CN103061777B - 预设加固桩群建立城市地下隧道盾构刀盘修复空间的方法 - Google Patents
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Abstract
预设加固桩群建立城市地下隧道盾构刀盘修复空间的方法，为避让重要地下管线(3)或是地下构筑物(2)另建矩形竖井(1)和横向隧道(4)，通过横向隧道向拟掘进隧道的横断面并排施工三排孔径相同的玻璃纤维筋混凝土桩，即第一排数个玻璃纤维筋混凝土桩(8)、第二排数个玻璃纤维筋混凝土桩(7)和第三排数个玻璃纤维筋混凝土桩(9)，通过钢筋混凝土盖板(5)使玻璃纤维筋混凝土桩顶部相连形成预设加固桩群，当盾构(10)掘进至第一排玻璃纤维筋混凝土桩时将其切割，在第二排数个玻璃纤维筋混凝土桩建立刀盘(11)修复空间(6)，修复空间为修复盾构刀盘提供了可能，缩短了刀盘修复时间，保证了盾构的正常施工。
Description
技术领域
[0001] 本发明属于盾构施工技术领域，尤其是一种预设加固桩群建立城市地下隧道盾构刀盘修复空间的方法。
背景技术
[0002] 随着城市地下隧道的发展，地下隧道的埋深、掘进长度以及开挖直径均有所发展，使用盾构施工变的更加普遍。当盾构的直径较大且掘进距离较长时，及时对大直径盾构刀盘进行修复就显得尤为重要。通常当盾构刀盘出现磨损时，需要在盾构刀盘的掘进地上方开挖一条竖井暴露出刀盘修复区域，才能在常压条件下进行人工修复，而所述盾构掘进地上方会经常遇到诸如建筑物、重要交通干线、重要地下管线、既有地下构筑物等，使开挖竖井受到了极大限制，制约了盾构的正常施工，盾构刀盘得不到及时修复，产生的综合后果是非常严重的。
[0003] 此外，在城市闹市区开挖竖井还会遇到如下问题:
[0004] 1、如果所述竖井的开挖处存在地下管线，需要先进行管线改移，管线改移不仅工期长，而且费用很大；
[0005] 2、如果所述竖井的开挖处存在建筑物，需要拆除地面建筑物，建筑物拆迁不仅工期长，而且费用庞大；
[0006] 3、如果竖井开挖处位于重要交通干线或既有地下构筑物下方，无法截断交通或无法拆迁地下构筑物时，竖井将无法开挖。
[0007] 如何避开地面建筑物、重要交通干线、重要地下管线以及既有地下构筑物，如何结合盾构刀盘的磨损维修周期而提前预设加固桩群并为其提供修复空间，对城市地下隧道施工的盾构而言尤为重要。但截至目前，有关预设加固桩群建立城市地下隧道盾构刀盘修复空间的方法至今未见到相关报道。
发明内容
[0008] 为提供盾构机刀盘的修复空间，本发明提供了一种预设加固桩群建立城市地下隧道盾构刀盘修复空间的方法，该方法能在盾构刀盘掘进地上方存在建筑物、重要交通干线、重要地下管线以及既有地下构筑物等而无法从地面直接开挖竖井的情况下，采用预设加固桩群的方式建立城市地下隧道盾构刀盘修复空间，为修复盾构刀盘提供了可能。
[0009] 为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
[0010] 预设加固桩群建立城市地下隧道盾构刀盘修复空间的方法，地下隧道的开挖直径以及地下隧道的掘进轴线设计方向均已确定，地下隧道位于城市闹市区下方且不同地段拟掘进隧道的顶部标高各不相同，盾构按所述掘进轴线设计方向的掘进偏差忽略不计，盾构刀盘含有幅板、幅条和刀具；本发明的方法包含预设加固桩群以及盾构运行至预设加固桩群时刀盘修复空间的建立，预设加固桩群是根据所建地下隧道的地质构造并结合盾构刀盘的磨损维修周期在所述掘进轴线设计方向的上方设置N个不同间距的待修点，N为自然整数，所述待修点会遇到如下两种情况:
[0011] ①当所述待修点位于地面建筑物下方时或是所述待修点上方埋有重要地下管线或是地下构筑物而不宜拆除时，在所述待修点附近选一空旷处，通过所述空旷处开挖出一条矩形竖井，矩形竖井的开挖深度应大于重要地下管线或既有地下构筑物的底部标高并不超过所述拟掘进隧道的顶部标高，所述拟掘进隧道为圆形盾构隧道，然后通过矩形竖井向所述掘进隧道轴线的设计方向水平开挖一条横向隧道，横向隧道为马蹄形暗挖隧道，横向隧道掘进至所述拟掘进隧道的上方形成预设加固桩施工区，横向隧道的掘进轴线要与所述掘进隧道的轴线相互垂直，在所述预设加固桩施工区处通过打桩机向所述拟掘进隧道的横断面并排施工三排孔径相同的玻璃纤维筋混凝土桩，每排数个玻璃纤维筋混凝土桩之间的横向净间距控制在0.5m以内，每排数个玻璃纤维筋混凝土桩所形成的总宽以及每个玻璃纤维筋混凝土桩的钻孔深度均大于所述拟掘进隧道的开挖直径尺寸，第一排数个玻璃纤维筋混凝土桩均对应于第三排数个玻璃纤维筋混凝土桩，第二排数个玻璃纤维筋混凝土桩分别与第一排数个玻璃纤维筋混凝土桩或是第三排数个玻璃纤维筋混凝土桩相互交错，然后在所述的三排玻璃纤维筋混凝土桩间土体注入水泥-水玻璃双液浆；之后将三排孔径相同的玻璃纤维筋混凝土桩顶部混凝土凿除，在所述玻璃纤维筋混凝土桩顶部编制双层钢筋网，然后灌注混凝土形成一层钢筋混凝土盖板，通过钢筋混凝土盖板使所述玻璃纤维筋混凝土桩顶部相连共同形成预设加固桩群；
[0012] ②当所述待修点没有建筑物或是所述待修点没有重要地下管线或是既有地下构筑物时，在所述待修点处通过打桩机直接向所述拟掘进隧道的横断面并排施工三排孔径相同的玻璃纤维筋混凝土桩，每排数个玻璃纤维筋混凝土桩之间的横向净间距控制在0.5m以内，每排数个玻璃纤维筋混凝土桩所形成的总宽以及每个玻璃纤维筋混凝土桩的钻孔深度均大于所述拟掘进隧道的开挖直径尺寸，第一排数个玻璃纤维筋混凝土桩均对应于第三排数个玻璃纤维筋混凝土桩，第二排数个玻璃纤维筋混凝土桩分别与第一排数个玻璃纤维筋混凝土桩或是第三排数个玻璃纤维筋混凝土桩相互交错，然后在所述的三排玻璃纤维筋混凝土桩间土体注入水泥-水玻璃双液浆；之后将三排孔径相同的玻璃纤维筋混凝土桩顶部混凝土凿除，在所述玻璃纤维筋混凝土桩顶部编制双层钢筋网，然后灌注混凝土形成一层钢筋混凝土盖板，通过钢筋混凝土盖板使所述玻璃纤维筋混凝土桩顶部相连共同形成预设加固桩群；
[0013]当盾构掘进至第一排玻璃纤维筋混凝土桩时是建立刀盘修复空间的初始状态，在所述初始状态时盾构的操作司机必须根据玻璃纤维筋混凝土桩的所述孔径来设定切割第一排玻璃纤维筋混凝土桩的掘进行程，第一排玻璃纤维筋混凝土桩被盾构切割后行至第二排玻璃纤维筋混凝土桩时是建立刀盘修复空间的中间状态，在所述中间状态时盾构停止掘进，通过盾构自带的泥浆管路向刀盘舱内置换高黏度泥浆并对高黏度泥浆实施保压，待高黏度泥浆在第二排玻璃纤维筋混凝土桩之间形成泥膜后再将刀盘舱内的高黏度泥浆液位降至刀盘水平中心线以下，在带压状态下施工人员通过刀盘上端所述幅板和所述幅条之间的空隙对第二排玻璃纤维筋混凝土桩实施局部凿除，待第二排玻璃纤维筋混凝土桩的局部凿除面能容纳施工人员工作时再对第二排玻璃纤维筋混凝土桩实施横向扩挖，所述横向扩挖的有效容积以能暴露出一个完整的刀盘所述幅条为准，此时在第二排玻璃纤维筋混凝土桩上扩挖的有效容积就是建立刀盘修复空间的最终状态，所述最终状态即为刀盘的修复空间。
[0014] 由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果:
[0015] 1、本发明的方法能在盾构刀盘掘进地上方存在建筑物、重要交通干线、重要地下管线以及地下构筑物而无法直接开挖竖井的情况下，采用竖井和横向隧道提供预设加固桩群方式建立城市地下隧道盾构刀盘的修复空间，为修复盾构刀盘提供了可能，缩短了刀盘修复时间，保证了盾构的正常施工。
[0016] 2、本发明的第一排数个玻璃纤维筋混凝土桩、第二排数个玻璃纤维筋混凝土桩和第三排数个玻璃纤维筋混凝土桩的作用是各不相同的，第一排数个玻璃纤维筋混凝土桩不但为预设加固桩群提供了安全保障，也为盾构刀盘建立修复空间提供了所述初始状态。第二排数个玻璃纤维筋混凝土桩除具有安全保障之外还可以建立修复空间，第三排数个玻璃纤维筋混凝土桩实际上是一道为所述刀盘修复空间提供安全保障的屏蔽墙，该屏蔽墙能有效保证掌子面稳定，避免施工人员在修复空间作业时可能出现的各种突发情况。
[0017] 3、根据本发明的方法使得盾构刀盘的修复变得更加快速、安全、科学、合理，不仅节约了工期，而且大大的降低了工程投资。
附图说明
[0018] 图1是通过横向隧道预设加固桩群的截面示意简图。
[0019] 图2是建立城市地下隧道盾构刀盘修复空间的截面示意简图。
[0020] 上述图中:1-矩形竖井；2_地下构筑物；3_重要地下管线；4_横向隧道；5-钢筋混凝土盖板；6_修复空间；7_第二排数个玻璃纤维筋混凝土桩；8_第一排数个玻璃纤维筋混凝土桩；9_第三排数个玻璃纤维筋混凝土桩；10_盾构；11_刀盘。
具体实施方式
[0021] 本发明是一种预设加固桩群建立城市地下隧道盾构刀盘修复空间的方法，该方法能在盾构刀盘掘进地上方存在建筑物、重要交通干线、重要地下管线以及地下构筑物而无法直接开挖竖井的情况下，采用预设加固桩群方式建立城市地下隧道盾构刀盘的修复空间，为修复盾构刀盘提供了可能，缩短了刀盘修复时间，保证了盾构的正常施工。
[0022] 首先假定:地下隧道的开挖直径以及地下隧道的掘进轴线设计方向均已确定，地下隧道位于城市闹市区下方且不同地段拟掘进隧道的顶部标高各不相同，盾构按所述掘进轴线设计方向的掘进偏差忽略不计，盾构刀盘含有幅板、幅条和若干不同型号的刀具。
[0023] 如北京站至北京西站地下直径线在建的地下隧道就属于上述情况之一，该地下隧道所用的盾构机直径约为12m，盾构段隧道长度大约为5200m，地下隧道的掘进轴线呈V状，是一个不便于建立城市地下隧道盾构刀盘修复空间的典型范例。
[0024] 本发明的方法主要包含预设加固桩群以及盾构运行至预设加固桩群时刀盘修复空间的建立。
[0025] 预设加固桩群是根据所建地下隧道的地质构造并结合盾构刀盘的磨损维修周期在所述掘进轴线设计方向的上方设置N个不同间距的待修点，N为自然整数，每个所述待修点均依据地质构造以及刀盘磨损维修周期而人为设置，主要目的是为刀盘修复空间的建立而提前预设加固桩群，通常所述待修点会遇到如下两种情况:
[0026] 结合图1，①当所述待修点位于建筑物处时或是所述待修点埋有地下构筑物2或是重要地下管线3而不宜拆除时，在所述待修点附近选一空旷处，通过所述空旷处开挖出一条矩形竖井1，矩形竖井1的开挖深度应大于地下构筑物2或重要地下管线3的底部标高并不超过所述拟掘进隧道的顶部标高，然后通过矩形竖井1向所述掘进隧道轴线设计方向水平开挖一条横向隧道4，横向隧道4掘进至所述拟掘进隧道的上方形成预设加固桩地，横向隧道4的掘进轴线要与所述掘进轴线相互垂直，矩形竖井1和横向隧道4按常规施工方法和加固方法即可，横向隧道4的结构尺寸和长度以能容纳打桩机并能并排打下三排孔径相同的玻璃纤维筋混凝土桩为准。
[0027] 在所述预设加固桩群处通过打桩机向所述拟掘进地下隧道的横断面并排施工三排孔径相同的玻璃纤维筋混凝土桩，根据北京地区此处的地质情况每个玻璃纤维筋混凝土桩的孔径可以达到lm，每排数个玻璃纤维筋混凝土桩之间的横向净间距控制在0.5m以内，每排数个玻璃纤维筋混凝土桩所形成的总宽以及每个玻璃纤维筋混凝土桩的钻孔深度均大于所述拟掘进隧道的直径尺寸，如所述开挖直径为12m，则每排数个玻璃纤维筋混凝土桩所形成的总宽要大于12m，每个玻璃纤维筋混凝土桩的钻孔深度也要大于12m。第一排数个玻璃纤维筋混凝土桩8均对应于第三排数个玻璃纤维筋混凝土桩9，第二排数个玻璃纤维筋混凝土桩7分别与第一排数个玻璃纤维筋混凝土桩8或是第三排数个玻璃纤维筋混凝土桩9相互交错形成梅花状，第一排数个玻璃纤维筋混凝土桩8的中心到第二排数个玻璃纤维筋混凝土桩7的中心相距lm左右，同理第三排数个玻璃纤维筋混凝土桩9的中心到第二排数个玻璃纤维筋混凝土桩7的中心也相距lm左右，然后在所述的三排玻璃纤维筋混凝土桩间土体注入水泥-水玻璃双液浆，以确保桩间土体稳定，之后将三排孔径相同的玻璃纤维筋混凝土桩顶部混凝土凿除，露出所述玻璃纤维筋混凝土桩顶部的玻璃纤维筋笼，在所述玻璃纤维筋混凝土桩顶部编制双层钢筋网，将所述三排玻璃纤维筋桩顶部和所述钢筋网连成一个整体，然后灌注混凝土形成一层钢筋混凝土盖板，通过所述钢筋混凝土盖板使所述玻璃纤维筋混凝土桩顶部相连共同形成预设加固桩群；然后采用M5砂浆将横向隧道4和矩形竖井1进行回填，最后恢复所述待修点。
[0028] ②当所述待修点没有地面建筑物或是所述待修点没有地下构筑物2或是重要地下管线3时，在所述待修点地面通过打桩机之间向所述拟掘进地下隧道的横断面并排施工三排孔径相同的玻璃纤维筋混凝土桩，每排数个玻璃纤维筋混凝土桩之间的横向净间距控制在0.5m以内，每排数个玻璃纤维筋混凝土桩所形成的总宽以及每个玻璃纤维筋混凝土桩的钻孔深度均大于所述拟掘进隧道的直径尺寸，第一排数个玻璃纤维筋混凝土桩8均对应于第三排数个玻璃纤维筋混凝土桩9，第二排数个玻璃纤维筋混凝土桩7分别与第一排数个玻璃纤维筋混凝土桩8或是第三排数个玻璃纤维筋混凝土桩9相互交错，之后通过钢筋混凝土盖板5将所述三排玻璃纤维筋混凝土桩相连共同形成预设加固桩群，预设加固桩群的桩间土体之间注入水泥-水玻璃双液浆，其余解释同①所述。
[0029] 结合图2，当盾构机10掘进至第一排玻璃纤维筋混凝土桩8时是建立刀盘修复空间的初始状态，在所述初始状态时盾构机10的操作司机必须根据玻璃纤维筋混凝土桩的所述孔径来设定切割第一排玻璃纤维筋混凝土桩8的掘进行程，第一排玻璃纤维筋混凝土桩8被盾构机10切割后掘进至第二排玻璃纤维筋混凝土桩7时是建立刀盘修复空间的中间状态，在所述中间状态时盾构机10停止掘进，通过盾构机10自带的注浆泵和泥浆管路向刀盘舱内置换高黏度泥浆并对高黏度泥浆实施保压，待高黏度泥浆在第二排玻璃纤维筋混凝土桩7和周边地层形成一层良好的泥膜后再将刀盘舱内的高黏度泥浆液位降至刀盘水平中心线以下，在带压状态下施工人员通过刀盘11上端所述幅板和所述幅条之间的空隙对第二排玻璃纤维筋混凝土桩7实施局部凿除，待第二排玻璃纤维筋混凝土桩7的局部凿除空间能容纳施工人员工作时再对第二排玻璃纤维筋混凝土桩7实施横向扩挖，并进行必要的支护，所述横向扩挖的有效容积以能暴露出一个完整的所述幅条为准，这样，在修复完一个所述辐条后，通过转动刀盘调整，继续修复下一个所述辐条，以此可使施工人员完成对整个刀盘的修复，此时在第二排玻璃纤维筋混凝土桩7上扩挖的有效容积就是建立刀盘修复空间的最终状态，所述最终状态即为刀盘10的修复空间5。
[0030] 通过以上分析可以看出:第一排数个玻璃纤维筋混凝土桩8、第二排数个玻璃纤维筋混凝土桩7和第三排数个玻璃纤维筋混凝土桩9的作用是各不相同的，第一排数个玻璃纤维筋混凝土桩8不但为预设加固桩群提供了安全保障，也为盾构刀盘建立修复空间提供了所述初始状态。第二排数个玻璃纤维筋混凝土桩7除具有安全保障之外还可以建立修复空间，第三排数个玻璃纤维筋混凝土桩9实际上是一道为所述刀盘修复空间6提供安全保障的屏蔽墙，该屏蔽墙能有效保证掌子面稳定，避免施工人员在修复空间作业时可能出现的各种突发情况。
Claims (1)
1.预设加固桩群建立城市地下隧道盾构刀盘修复空间的方法，地下隧道的开挖直径以及地下隧道的掘进轴线设计方向均已确定，地下隧道位于城市闹市区下方且不同地段拟掘进隧道的顶部标高各不相同，盾构按所述掘进轴线设计方向的掘进偏差忽略不计，盾构刀盘含有幅板、幅条和刀具；其特征是:该方法包含预设加固桩群以及盾构运行至预设加固桩群时刀盘修复空间的建立，预设加固桩群是根据所建地下隧道的地质构造并结合盾构刀盘的磨损维修周期在所述掘进轴线设计方向的上方设置N个不同间距的待修点，N为自然整数，所述待修点会遇到如下两种情况: ①当所述待修点位于地面建筑物下方时，或是该所述待修点上方埋有重要地下管线(3)或是地下构筑物(2)时，由于地面建筑物或重要地下管线(3)或地下构筑物(2)不宜被拆除，在所述待修点附近选一空旷处，通过所述空旷处开挖出一条矩形竖井(1)，矩形竖井(I)的开挖深度应大于重要地下管线(3)或地下构筑物(2)的底部标高并不超过所述拟掘进隧道的顶部标高，所述拟掘进隧道为圆形盾构隧道，然后通过矩形竖井(I)向掘进隧道轴线的设计方向水平开挖一条横向隧道(4)，横向隧道(4)为马蹄形暗挖隧道，横向隧道(4)掘进至所述拟掘进隧道的上方形成预设加固桩施工区，横向隧道(4)的掘进轴线要与掘进隧道的轴线相互垂直，在所述预设加固桩施工区处通过打桩机向所述拟掘进隧道的横断面施工三排孔径相同的玻璃纤维筋混凝土桩，每排数个玻璃纤维筋混凝土桩之间的横向净间距控制在0.5m以内，每排数个玻璃纤维筋混凝土桩所形成的总宽以及每个玻璃纤维筋混凝土桩的钻孔深度均大于所述拟掘进隧道的开挖直径尺寸，第一排数个玻璃纤维筋混凝土桩(8)均对应于第三排数个玻璃纤维筋混凝土桩(9)，第二排数个玻璃纤维筋混凝土桩(7)分别与第一排数个玻璃纤维筋混凝土桩(8)或是第三排数个玻璃纤维筋混凝土桩(9)相互交错，然后在三排玻璃纤维筋混凝土桩间土体注入水泥-水玻璃双液浆；之后将三排孔径相同的玻璃纤维筋混凝土桩顶部混凝土凿除，在所述玻璃纤维筋混凝土桩顶部编制双层钢筋网，然后灌注混凝土形成一层钢筋混凝土盖板(5)，通过钢筋混凝土盖板(5)使所述玻璃纤维筋混凝土桩顶部相连共同形成预设加固桩群； ②当所述待修点没有建筑物或是所述待修点没有重要地下管线(3)或是没有地下构筑物(2)时，在所述待修点处通过打桩机直接向所述拟掘进隧道的横断面施工三排孔径相同的玻璃纤维筋混凝土桩，每排数个玻璃纤维筋混凝土桩之间的横向净间距控制在0.5m以内，每排数个玻璃纤维筋混凝土桩所形成的总宽以及每个玻璃纤维筋混凝土桩的钻孔深度均大于所述拟掘进隧道的开挖直径尺寸，第一排数个玻璃纤维筋混凝土桩(8)均对应于第三排数个玻璃纤维筋混凝土桩(9)，第二排数个玻璃纤维筋混凝土桩(7)分别与第一排数个玻璃纤维筋混凝土桩(8)或是第三排数个玻璃纤维筋混凝土桩(9)相互交错，然后在三排玻璃纤维筋混凝土桩间土体注入水泥-水玻璃双液浆；之后将三排孔径相同的玻璃纤维筋混凝土桩顶部混凝土凿除，在所述玻璃纤维筋混凝土桩顶部编制双层钢筋网，然后灌注混凝土形成一层钢筋混凝土盖板(5)，通过钢筋混凝土盖板(5)使所述玻璃纤维筋混凝土桩顶部相连共同形成预设加固桩群； 当盾构(10)掘进至第一排玻璃纤维筋混凝土桩(8)时是建立刀盘修复空间的初始状态，在所述初始状态时盾构(10)的操作司机必须根据玻璃纤维筋混凝土桩的所述孔径来设定切割第一排玻璃纤维筋混凝土桩(8)的掘进行程，第一排玻璃纤维筋混凝土桩(8)被盾构切割后行至第二排玻璃纤维筋混凝土桩(7)时是建立刀盘修复空间的中间状态，在所述中间状态时盾构(10)停止掘进，通过盾构(10)自带的泥浆管路向刀盘舱内置换高黏度泥浆并对高黏度泥浆实施保压，待高黏度泥浆在第二排玻璃纤维筋混凝土桩(7)之间形成泥膜后再将刀盘舱内的高黏度泥浆液位降至刀盘(11)水平中心线以下，在带压状态下施工人员通过刀盘(11)上端所述幅板和所述幅条之间的空隙对第二排玻璃纤维筋混凝土桩(7)实施局部凿除，待第二排玻璃纤维筋混凝土桩(7)的局部凿除面能容纳施工人员工作时再对第二排玻璃纤维筋混凝土桩(7)实施横向扩挖，所述横向扩挖的有效容积以能暴露出一个完整的刀盘(11)幅条为准，此时在第二排玻璃纤维筋混凝土桩(7)上扩挖的有效容积就是建立刀盘修复空间的最终状态，所述最终状态即为刀盘(11)的修复空间(6)。
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