电容液位
毛贤;吴烨
【摘 要】针对地铁盾构隧道施工中遇到的溶洞、空穴等地质灾害,提出了当无法从地面进行注浆加固处理时,如何利用盾构机配置的超前钻探系统在洞内进行溶洞钻探及注浆加固.本文结合工程实例,介绍了洞内溶洞处理施工流程,同时对洞内溶洞钻探、注浆加固施工的注意事项提出建议.
【期刊名称】《铁道建筑技术》
【年(卷),期】2014(000)002
【总页数】4页(P77-80)
【关键词】盾构隧道;溶洞处理;超前钻探;注浆加固
【作 者】毛贤;吴烨
【作者单位】中铁十五局集团有限公司 河南洛阳471013;北京中铁天瑞机械设备有限公司 北京100039
【正文语种】中 文
【中图分类】U455.43
1 引言
在盾构隧道施工项目中，隧道设计线路往往会遇到溶洞或不明原因地下洞穴等意外地质灾害，当溶洞受扰动塌陷时既能造成盾构机沉陷、管环破裂、隧道涌水、涌泥等严重施工安全事故，也往往会引起周围地层剧烈沉降、地面建筑物开裂倒塌等严重的社会风险安全事故。为规避以上施工安全风险和社会风险，在盾构机到达溶洞前必需对溶洞进行加固处理。常规做法是通过地面钻孔注浆，对地下溶洞进行加固处理;而当地面条件受限时，可采用盾构机上配置的超前钻探注浆系统，在盾构机上进行溶洞超前钻探、注浆加固等工作。
广深港高铁深港连接段香港826标盾构隧道项目中，隧道设计线路遭遇大理岩喀斯特地貌，初勘表明在隧道通过的大理岩区段地层中存在直径大于5 m的溶洞。香港铁路有限公
司要求，当盾构机掘进至探明大理岩区域前30 m时，开始进行溶洞钻探、注浆加固工作。具体为盾构机中心线以上2倍洞径的半圆面内及盾构机中心线以下1.5倍洞径深度内的溶洞，都要被探明处理。由于钻杆一次钻探只能探测钻杆通过的地层是否存在溶洞，对于盾构机掘进前方的地层是否存在溶洞，只能通过下一次钻探探明。业主要求在盾构隧道通过大理岩区间时盾构机每间隔两环即4 m推进距离，重新进行一次全断面溶洞超前钻探、注浆加固。钻探处理边界范围如图1所示。 图1 盾体前方超前钻探范围
dc资源2 盾构机设备配置特殊要求
2.1 盾构机工作环境
826 标盾构隧道项目位于香港米铺湿地国际鸟类自然保护区，采用两台开挖直径9.96 m泥水平衡盾构机施工，隧道埋深由48 m逐渐变化到28 m，泥水舱压力由5 bar变化到3 bar。盾构机刀盘开挖直径大于盾体前盾直径6 cm，开挖洞壁与盾体外圆间有3 cm宽的环形空隙，刀盘开挖舱内循环泥浆通过此环形空间与盾尾同步注浆浆液建立水力联系。当盾构机停机泥浆不流动时，环形空间中泥浆的压力等于同一液位上泥水舱中的泥浆压力。
笔顺编号
2.2 超前钻系统设备配置
横向切片因项目施工地质环境的特殊性，要求设备供应商进行盾构机设计时在盾体上推进油缸区域，每相邻的两组油缸之间布置一道超前钻预留通道(DN100)，通道前端外开口于盾体外圆，外开口与开挖洞壁和盾体外圆间的环形空间相连通;本项工程盾构机配置22组推进油缸，所以盾体周边均布22道超前钻预留通道。隔舱壁和耐压舱壁上前后对应预留外环8道、内环4道超前钻通道，并与刀盘上的超前钻预留通道前后对应，钻头可通过耐压舱壁、隔舱壁、刀盘到达前方掌子面进行钻探。所有预留通道大气环境处的内开口都配置球阀和常闭法兰，法兰用于钻探、注浆时连接旋转型防爆裂密封装置FBOP(简称FBOP)。在管片拼装机后部的连接桥位置安装3台超前钻机，即正面超前钻机1台(水平布置)，周边超前钻机2台(上部预留通道与盾体轴线夹角10°、下部预留通道与盾体轴线夹角13°、每台运行范围 0～220°)。钻机为 Atlas Copco超前钻，有旋转钻进和旋转－冲击钻进两种工作模式。FBOP密封装置的L型密封唇口朝向FBOP内部，当FBOP接通高压水后，内外压差形成密封唇口的工作压力使唇口压紧在管件外圆实现高压密封。FBOP密封装置允许通过DN35 mm～DN90 mm的管件。后配套台车上配置超前钻液压泵站、储浆罐、砂浆泵、高压水泵、钻探控制记录仪器等。按2倍洞径宽度、1.5倍洞径深度钻探处理要求，超前钻钻孔分
布如图2所示。
钻杆钻进长度:上部钻杆倾角10°，盾体上预留通道外开口距盾构机中心线4.95 m，环形空间0.03 m，要探测中心线以上10 m高度溶洞，钻杆钻进高出盾体5.02 m垂直高度即可，则钻杆钻进长度为 5.02/sin10°=28.9 m，预留通道外开口距刀盘4.9 m，此时钻头距刀盘水平距离为24 m;同理，下部钻杆倾角13°，要探测15 m深度溶洞情况，钻杆钻进低于盾体10.02 m垂直深度即可，钻杆钻进长度为 10.02/sin13°=44.5 m，此时钻头距刀盘水平距离为39.6 m。业主要求，正面钻杆伸出刀盘20 m。
图2 超前钻纵向布孔及周向布孔
3 洞内溶洞处理施工流程
根据设计勘探资料和详勘资料揭示的溶洞存在情况，在盾构机到达溶洞区以前30 m处开始进行超前钻探以探明溶洞存在的确切位置，发现溶洞后立即进行注浆加固。
蜂窝纸芯3.1 钻机与FBOP密封装置配套就位
由于钻头形状特殊并安装有切削刃具，钻头不能从FBOP橡胶密封端进行插入安装，只能从前端法兰连接端反向插入FBOP进行安装，然后在钻机侧接长第二根、第三根钻杆等，最后一根钻杆与钻机连接，安装FBOP高压水管路。拆除预留通道上连接法兰闷盖(球阀保持关闭状态)，将FBOP与通道法兰连接，分别开启预留通道球阀和FBOP高压水进水阀门，进行FBOP和法兰连接密封高压水试验。因盾构机主机周围充满带压的泥浆、地下水，为防止泥浆及地下水通过钻杆内孔泄露失压而造成严重的地层沉降，钻头内孔必需配置单向逆止阀。
3.2 超前钻探、溶洞定位
确定FBOP密封安全可靠后，可开始进行超前钻探。先进行正面钻探，然后进行盾体周围超前钻探。启动钻机，分节换长钻杆、推动钻杆通过球阀及盾体上预留通道到达隧道洞壁，实施超前钻探。观察超前钻控制仪面板上推力及钻进速度数据变化，一旦发现推力急剧下降、钻进速度突然加快，应马上停止冲击模式改为旋转－钻进模式低速钻进，当仪表盘显示推进压力提高时，表明钻头已接触对侧洞壁。根据仪表板记录的推进压力失压、升压两个节点钻杆推进行程，即可大致判断溶洞前后宽度，测算溶洞大小，制订注浆方案。伯努利方程实验
分节撤出并卸下钻杆，在最后一节钻杆撤出FBOP前关闭盾体上预留通道球阀及FBOP上高压水阀门，从连接法兰上卸下FBOP，解除钻杆与钻机的连接。正面钻探不但可以探明刀盘正前方是否存在溶洞，同时可根据钻进数据分析前方地质状况，及时调整盾构机掘进参数和刀具配置。
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