CN108979690A - 一种盾构隧道抗浮控制结构及使用方法 - Google Patents

一种盾构隧道抗浮控制结构及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种盾构隧道抗浮控制结构及使用方法,包括隧道衬砌管片、沿管片径向设置的拉杆组件和设于隧道底部管片上的钢垫板,所述钢垫板与管片曲率一致,所述拉杆组件一端穿过管片预留孔后埋入土体中,另一端与钢垫板相连;还包括拉力杆,所述拉力杆连接相邻各环管片上的钢垫板。本发明通过在隧道底部管片上设置钢垫板和拉杆组件,该拉杆组件能够增强衬砌管片与地层的连接力,并通过拉力杆连接相邻各环管片上的钢垫板,从而将纵向各环衬砌管片连接成整体,解决了纵向管片间的整体稳定性不能保证的问题,提高衬砌结构的抗浮能力,降低了因管片上浮而导致的连接螺栓破坏、管片止水胶带止水效果降低、管片错台等风险。

Description

一种盾构隧道抗浮控制结构及使用方法
技术领域
本发明涉及盾构隧道工程领域,特别涉及一种盾构隧道抗浮控制结构及使用方法。
背景技术
随着城市轨道交通工程的开发和利用,盾构法施工以其掘进速度快、施工安全、机械化程度高等特点越来越广泛地应用于城市地铁建设中。
然而,从盾构管片拼装成环到浆液最终凝固与围岩密贴前,软土地层经常出现管片上浮现象。管片上浮是指管片在脱出尾盾后,受地质、水、同步浆液等因素的影响,造成管片向上位移的现象,大多发生在管片刚脱出盾构机盾尾的时候。衬砌管片上浮主要有两种危害:一是管片上浮造成管片成型质量缺陷(管片错台),当管片错台达到15mm时,管片螺栓连接处会出现破损,同时管片上浮影响管片止水胶条的止水效果,造成管片渗漏水;二是管片姿态超限,直接影响隧道线型是否符合设计轴线和是否满足隧道建筑界限。
现有中国发明专利201710455452.2中提供的抗浮体系存在一定局限,体系不能保证管片上浮时的纵向整体稳定性。因此,亟需发明一种用于盾构隧道的抗浮控制结构,能够为管片提供较好的整体稳定性,并将管片的上浮限制在安全范围内,不对盾构隧道造成危害。
发明内容
本发明目的在于:针对在盾构隧道施工中,管片在脱出盾构机尾盾后,受地质、水、同步浆液等因素影响而造成管片上浮的问题,提供一种盾构隧道抗浮控制结构,该抗浮控制结构通过增强衬砌管片与地层的连接力,同时将纵向各环衬砌管片连接成整体,极大提高衬砌结构的抗浮能力,克服了现有解决措施中纵向管片的整体稳定性不能保证、锚杆抗拔能力较弱等缺点。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种盾构隧道抗浮控制结构,包括隧道衬砌管片、沿管片径向设置的拉杆组件和设于隧道底部管片上的钢垫板,所述钢垫板与管片曲率一致,所述拉杆组件一端穿过管片预留孔后埋入土体中,另一端与钢垫板相连;还包括拉力杆,所述拉力杆连接相邻各环管片上的钢垫板。
本发明通过在隧道底部管片上设置与管片曲率一致的钢垫板,以及沿管片径向设置的拉杆组件,且拉杆组件一端穿过管片预留孔后埋入土体中,另一端与钢垫板相连,该拉杆组件能够增强衬砌管片与地层的连接力,且钢垫板可以避免管片受拉力时损坏,并通过拉力杆连接相邻各环管片上的钢垫板,从而将纵向各环衬砌管片连接成整体,解决了现有技术中纵向管片间的整体稳定性不能保证的问题,有利于提高衬砌结构的抗浮能力,大大降低了因管片上浮而导致的连接螺栓破坏、管片止水胶带止水效果降低、管片错台等风险。
作为本发明的优选方案,所述拉杆组件布置在隧道拱底左右60°范围内,可使拉杆组件承受拉力,有利于控制管片上浮,也方便该抗浮结构施工。
作为本发明的优选方案,所述拉杆组件包括扩大头锚杆和土钉。通过采用扩大头锚杆,在有限长度的锚固体范围内使承载能力得以显著提高,并配合设置土钉,提高了隧道底部土体的抗剪强度,扩大头锚杆与土钉相结合,使隧道衬砌管片与隧道底部土体合为一体,大力提升了在地质、水、同步浆液等因素影响下盾构隧道的抗浮能力。
作为本发明的优选方案,所述扩大头锚杆环向间距为20°布置,可以使管片受到的锚杆拉力均匀。
作为本发明的优选方案,所述土钉间隔地布置在扩大头锚杆间,在扩大头锚杆间设置土钉,提高了隧道底部土体的抗剪强度。
作为本发明的优选方案,所述扩大头锚杆包括锚头、自由段和扩大头锚固段,其中锚头设置在钢垫板上,自由段和扩大头锚固段设置在土体中。通过采用扩大头锚杆,在有限长度的锚固体范围内使承载能力得以显著提高,从而能够为管片提供更大的锚固力。
作为本发明的优选方案,所述扩大头锚杆包括注浆管和带肋钢筋,所述带肋钢筋布置在注浆管中,在带肋钢筋上间隔布置有钢构承载体,有利于增加带肋钢筋与水泥浆固结体间的拉拔力。
作为本发明的优选方案,所述带肋钢筋表面刷有防腐涂层,有利于提高带肋钢筋的抗腐蚀性能。
作为本发明的优选方案,所述钢垫板上设有连接块,所述拉力杆连接相邻钢垫板上的连接块,从而方便拉力杆的安装。
本发明还提供一种盾构隧道抗浮控制结构使用方法,包括以下步骤:
a、预制管片和钢垫板,并在管片和钢垫板上设置与扩大头锚杆、土钉位置相对应的预留孔;
b、采用钻机在管片预留孔位置处向地层钻孔;
c、在扩大头设计位置处采用高压喷射流束切割土体排出后形成扩孔空腔;
d、在隧道底部管片上安装钢垫板;
e、在钻孔内安装扩大头锚杆和土钉并注浆;
f、扩大头锚杆与土钉施工完成后,在钢垫板上安装拉力杆。
该盾构隧道抗浮控制结构的使用方法,通过预制管片和钢垫板,并向地层钻设扩大头锚杆和土钉孔洞,同时在扩大头设计位置处采用高压喷射流束切割土体排出后形成扩孔空腔,然后在隧道底部管片上安装钢垫板,并在钻孔内安装扩大头锚杆和土钉并注浆,扩大头锚杆与土钉施工完成后,在钢垫板上安装拉力杆,增强了衬砌管片与地层的连接力,并通过拉力杆将纵向各环衬砌管片连接成整体,解决了现有技术中纵向管片间的整体稳定性不能保证的问题,有利于提高衬砌结构的抗浮能力,且使用操作简单,容易在工程中实施。
综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
1、本发明通过在隧道底部管片上设置与管片曲率一致的钢垫板,以及沿管片径向设置的拉杆组件,且拉杆组件一端穿过管片预留孔后埋入土体中,另一端与钢垫板相连,该拉杆组件能够增强衬砌管片与地层的连接力,且钢垫板可以避免管片受拉力时损坏,并通过拉力杆连接相邻各环管片上的钢垫板,从而将纵向各环衬砌管片连接成整体,解决了现有技术中纵向管片间的整体稳定性不能保证的问题,有利于提高衬砌结构的抗浮能力,大大降低了因管片上浮而导致的连接螺栓破坏、管片止水胶带止水效果降低、管片错台等风险;
2、通过采用扩大头锚杆,在有限长度的锚固体范围内使承载能力得以显著提高,并配合设置土钉,提高了隧道底部土体的抗剪强度,扩大头锚杆与土钉相结合,使隧道衬砌管片与隧道底部土体合为一体,大力提升了在地质、水、同步浆液等因素影响下盾构隧道的抗浮能力;
3、本方法通过预制管片和钢垫板,并向地层钻设扩大头锚杆和土钉孔洞,同时在扩大头设计位置处采用高压喷射流束切割土体排出后形成扩孔空腔,然后在隧道底部管片上安装钢垫板,并在钻孔内安装扩大头锚杆和土钉并注浆,扩大头锚杆与土钉施工完成后,在钢垫板上安装拉力杆,增强了衬砌管片与地层的连接力,并通过拉力杆将纵向各环衬砌管片连接成整体,解决了现有技术中纵向管片间的整体稳定性不能保证的问题,且使用操作简单,容易在工程中实施,能适用于软土层盾构隧道和水下盾构隧道。
附图说明
图1为本发明盾构隧道抗浮控制结构整体立体图。
图2为图1中的断面示意图。
图3为本发明中的扩大头锚杆结构图。
图4为本发明中的钢构承载体结构图。
图中标记:1-管片,2-扩大头锚杆,3-土钉,4-注浆管,5-锚头,6-连接块,7-钢垫板,8-拉力杆,9-钢构承载体,10-带肋钢筋,11-防腐涂层,12-水泥浆固结体。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种盾构隧道抗浮控制结构;
如图1-图4所示,本实施例中的盾构隧道抗浮控制结构,包括隧道衬砌管片1、沿管片径向设置的拉杆组件和设于隧道底部管片上的钢垫板7,在每一环管片底部均栓接有钢垫板,所有的钢垫板沿同一方向布置,并且钢垫板与管片曲率一致,所述拉杆组件一端穿过管片预留孔后埋入土体中,另一端与钢垫板相连;还包括拉力杆8,所述拉力杆连接相邻各环管片上的钢垫板。
本发明通过在隧道底部管片上设置与管片曲率一致的钢垫板,以及沿管片径向设置的拉杆组件,且拉杆组件一端穿过管片预留孔后埋入土体中,另一端与钢垫板相连,该拉杆组件能够增强衬砌管片与地层的连接力,且钢垫板可以避免管片受拉力时损坏,并通过拉力杆连接相邻各环管片上的钢垫板,从而将纵向各环衬砌管片连接成整体,解决了现有技术中纵向管片间的整体稳定性不能保证的问题,有利于提高衬砌结构的抗浮能力,大大降低了因管片上浮而导致的连接螺栓破坏、管片止水胶带止水效果降低、管片错台等风险。
本实施例中,所述拉杆组件布置在隧道拱底左右60°范围内,可使拉杆组件承受拉力,有利于控制管片上浮,也方便该抗浮结构施工。
本实施例中,所述拉杆组件包括扩大头锚杆2和土钉3。通过采用扩大头锚杆,在有限长度的锚固体范围内使承载能力得以显著提高,并配合设置土钉,提高了隧道底部土体的抗剪强度,扩大头锚杆与土钉相结合,使隧道衬砌管片与隧道底部土体合为一体,大力提升了在地质、水、同步浆液等因素影响下盾构隧道的抗浮能力。
本实施例中,所述扩大头锚杆2环向间距为20°布置,可以使管片受到的锚杆拉力均匀,避免管片某处出现受力集中而损坏。
本实施例中,所述土钉3间隔地布置在扩大头锚杆2间,在扩大头锚杆间设置土钉,提高了隧道底部土体的抗剪强度。
本实施例中,所述扩大头锚杆包括锚头5、自由段和扩大头锚固段,其中锚头5设置在钢垫板7上,自由段和扩大头锚固段设置在土体中。通过采用扩大头锚杆,在有限长度的锚固体范围内使承载能力得以显著提高,从而能够为管片提供更大的锚固力。该扩大头锚杆属于摩擦-支撑复合型锚杆,其中非扩大头锚固段产生摩擦力,扩大头段产生支承抗力。
本实施例中,所述扩大头锚杆2包括注浆管4和带肋钢筋10,所述带肋钢筋布置在注浆管中,在带肋钢筋10上间隔布置有钢构承载体9,有利于增加带肋钢筋与水泥浆固结体12间的拉拔力,所述带肋钢筋10表面刷有防腐涂层11,有利于提高带肋钢筋的抗腐蚀性能。
本实施例中,所述钢垫板7上焊接有连接块6,所述拉力杆8沿隧道纵向连接相邻钢垫板7上的连接块6,从而方便拉力杆的安装。
本实施例中,沿每个钢垫板7环向均匀设有多个连接块6,而相邻钢垫板上的连接块采用拉力杆连接,在连接块上设有螺孔,拉力杆与连接块之间为栓接,安装完成后所有的拉力杆沿隧道纵向呈多列布置。
实施例2
本实施例提供一种盾构隧道抗浮控制结构使用方法;
如图1-图4所示,本实施例中的盾构隧道抗浮控制结构使用方法,包括以下步骤:
a、预制管片1和钢垫板7,并根据扩大头锚杆2、土钉3的设计位置情况,在管片和钢垫板上设置与扩大头锚杆、土钉位置相对应的预留孔;钢垫板根据管片衬砌的曲率进行弯制;
b、采用钻机在管片上扩大头锚杆、土钉预留孔位置处向地层钻孔,而钻孔大小和深度根据扩大头锚杆、土钉决定;
c、在扩大头设计位置处安装喷嘴,采用高压泵产生高压液体,通过喷嘴形成高压喷射流束对土体进行切割,形成扩大头锚杆的扩孔;利用循环水或者水泥浆等介质,对切割后的颗粒进行排出,在扩大头位置形成较大的空腔;
d、在隧道底部管片1上安装钢垫板7;
e、在钻孔内安装扩大头锚杆和土钉并注浆,具体为将锚杆杆体置入钻孔内指定位置,通过锚杆杆体,用水泥浆置换泥浆充填整个土体空腔,形成锚杆的扩大头;将土钉打入钻孔内并注浆;
f、待水泥浆凝固并达到设计强度后,进行锚杆张拉,锚杆张拉时需左右对称进行,并通过锚头锚固在钢垫板上,同时将土钉与钢垫板通过螺栓连接在一起,在扩大头锚杆与土钉施工完成后,按照要求在钢垫板上安装纵向各环管片间的拉力杆,由拉力杆将相邻钢垫板连接,即使纵向各环管片连成整体。
该盾构隧道抗浮控制结构的使用方法,通过预制管片和钢垫板,并向地层钻设扩大头锚杆和土钉孔洞,同时在扩大头设计位置处采用高压喷射流束切割土体排出后形成扩孔空腔,然后在隧道底部管片上安装钢垫板,并在钻孔内安装扩大头锚杆和土钉并注浆,扩大头锚杆与土钉施工完成后,在钢垫板上安装拉力杆,增强了衬砌管片与地层的连接力,并通过拉力杆将纵向各环衬砌管片连接成整体,解决了现有技术中纵向管片间的整体稳定性不能保证的问题,有利于提高衬砌结构的抗浮能力,且使用操作简单,容易在工程中实施。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的原理之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种盾构隧道抗浮控制结构,其特征在于,包括隧道衬砌管片、沿管片径向设置的拉杆组件和设于隧道底部管片上的钢垫板,所述钢垫板与管片曲率一致,所述拉杆组件一端穿过管片预留孔后埋入土体中,另一端与钢垫板相连;还包括拉力杆,所述拉力杆连接相邻各环管片上的钢垫板。
2.根据权利要求1所述的盾构隧道抗浮控制结构,其特征在于,所述拉杆组件布置在隧道拱底左右60°范围内。
3.根据权利要求1或2所述的盾构隧道抗浮控制结构,其特征在于,所述拉杆组件包括扩大头锚杆和土钉。
4.根据权利要求3所述的盾构隧道抗浮控制结构,其特征在于,所述扩大头锚杆环向间距为20°布置。
5.根据权利要求4所述的盾构隧道抗浮控制结构,其特征在于,所述土钉间隔地布置在扩大头锚杆间。
6.根据权利要求3所述的盾构隧道抗浮控制结构,其特征在于,所述扩大头锚杆包括锚头、自由段和扩大头锚固段,其中锚头设置在钢垫板上,自由段和扩大头锚固段设置在土体中。
7.根据权利要求6所述的盾构隧道抗浮控制结构,其特征在于,所述扩大头锚杆包括注浆管和带肋钢筋,所述带肋钢筋布置在注浆管中,在带肋钢筋上间隔布置有钢构承载体。
8.根据权利要求7所述的盾构隧道抗浮控制结构,其特征在于,所述带肋钢筋表面刷有防腐涂层。
9.根据权利要求1所述的盾构隧道抗浮控制结构,其特征在于,所述钢垫板上设有连接块,所述拉力杆连接相邻钢垫板上的连接块。
10.一种盾构隧道抗浮控制结构使用方法,其特征在于,包括以下步骤:
a、预制管片和钢垫板,并在管片和钢垫板上设置与扩大头锚杆、土钉位置相对应的预留孔;
b、采用钻机在管片预留孔位置处向地层钻孔;
c、在扩大头设计位置处采用高压喷射流束切割土体排出后形成扩孔空腔;
d、在隧道底部管片上安装钢垫板;
e、在钻孔内安装扩大头锚杆和土钉并注浆;
f、扩大头锚杆与土钉施工完成后,在钢垫板上安装拉力杆。
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