CN102352753A - 冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收方法 - Google Patents
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本发明公开了一种隧道冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收方法，它包括以下步骤：(一)采用旋喷桩或搅拌桩对隧道接收段地层进行加固；(二)对靠近接收井开洞处地层采用冻结法进行止水；(三)凿除洞门挡墙，在接收井内进行填土，形成土堆；(四)向接收井内灌注水至所设计的高度；(五)盾构机掘进进入接收井结构内，完成整个接收工作。本发明能够保证凿除洞门混凝土时土体的整体稳定、防止粉细砂地层产生的渗流破坏，并能够平衡盾构机掘进时的泥水压力，防止泥水压力击穿洞门外围土体保证盾构接收时的安全顺利进行。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，具体涉及一种冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收方法，特别适合于软弱透水地层盾构法隧道的盾构接收。
背景技术
近年来国内盾构隧道得到了迅猛发展，在地铁、公路、城市道路、铁路、输水、输气等行业修建了很多盾构隧道。盾构接收是盾构法修建隧道的关键工序之一，目前一般采用地层加固的单一方法，该方法在粉细砂地层或超大直径盾构应用中具有很大的风险，国内近几年已出现多次盾构接收时隧道垮塌事故，说明了该技术有待于进一步完善。目前单一采用地层加固或灌水的盾构到达接收方法主要存在以下问题：
1、无法适用于透水性强的粉细砂地层。由于目前盾构接收时仅采用地层加固的单一方法，而且地层加固主要采用旋喷桩或搅拌桩，对于粉细砂地层，由于加固体本身不均匀，以及土体与接收井围护结构之间会存在脱离现象，容易使粉细砂产生管涌现象，进而引起地面沉降，严重时会引起土体坍塌及隧道结构垮塌。对于超大直径盾构，由于隧道直径大，在同一开挖面内可能同时存在多种性质差异较大的地层(如粘土与粉细砂互层)，仅依靠土体加固无法保证安全。
2、无法保证超大直径盾构接收安全。超大直径盾构在掘进过程中的推力大，当盾构接近接收井时，由于盾构刀盘与接收井之间的土体越来越薄，承受推力的能力也越来越小，很可能发生盾构泥水压力击穿土体的现象，产生土体垮塌事故，影响隧道安全。
目前尚无采用冻结加固+堆土灌水的综合方法实例，是行业内的一个技术空白。
发明内容
本发明的目的是要克服上述现有技术存在的缺陷，而提供一种能够保证凿除洞门混凝土时土体的整体稳定、防止粉细砂地层产生的渗流破坏，并能够平衡盾构机掘进时的泥水压力，防止泥水压力击穿洞门外围土体保证盾构接收时的安全顺利进行的冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收方法。
为实现上述目的，本发明设计的冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收方法，包括以下步骤：
(一)、采用旋喷桩或搅拌桩对隧道接收段地层进行加固；
(二)、对靠近接收井开洞处地层采用冻结法进行止水；
(三)、凿除洞门挡墙，在接收井内进行填土，形成土堆；
(四)、向接收井内灌注水至所设计的高度；
(五)、盾构机掘进进入接收井结构内，完成整个接收工作。
在上述技术方案的步骤(一)中，当接收段地层为砂土、粘性土、素填土及砂卵石地质条件时，采用旋喷桩进行加固；当接收段地层为淤泥、淤泥质土、粉土、素填土和含水量较高且地基承载力标准值不大的粘性土地质条件时，采用搅拌桩进行加固。
在上述技术方案的步骤(一)中，加固的地层横截面范围为在盾构的上、下、左、右各超出开挖范围外1～3.5m的地层，纵向长度取盾构机长度或盾构机直径中的大值再增加2～5m的富余值的长度。
在上述技术方案的步骤(二)中，利用冻结加固宽度与深度范围不小于步骤(一)中加固的地层范围，其厚度不小于1m。
在上述技术方案的步骤(二)中，冻结加固体的厚度根据承受加固后地层水土压力来确定冻结加固体厚度，则冻结加固体厚度取
5在上述技术方案的步骤(三)中，填土高度应超过盾构隧道的圆心高度，两侧填土宽度超出盾构机开挖范围之外2～3m，填土坡率为稳定坡。在上述技术方案的步骤(四)中，灌水高度应达到开洞顶位置或超过开洞顶位置。
在上述技术方案的步骤(三)中，当盾构机距离冻结土体有足够长距离，该距离能使盾构掘进不影响后续作业的安全时，开始凿除洞门挡墙。
在上述技术方案的步骤(三)中，当凿除不能一次完成时，将洞门挡墙从上至下分多层，进行分层剥离，逐步凿除洞门挡墙。
在上述技术方案的步骤(三)中，在凿除过程中有渗水点，水压力不大时采用喷射混凝土对渗水点进行封闭；当水压力较大存在引起坍塌危险时，先停止凿除，采用喷射混凝土对渗水点及时进行封闭，然后采用注浆封堵渗水点。
在上述技术方案的步骤(五)中，盾构机进入接收井结构内，将管片结构与接收井结构之间进行防水密封与结构连接处理，然后完成整个接收工作。
(一)、采用旋喷桩或搅拌桩对隧道接收段土层进行加固；
(二)、对靠近接收井开洞处地层采用冻结法进行加固；
(三)、凿除洞门挡墙，在接收井内进行填土，形成土堆；
(四)、向接收井内灌注水至所设计的高度；
(五)、盾构机掘进进入接收井结构内，完成整个接收工作。
在步骤(一)中，接收段地层为砂土、粘性土、素填土及砂卵石等，采用旋喷桩进行加固；接收段地层为淤泥、淤泥质土、粉土、素填土和含水量较高且地基承载力标准值不大的粘性土等，采用搅拌桩进行加固。由于地层加固的作用是在凿除洞门挡墙的过程中防止发生土体坍塌，因此加固范围应根据地质条件、地下水位埋深、开洞大小、土体加固后的强度等因素进行计算确定。一般情况下加固范围为：在盾构的上、下、左、右各超出开挖范围外1～3.5m(根据隧道直径确定，直径小于3m时取1m、大于15m时取3.5m，中间可插值分段取整)，纵向长度一般为盾构机长度或盾构机直径中的大值再增加2～5m的富余值。
在上述技术方案中，步骤(二)中，利用冻结加固具有强度高、均匀性好、隔水性好、对周围环境影响小等优点，可以防止在凿除洞门挡墙的过程中地下水涌入工作井内，因此其上下左右的宽度与深度范围不应小于步骤(一)中加固体的范围，其厚度一般不小于1m。当步骤(一)中加固体的质量较差，难以满足凿除洞门挡墙过程中的稳定要求时，可以适当加大冻结加固体的厚度，此时其厚度可按周边固定在接收井结构上的圆板考虑，即根据承受加固后地层水土压力来确定冻结加固体厚度，荷载压力按主动土压力计算，则冻结加固体厚度按
在上述技术方案中，步骤(三)中，填土范围应能抵抗外部水土压力，即填土高度应超过盾构隧道的圆心高度，两侧填土宽度应超出盾构机开挖范围外2～3m，填土坡率应为稳定坡，如粘性土一般采用1∶1.5～1∶2.5，碎石土为1∶0.75～1∶1.5。此外，步骤(三)应与盾构掘进相匹配，当盾构机与洞门挡墙的距离足够长，盾构掘进压力不影响步骤(三)的施工安全时，可以按权利要求1所述的步骤施工；当盾构机与洞门挡墙的距离较短，盾构掘进压力可能影响步骤(三)的施工安全时，应停止盾构掘进，在进行步骤(三)的施工。在步骤(三)中，当凿除不能一次完成时，将洞门挡墙从上至下分多层，进行分层剥离，逐步凿除洞门挡墙。在凿除过程中如发现有渗水点，但水压力不大时可以采用喷射混凝土对渗水点进行封闭，然后继续后续作业；当水压力较大可能引起坍塌时，应先停止凿除，并采用喷射混凝土对渗水点及时进行封闭，然后采用注浆封堵渗水点。
在上述技术方案中，步骤(四)中，灌水的作用是当解除土体冻结时，防止地下水涌入接收井内，因此一般要求灌水高度应达到开洞顶位置或超过开洞顶。
在上述技术方案中，步骤(五)中，盾构机进入接收井结构内，将管片结构与接收井结构之间进行防水密封与结构连接处理，然后完成整个接收工作。
本发明具有以下优点：
1、采用搅拌桩或旋喷桩等方法对盾构接收段软弱土层进行加固，不仅可以解决盾构机在等待洞门挡墙凿除过程中发生沉降或“低头”的问题，而且也可以防止凿除洞门挡墙时发生地层整体滑动失稳的问题。
2、采用冻结法加强洞门挡墙与外围土体之间的防水密封，可以防止洞门挡墙凿除过程中发生管涌的问题。由于冻结法加固的土体具有很好的非透水性，可以有效防止地下水向接收井内渗透，也就避免了管涌问题。
3、采用在接收井内填土和灌水，以平衡盾构机接近洞门时产生的巨大推力和泥水压力，确保洞门挡墙外的土体不发生垮塌。
附图说明
附图1冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收方法平面布置示意图；
附图2冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收方法纵断面布置示意图(洞门挡墙凿除前)；
附图3冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收段施工纵断面布置示意图(洞门挡墙凿除后)；
附图4冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收方法A-A剖面图；
附图5冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收方法B-B剖面图；
附图6冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收方法C-C剖面图；
图中：1、盾构接收段隧道基础；2、接收段隧道及周边土体；3、最靠近洞门挡墙的土体冻结加固体；4、洞门挡墙；5、接收井结构；6、土堆；7、水；8、接收井与后续结构之间的临时封堵墙；9、临时支撑；10、管片结构；11、盾构机；12、接收井内临时分隔墙。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1-图6所示，本发明采用冻结加固加堆土灌水的盾构到达接收的新方法，主要步骤为：(一)、采用旋喷桩或搅拌桩对隧道接收段土层进行加固；(二)、对靠近接收井开洞处地层采用冻结法进行加固；(三)、凿除洞门挡墙，在接收井内进行填土，形成土堆；(四)、向接收井内灌注水至所设计的高度；(五)、盾构机掘进进入接收井结构内，完成整个接收工作。
接收段地层为砂土、粘性土、素填土及砂卵石等，采用旋喷桩进行加固；接收段地层为淤泥、淤泥质土、粉土、素填土和含水量较高且地基承载力标准值不大的粘性土等，采用搅拌桩进行加固。由于地层加固的作用是在凿除洞门挡墙的过程中防止发生土体坍塌，因此加固范围应根据地质条件、地下水位埋深、开洞大小、土体加固后的强度等因素进行计算确定。一般情况下加固范围为：在盾构的上、下、左、右各超出开挖范围外1～3.5m(根据隧道直径确定，直径小于3m时取1m、大于15m时取3.5m，中间可插值分段取整)，纵向长度一般为盾构机长度或盾构机直径中的大值再增加2～5m的富余值。
利用冻结加固具有强度高、均匀性好、隔水性好、对周围环境影响小等优点，可以防止在凿除洞门挡墙的过程中地下水涌入工作井内，因此其上下左右的宽度与深度范围不应小于步骤(一)中加固体的范围，其厚度一般不小于1m。当步骤(一)中加固体的质量较差，难以满足凿除洞门挡墙过程中的稳定要求时，可以适当加大冻结加固体的厚度，此时其厚度可按周边固定在接收井结构上的圆板考虑，即根据承受加固后地层水土压力来确定冻结加固体厚度，荷载压力按主动土压力计算，则冻结加固体厚度按
中大值确定。
步骤(三)中的填土范围应能抵抗外部水土压力，即填土高度应超过盾构隧道的圆心高度，两侧填土宽度应超出盾构机开挖范围外2～3m，填土坡率应为稳定坡，如粘性土一般采用1∶1.5～1∶2.5，碎石土为1∶0.75～1∶1.5。此外，步骤(三)应与盾构掘进相匹配，当盾构机与洞门挡墙的距离足够长，盾构掘进压力不影响步骤(三)的施工安全时，可以按权利要求1所述的步骤施工；当盾构机与洞门挡墙的距离较短，盾构掘进压力可能影响步骤(三)的施工安全时，应停止盾构掘进，在进行步骤(三)的施工。在步骤(三)中，当凿除不能一次完成时，将洞门挡墙从上至下分多层，进行分层剥离，逐步凿除洞门挡墙。在凿除过程中如发现有渗水点，但水压力不大时可以采用喷射混凝土对渗水点进行封闭，然后继续后续作业；当水压力较大可能引起坍塌时，应先停止凿除，并采用喷射混凝土对渗水点及时进行封闭，然后采用注浆封堵渗水点。
步骤(四)中的灌水的作用是当解除土体冻结时，防止地下水涌入接收井内，因此一般要求灌水高度应达到开洞顶位置或超过开洞顶。
步骤(五)中，盾构机进入接收井结构内，将管片结构与接收井结构之间进行防水密封与结构连接处理，然后完成整个接收工作。
实施例1
冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收方法步骤为：
(一)、采用旋喷桩(或搅拌桩)对接收段的隧道基础1和接收段隧道及周边土体2进行地层加固；
(二)、待完成洞门挡墙4和接收井结构5后，根据盾构机11与洞门挡墙4的距离情况，适时采用冻结法对最靠近洞门挡墙的土体冻结加固体3进行加固，加固的长度、宽度和深度等参数需要根据盾构机直径、隧道覆土厚度、地质条件等进行计算确定；
(三)、待加固土体和冻结土体3达到设计要求后，将盾构机11掘进至接近冻结土体3附近后停机，然后凿除洞门挡墙4。凿除洞门挡墙4的施工安全保证措施为：冻结土体3应达到设计的强度与厚度；冻结壁的厚度、宽度、深度等参数需要根据接收井内外水位差、加固土体的质量等因素进行计算确定，在凿除过程中，如发现有渗水点，要及时进行封堵，以防水土流失；凿除时不能一次完成，将洞门挡墙从上至下分多层，进行分层剥离，逐步凿除洞门挡墙；
(四)、对接收井与后续结构之间的临时封堵墙8及接收井内临时分隔墙12设置临时支撑9，以便接收井内填土和灌水时保证接收井结构5的安全，填土的高度要超过盾构隧道的圆心高度，填土坡率应为稳定坡；灌水高度应达到或超过洞门顶部，该工序可以与凿除洞门挡墙4同时进行，当临时封堵墙8及接收井内临时分隔墙14具有足够的强度时，也可以不设置临时支撑9；
(五)、凿除洞门挡墙4后，在接收井内进行填土，按设计形成具有合适稳定坡度和高度的土堆6；
(六)、向接收井内灌注水7至设计高度，然后拆除冻结土体3的冻结管，启动盾构机11继续掘进，穿过冻结土体3，进入接收井结构5内；
(七)、按设计完成管片结构10与接收井结构5之间的防水密封与结构连接处理，整个接收工作完成。
实施例2
冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收方法步骤为：
(一)、采用旋喷桩(或搅拌桩)对接收段的隧道基础1和接收段隧道及周边土体2进行地层加固，加固的长度、宽度和深度等参数需要根据盾构机直径、隧道覆土厚度、地质条件等进行计算确定；；
(二)、待完成洞门挡墙4和接收井结构5后，根据盾构机11与洞门挡墙4的距离情况，适时采用冻结法对最靠近洞门挡墙的土体冻结加固体3进行加固；
(三)、当盾构机11距离冻结土体3还有足够长距离，盾构掘进不影响后续作业的安全时，凿除洞门挡墙4。凿除洞门挡墙4的施工安全保证措施同上。
(四)、对接收井与后续结构之间的临时封堵墙8及接收井内临时分隔墙12设置临时支撑9，以便接收井内填土和灌水时保证接收井结构5的安全，填土的高度要超过盾构隧道的圆心高度，填土坡率应为稳定坡；灌水高度应达到或超过洞门顶部，该工序可以与凿除洞门挡墙4同时进行，当临时封堵墙8及接收井内临时分隔墙14具有足够的强度时，也可以不设置临时支撑9；
(五)、凿除洞门挡墙4后，在接收井内进行填土，按设计形成具有合适稳定坡度和高度的土堆6；
(六)、向接收井内灌注水7至设计高度，然后拆除冻结土体3的冻结管，启动盾构机11继续掘进，穿过加固土体和冻结土体3，进入接收井结构5内；
(七)、按设计完成管片结构10与接收井结构5之间的防水密封与结构连接处理，整个接收工作完成。
本发明结合了冻结加固和堆土灌水的盾构到达接收方法，尤其适用于软弱透水地层盾构法隧道的盾构接收，达到了改善盾构到达段开挖面土体稳定性的良好效果，确保隧道盾构到达接收安全顺利进行。
Claims (11)
1.一种冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收方法，其特征在于，包括以下步骤：
(一)、采用旋喷桩或搅拌桩对隧道接收段地层进行加固；
(二)、对靠近接收井开洞处地层采用冻结法进行止水；
(三)、凿除洞门挡墙，在接收井内进行填土，形成土堆；
(四)、向接收井内灌注水至所设计的高度；
(五)、盾构机掘进进入接收井结构内，完成整个接收工作。
2.根据权利要求1所述的冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收方法，其特征在于，在步骤(一)中，当接收段地层为砂土、粘性土、素填土及砂卵石地质条件时，采用旋喷桩进行加固；当接收段地层为淤泥、淤泥质土、粉土、素填土和含水量较高且地基承载力标准值不大的粘性土地质条件时，采用搅拌桩进行加固。
3.根据权利要求1或2所述的冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收方法，其特征在于，在步骤(一)中，加固的地层横截面范围为在盾构的上、下、左、右各超出开挖范围外1～3.5m的地层，纵向长度取盾构机长度或盾构机直径中的大值再增加2～5m的富余值的长度。
4.根据权利要求3所述的冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收方法，其特征在于，在步骤(二)中，利用冻结加固宽度与深度范围不小于步骤(一)中加固的地层范围，其厚度不小于1m。
5.根据权利要求3所述的冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收方法，其特征在于，在步骤(二)中，冻结加固体的厚度根据承受加固后地层水土压力来确定冻结加固体厚度，则冻结加固体厚度取
式中最大值确定，式中，荷载压力为主动土压力。
6.根据权利要求1所述的冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收方法，其特征在于，在步骤(三)中，填土高度应超过盾构隧道的圆心高度，两侧填土宽度超出盾构机开挖范围之外2～3m，填土坡率为稳定坡。
7.根据权利要求1所述的冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收方法，其特征在于，在步骤(四)中，灌水高度应达到开洞顶位置或超过开洞顶位置。
8.根据权利要求1所述的冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收方法，其特征在于，在步骤(三)中，当盾构机距离冻结土体有足够长距离，该距离能使盾构掘进不影响后续作业的安全时，开始凿除洞门挡墙。
9.根据权利要求2或3所述的冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收方法，其特征在于，在步骤(三)中，当凿除不能一次完成时，将洞门挡墙从上至下分多层，进行分层剥离，逐步凿除洞门挡墙。
10.根据权利要求2或3所述的冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收方法，其特征在于，在步骤(三)中，在凿除过程中有渗水点，水压力不大时采用喷射混凝土对渗水点进行封闭；当水压力较大存在引起坍塌危险时，先停止凿除，采用喷射混凝土对渗水点及时进行封闭，然后采用注浆封堵渗水点。
11.根据权利要求1所述的冻结加固+堆土灌水的盾构到达接收方法，其特征在于，在步骤(五)中，盾构机进入接收井结构内，将管片结构与接收井结构之间进行防水密封与结构连接处理，然后完成整个接收工作。
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