速度，以此減小刀具受到的沖擊和磨損，保證施工的效率。
[0020]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟(4a)中，在進行盾構(gòu)的掘進模式轉(zhuǎn)換前，先通過工期和施工成本進行核算，核算出硬巖地層的下限長度，再確定是否進行掘進模式的轉(zhuǎn)換。當盾構(gòu)有軟巖地層準備進入硬巖地層時，此時，若不進行掘進模式轉(zhuǎn)換，會導(dǎo)致如上述的問題存在，所以需要降低掘進速度，如此，會增加工期和施工成本；但是，在施工中，盾構(gòu)掘進模式的轉(zhuǎn)換本身需要一定的工期和一定的施工成本，所以，通過與不進行掘進模式轉(zhuǎn)換的情況下所需的工期和施工成本進行比較，確定是否需要進行掘進模式的轉(zhuǎn)換，以達到最優(yōu)施工方案。
[0021]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟(4a)中，進行盾構(gòu)掘進模式轉(zhuǎn)換的硬巖地層的下限長度為100?150米。