CN108661652B - 矿山法隧道内盾构始发和接收端头加固装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了内盾构接收端头加固装置和方法，包括矿山法隧道、堵头墙二次衬砌、堵头墙初期支护和盾构隧道，矿山法隧道与盾构隧道连接；矿山法隧道的外侧面均设置堵头墙二次衬砌，且紧贴矿山法隧道设置，堵头墙二次衬砌上设置有用于与盾构隧道连接的第一缺口，第一缺口的高度与盾构隧道的内径相同；堵头墙二次衬砌的外侧面均设置堵头墙初期支护，且紧贴堵头墙二次衬砌设置，堵头墙初期支护上设置有第二缺口，第二缺口的高度大于盾构隧道的外径；还包括素混凝土加固体和加固层；素混凝土加固体设置于堵头墙二次衬砌与堵头墙初期支护之间，加固层设置于第二缺口上，加固层紧贴素混凝土加固体设置；对市政道路、管线等周边环境影响小。
Description
技术领域
本发明属于地下交通技术领域，具体涉及矿山法隧道内盾构始发和接收端头加固装置和方法。
背景技术
盾构施工一般分为始发、正常掘进和接收三个阶段，从施工安全角度讲，始发和接收是盾构法施工的两个重要阶段。为保证盾构始发和接收施工安全，对洞口土体进行加固是非常必要的。端头加固主要目的是解决盾构始发与接收施工中出现的端头土体强度、整体稳定性和渗透性等土工问题，使得经过加固处理后的土体能够满足强度、稳定性以及止水的要求，从而提高土体的承载力、控制地表沉降、减小水土流失、确保周边建(构)筑物安全。地铁工程中矿山法隧道大部分采用降水施工，在这种情况下，盾构端头加固主要解决的是洞门破除后掌子面土体强度和稳定性的问题。因此选择适当的方法对矿山法隧道端头地层进行加固，满足盾构始发或接收时稳定地层的要求，是整个盾构隧道工程的关键环节。
目前常用的盾构始发或接收端头加固方法主要有深层搅拌桩加固、旋喷桩加固、注浆加固等方法，即从地面或矿山法隧道内，对盾构端头地层通过搅拌、高压旋喷和注浆的方式进行加固，形成对矿山法隧端墙外侧6～10m、盾构隧道轮廓外侧上下左右各3m范围的整体加固，在实际工程中取得了不错的效果。但以上加固方法存在以下不足之处：
一、由于地层的不均匀性，搅拌桩的适应性较差，而高压旋喷和注浆加固过程中压力控制难度较大，容易造成大面积地面隆起，对周边环境影响较大；
二、加固体和初期支护界面处加固效果不理想，并且需要对洞门进行人工破除，破除洞门时有时会发生掌子面坍塌，并且存在操作空间狭窄，风险大，工作效率低、工期长等问题；
三、加固范围大，工程造价高，在无水或降水后地层稳定性较好的地层中采用上述加固措施，显得过于保守，且无必要，造成大量的工程浪费，不利于节约资源和能源。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供矿山法隧道内盾构始发和接收端头加固装置和方法，解决了需要对洞门进行人工破除，破除洞门时有时会发生掌子面坍塌的技术问题。
为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：
矿山法隧道内盾构始发和接收端头加固装置，包括矿山法隧道、堵头墙二次衬砌、堵头墙初期支护和盾构隧道，所述矿山法隧道与所述盾构隧道连接；矿山法隧道的外侧面均设置所述堵头墙二次衬砌，且堵头墙二次衬砌紧贴矿山法隧道设置，堵头墙二次衬砌呈“L”型，堵头墙二次衬砌上设置有用于与盾构隧道连接的第一缺口，所述第一缺口的高度大于盾构隧道的外径；所述堵头墙二次衬砌的外侧面均设置所述堵头墙初期支护，且堵头墙初期支护紧贴堵头墙二次衬砌设置，堵头墙初期支护呈“L”型，堵头墙初期支护上设置有第二缺口，所述第二缺口的高度大于盾构隧道的外径；还包括用于平衡矿山法隧道掌子面土压力的素混凝土加固体和用于使所述素混凝土加固体加固的加固层；所述素混凝土加固体设置于堵头墙二次衬砌与堵头墙初期支护之间，所述加固层设置于所述第二缺口上，加固层紧贴素混凝土加固体设置。
更优地，所述堵头墙二次衬砌的顶部高于所述盾构隧道的顶部，堵头墙二次衬砌的底部低于盾构隧道的底部；所述堵头墙初期支护的顶部高于所述堵头墙二次衬砌的顶部，堵头墙初期支护的底部低于堵头墙二次衬砌的底部。
更优地，所述加固层包括混凝土层、第一玻璃纤维网层和第二玻璃纤维网层，所述混凝土层设置于所述第一玻璃纤维网层和所述第二玻璃纤维网层之间，所述第一纤维网层靠近所述素混凝土加固体设置。
更优地，还包括降水井，所述降水井设置于所述矿山法隧道的端墙外侧。
矿山法隧道内盾构始发和接收端头加固方法，包括以下步骤：
矿山法隧道的开挖和支护：即按照设计要求的开挖方法和工序进行矿山法隧道的开挖和支护；
堵头墙初期支护：矿山法隧道开挖至设计终点里程时，采取措施对矿山法隧道正前方开挖形成的掌子面进行临时防护，确保施工阶段掌子面的短期稳定；
盾构隧道的掘进：在盾构隧道的掘进范围内进行的堵头墙初期支护部分采用加固层，便于盾构机的直接切削；
素混凝土加固体施工：在矿山法隧道堵头墙初期支护施工完成后，根据设计厚度支模浇筑低标号素混凝土加固体，用于确保堵头墙二次衬砌施工前掌子面的稳定。
堵头墙二次衬砌施工：即根据设计的配筋和结构尺寸，模筑矿山法隧道堵头墙二次衬砌永久受力结构，并预留洞门先期环梁，预埋盾构施工的各种预埋件。
更优地，还包括步骤：
降水井布设：利用矿山法隧道外侧的降水井，每侧降水井数量根据降水设计确定，降水井中心距矿山法隧道外边缘距离不小于5.0m；
降水井抽水：盾构隧道始发或接收前，矿山法隧道端头范围内地下水位应降低至矿山法隧道底以下不小于1米。
更优地，还包括步骤：
地下水位监测：盾构隧道始发或接收前通过降水井或水位观测井对矿山法隧道端头范围内地下水位进行观测，并通过在掌子面设置水平塌孔进行掌子面地下水情况、土体含水量等进行观测
本发明的有益效果是：
1、在无水或降水后地层稳定性较好的环境中，在矿山法隧道端墙外侧布设降水井，通过矿山法隧道施工时的降水井进行降水，地层的物理力学参数得到改善，提高地层的稳定性，可防止涌水涌砂，避免大范围进行地层加固，提高盾构在矿山法隧道内始发和接收的安全性，可大幅降低工程造价，效果良好；
采用素混凝土加固体和加固层进行加固，盾构机可直接切削洞门内的素混凝土加固体和混凝土层，避免人工破除洞门，降低风险和劳动强度，简化施工工序，节约工期，效果良好；加固操作在矿山法隧道洞内施工，不占用地面资源，对市政道路、管线等周边环境影响小。
附图说明
图1为本发明矿山法隧道内盾构始发和接收端头加固装置俯视图；
图2为本发明矿山法隧道内盾构始发和接收端头加固装置图1中的A-A侧视图。
其中：
1-矿山法隧道、2-盾构隧道、3-降水井、4-堵头墙初期支护、41-第二缺口、5-加固层、6-素混凝土加固体、7-堵头墙二次衬砌、71-第一缺口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-2所示，矿山法隧道内盾构始发和接收端头加固装置，包括矿山法隧道1、堵头墙二次衬砌7、堵头墙初期支护4和盾构隧道2，矿山法隧道1与盾构隧道2连接；矿山法隧道1的外侧面均设置堵头墙二次衬砌7，且堵头墙二次衬砌7紧贴矿山法隧道1设置，堵头墙二次衬砌7呈“L”型，堵头墙二次衬砌7上设置有用于与盾构隧道2连接的第一缺口71，第一缺口71的高度与盾构隧道2的内径相同，第一缺口71的高度大于盾构隧道2的外径。
堵头墙二次衬砌7的外侧面均设置堵头墙初期支护4，且堵头墙初期支护4紧贴堵头墙二次衬砌7设置，堵头墙初期支护4呈“L”型，堵头墙初期支护4上设置有第二缺口41，第二缺口41的高度大于盾构隧道2的外径。堵头墙初期支护4一般采用加固层，必要时设置注浆锚管对掌子面进行临时封闭，同时在盾构掘进轮廓外围设置一圈加强环梁，并与第一玻璃纤维网层、第二玻璃纤维网层进行有效连接。
矿山法隧道内盾构始发和接收端头加固装置还包括用于平衡矿山法隧道1掌子面土压力的素混凝土加固体6和用于使素混凝土加固体6加固的加固层5；素混凝土加固体6设置于堵头墙二次衬砌7与堵头墙初期支护4之间，加固层5设置于第二缺口41上，加固层5紧贴素混凝土加固体6设置。素混凝土加固体6，起到平衡掌子面土压力，防止掌子面坍塌的作用。素混凝土加固体6采用低标号(C15)素混凝土，便于盾构机可直接切削，避免人工破除洞门的风险。素混凝土加固体6的厚度采用500～1000mm，具体根据隧道埋深通过计算确定。
堵头墙二次衬砌7的顶部高于盾构隧道2的顶部，堵头墙二次衬砌7的底部低于盾构隧道2的底部；堵头墙初期支护4的顶部高于堵头墙二次衬砌7的顶部，堵头墙初期支护4的底部低于堵头墙二次衬砌7的底部。
加固层5包括混凝土层、第一玻璃纤维网层和第二玻璃纤维网层，混凝土层设置于第一玻璃纤维网层和第二玻璃纤维网层之间，第一纤维网层靠近素混凝土加固体设置。第一玻璃纤维网层和第二玻璃纤维网层均采用直径12mm，间距150X150mm，喷射混凝土层采用C25湿喷混凝土，厚度300mm。
矿山法隧道内盾构始发和接收端头加固装置还包括降水井3，降水井3设置于矿山法隧道1的端墙外侧。降水井采用管井，设计参数根据当地降水经验确定，应能保证地下水位降低至隧道底以下1m。地下水位在矿山法隧道1仰拱以下1m时，可不用降水。
矿山法隧道内盾构始发和接收端头加固方法，包括以下步骤：
矿山法隧道的开挖和支护：即按照设计要求的开挖方法和工序进行矿山法隧道1的开挖和支护；
堵头墙初期支护：矿山法隧道1开挖至设计终点里程时，采取措施对矿山法隧道1正前方开挖形成的掌子面进行临时防护，确保施工阶段掌子面的短期稳定；
盾构隧道的掘进：在盾构隧道2的掘进范围内进行的堵头墙初期支护4部分采用加固层5，便于盾构机的直接切削；
素混凝土加固体施工：在矿山法隧道1堵头墙初期支护4施工完成后，根据设计厚度支模浇筑低标号素混凝土加固体6，用于确保堵头墙二次衬砌7施工前掌子面的稳定。
堵头墙二次衬砌施工：即根据设计的配筋和结构尺寸，模筑矿山法隧道1堵头墙二次衬砌7永久受力结构，并预留洞门先期环梁，预埋盾构施工的各种预埋件。
矿山法隧道内盾构始发和接收端头加固方法还包括步骤：
降水井布设：利用矿山法隧道1外侧的降水井3，每侧降水井2数量根据降水设计确定，降水井3中心距矿山法隧道1外边缘距离不小于5.0m；
降水井抽水：盾构隧道2始发或接收前，矿山法隧道1端头范围内地下水位应降低至矿山法隧道1底以下不小于1米；
地下水位监测：盾构隧道2始发或接收前通过降水井或水位观测井对矿山法隧道1端头范围内地下水位进行观测，并通过在掌子面设置水平塌孔进行掌子面地下水情况、土体含水量等进行观测；
盾构始发或接收：包括盾构机姿态控制、掘进、拼装管片、同步注浆、注浆封堵洞门等。洞门先期环梁为设置于堵头墙二次衬砌7内的环形暗梁，起到提高刚度的作用，并可预埋盾构始发或接收的各种预埋件以及在盾构施工完成后与后浇洞门连接的钢筋。
同步注浆是在盾构机完全进入地层后，进行壁后注浆，填充管片与地层间的空隙，减小对周边环境的影响，并对管片进行固定，防止上浮。
本发明的有益效果是：
1、在无水或降水后地层稳定性较好的环境中，在矿山法隧道端墙外侧布设降水井，通过矿山法隧道施工时的降水井进行降水，地层的物理力学参数得到改善，提高地层的稳定性，可防止涌水涌砂，避免大范围进行地层加固，提高盾构在矿山法隧道内始发和接收的安全性，可大幅降低工程造价，效果良好；
采用素混凝土加固体和加固层进行加固，盾构机可直接切削洞门内的素混凝土加固体和混凝土层，避免人工破除洞门，降低风险和劳动强度，简化施工工序，节约工期，效果良好；加固操作在矿山法隧道洞内施工，不占用地面资源，对市政道路、管线等周边环境影响小。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种矿山法隧道内盾构始发和接收端头加固方法，采用矿山法隧道内盾构始发和接收端头加固装置进行，所述矿山法隧道内盾构始发和接收端头加固装置，包括矿山法隧道、堵头墙二次衬砌、堵头墙初期支护和盾构隧道，所述矿山法隧道与所述盾构隧道连接；矿山法隧道的外侧面均设置所述堵头墙二次衬砌，且堵头墙二次衬砌紧贴矿山法隧道设置，堵头墙二次衬砌呈“L”型，堵头墙二次衬砌上设置有用于与盾构隧道连接的第一缺口，所述第一缺口的高度大于盾构隧道的外径；所述堵头墙二次衬砌的外侧面均设置所述堵头墙初期支护，且堵头墙初期支护紧贴堵头墙二次衬砌设置，堵头墙初期支护呈“L”型，堵头墙初期支护上设置有第二缺口，所述第二缺口的高度大于盾构隧道的外径；还包括用于平衡矿山法隧道掌子面土压力的素混凝土加固体和用于使所述素混凝土加固体加固的加固层；所述素混凝土加固体设置于堵头墙二次衬砌与堵头墙初期支护之间，所述加固层设置于所述第二缺口上，加固层紧贴素混凝土加固体设置；所述加固层包括混凝土层、第一玻璃纤维网层和第二玻璃纤维网层，所述混凝土层设置于所述第一玻璃纤维网层和所述第二玻璃纤维网层之间，所述第一纤维网层靠近所述素混凝土加固体设置；其特征在于：
所述矿山法隧道内盾构始发和接收端头加固方法包括以下步骤：
矿山法隧道的开挖和支护：即按照设计要求的开挖方法和工序进行矿山法隧道的开挖和支护；
堵头墙初期支护：矿山法隧道开挖至设计终点里程时，采取措施对矿山法隧道正前方开挖形成的掌子面进行临时防护，确保施工阶段掌子面的短期稳定；
盾构隧道的掘进：在盾构隧道的掘进范围内进行的堵头墙初期支护部分采用加固层，便于盾构机的直接切削；
素混凝土加固体施工：在矿山法隧道堵头墙初期支护施工完成后，根据设计厚度支模浇筑低标号素混凝土加固体，用于确保堵头墙二次衬砌施工前掌子面的稳定；
堵头墙二次衬砌施工：即根据设计的配筋和结构尺寸，模筑矿山法隧道堵头墙二次衬砌永久受力结构，并预留洞门先期环梁，预埋盾构施工的各种预埋件。
2.根据权利要求1所述的矿山法隧道内盾构始发和接收端头加固方法，其特征在于，所述堵头墙二次衬砌的顶部高于所述盾构隧道的顶部，堵头墙二次衬砌的底部低于盾构隧道的底部；
所述堵头墙初期支护的顶部高于所述堵头墙二次衬砌的顶部，堵头墙初期支护的底部低于堵头墙二次衬砌的底部。
3.根据权利要求1所述的矿山法隧道内盾构始发和接收端头加固方法，其特征在于，所述矿山法隧道内盾构始发和接收端头加固装置还包括降水井，所述降水井设置于所述矿山法隧道的端墙外侧；
所述矿山法隧道内盾构始发和接收端头加固方法，还包括步骤：
降水井布设：利用矿山法隧道外侧的降水井，每侧降水井数量根据降水设计确定，降水井中心距矿山法隧道外边缘距离不小于5.0m；
降水井抽水：盾构隧道始发或接收前，矿山法隧道端头范围内地下水位降低至矿山法隧道底以下不小于1米。
4.根据权利要求3所述的矿山法隧道内盾构始发和接收端头加固方法，其特征在于，还包括步骤：
地下水位监测：盾构隧道始发或接收前通过降水井或水位观测井对矿山法隧道端头范围内地下水位进行观测，并通过在掌子面设置水平塌孔进行掌子面地下水情况、土体含水量进行观测。
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