CN109538255A - 用于盾构部分始发且洞门渗漏时的套筒装置及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于盾构部分始发且洞门渗漏时的套筒装置，所述盾构放置于始发托架上，所述始发托架放置于底部混凝土板上，在盾构部分始发时，盾尾已拼装一环或多环辅助管片，所述套筒装置包括套筒本体，所述套筒本体将盾构、辅助管片和始发托架包裹起来，所述套筒本体前端与洞门密封连接，所述套筒本体尾部与辅助管片密封连接，所述套筒本体底部与底部混凝土板密封连接，所述套筒本体顶部和底部适当位置设有一个或多个注浆口，在所述套筒本体中前部一位置处两侧设有稳定柱。本发明还涉及上述套筒装置的施工方法。该套筒装置施工灵活方便，安全可靠，可避免重大的安全事故和经济损失。
Description
技术领域
本发明属于地铁隧道工程技术领域，涉及一种盾构始发的施工装置及施工方法,更具体地，涉及一种用于盾构部分始发且洞门渗漏时的套筒装置及其施工方法。
背景技术
盾构是一种使用盾构法的隧道掘进机，其已被广泛应用于地下轨道交通隧道的开挖。盾构始发是指盾构从组装调试到盾构完全进入区间隧道并完成试掘进为止的施工过程。盾构始发时，水土容易从盾构外壳和洞门之间的空隙渗漏。为防止洞门处水土流失和尽快建立土压平衡，通常在洞门处采用止水帘布等密封装置进行密封。然而，由于土体性质、施工质量、施工管理以及其它各种不可控因素，可能会出现盾构已经部分始发而洞门出现渗漏的情况，较为严重时，会出现涌水涌土、盾构被淹、端头井垮塌，甚至出现严重的人身安全事故。在洞门出现水土渗漏时，盾构无法后退，而强行继续始发推进风险极大。这种情况下，尽快采用安全可靠的密封装置和施工方法，成为解决问题的关键。
套筒法是一种较新的技术，目前已有采用套筒法进行盾构始发的报道。这种技术通常采用钢套筒，钢套筒前端与洞门预埋的钢环连接，盾构安装在钢套筒内，然后在钢套筒内灌入充填物，盾构按照正常掘进注浆，确保内外水土平衡，外部水土不流失。在盾构已经部分始发，而通常的密封装置效果不佳，洞门出现水土渗漏时，无法再采用上述的常规钢套筒，例如，常规钢套筒无法将原有始发托架密闭在内。在这种情况下，需要采用可以灵活施工的密封装置，使得盾构始发安全可靠。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于盾构部分始发且洞门渗漏时的套筒装置及其施工方法，可以灵活施工，安全可靠。
本发明所采用的技术方案为：
一种用于盾构部分始发且洞门渗漏时的套筒装置，所述盾构放置于始发托架上，所述始发托架放置于底部混凝土板上，在盾构部分始发时，盾尾已拼装一环或多环辅助管片，所述套筒装置包括套筒本体，所述套筒本体将盾构、辅助管片和始发托架包裹起来，所述套筒本体前端与洞门密封连接，所述套筒本体尾部与辅助管片密封连接，所述套筒本体底部与底部混凝土板密封连接，所述套筒本体顶部和底部适当位置设有一个或多个注浆口，所述注浆口可用于向套筒本体内注水进行密封性检查，也可用于向套筒本体内注浆，所述套筒本体中前部一位置处的两侧设有稳定柱，所述稳定柱起到稳定所述套筒本体的作用。
优选地，所述套筒本体采用内外层薄钢板夹中间钢筋混凝土的形式。
优选地，所述稳定柱采用钢筋混凝土与所述套筒本体一体浇筑。
优选地，所述稳定柱设置偶数个，对称设置于所述套筒本体两侧。
作为对上述技术方案的改进，所述套筒本体前端内层薄钢板与洞门预埋钢板满焊连接进行密封，所述套筒本体前端钢筋混凝土与洞门混凝土墙体通过植入钢筋浇筑进行密封，所述套筒本体尾部与辅助管片之间通过管片壁后注浆进行密封，所述套筒本体底部与底部混凝土板通过植入钢筋浇筑成一体进行密封。
优选地，所述套筒本体前端钢筋混凝土与洞门去除保护层且打毛的混凝土墙体通过适当的植入钢筋方式浇筑连接，所述套筒本体尾部与靠反力架的最后一环辅助管片直接浇筑相接，所述套筒本体尾部与辅助管片之间的空隙由管片壁后注浆进行密封，所述套筒本体底部与去除保护层且打毛的底部混凝土板通过适当的植入钢筋方式浇筑连接。
作为对上述技术方案的改进，所述注浆口设置有阀门和压力表。
作为对上述技术方案的改进，所述稳定柱下部与底部混凝土板通过适当的植入钢筋方式浇筑连接，所述稳定柱上部与顶部混凝土板通过适当的植入钢筋方式浇筑连接。
进一步，所述稳定柱下部与去除保护层且打毛的底部混凝土板通过适当的植入钢筋方式浇筑连接，所述稳定柱上部与去除保护层且打毛的顶部混凝土板通过适当的植入钢筋方式浇筑连接。
本发明还提供了一种用于盾构部分始发且洞门渗漏时利用上述套筒装置的施工方法，包括以下步骤：
步骤1，对盾构部分始发且洞门渗漏时盾构外壳和洞门之间的空隙进行堵漏，对盾构外壳和洞门之间的空隙进行堵漏通过注入适当的遇水膨胀材料来实现；
步骤2，对底部混凝土板和顶部混凝土板欲连接套筒本体和稳定柱的位置，去除保护层，露出主筋；同样对洞门处欲连接套筒本体的位置，去除保护层，露出主筋；
步骤3，在盾构和已拼接的辅助管片周身适当位置粘贴木块，用于支撑套筒本体的内层薄钢板，内层薄钢板可以按左下、右下和上半部三大块通过满焊拼接而成；内层薄钢板下部与混凝土板已露出的主筋进行焊接；套筒本体前端内层薄钢板与洞门预埋钢环满焊连接；套筒本体尾部内层薄钢板延伸至靠反力架的最后一环辅助管片适当位置处并在此处收口，使得套筒本体能与最后一环辅助管片直接浇筑相接；内层薄钢板顶部和底部适当部位留有若干圆形小孔，小孔处安装带阀门和压力表的环形注浆口，内层薄钢板与环形注浆口通过满焊连接；内层薄钢板的焊接质量要保证，可以起到第一道防水密封作用；
步骤4，在内层薄钢板外部制作适当的套筒本体钢筋笼，套筒本体钢筋笼在适当部位与内层薄钢板焊接；套筒本体钢筋笼底部与底部混凝土板的主筋以一定的方式搭接并焊接牢固；稳定柱处的钢筋笼两端分别与底部混凝土板和顶部混凝土板的主筋以一定的方式搭接并焊接牢固；
步骤5，在稳定柱两侧，外层薄钢板可以按左下、右下、上半部三大块进行拼接；稳定柱两侧，先拼接左下和右下的外层薄钢板，外层薄钢板与钢筋笼在适当部位进行焊接，内外层薄钢板同时起到浇筑混凝土用的模板作用；外层薄钢板在底部与内层薄钢板相对应的地方留有环形注浆口的小孔，与环形注浆口满焊连接；在稳定柱处，架立合适的模板以方便混凝土浇筑；在洞门处，可以通过架立合适的模板来扩大套筒本体的浇筑范围来提高洞门处的密封效果；
步骤6，在已经准备好的套筒本体的下半部分空间内浇筑性能良好的抗渗混凝土，振捣密实，也可加入适量早强剂来提高混凝土的早期强度，缩短套筒本体的制作时间；此处套筒本体下半部分与稳定柱下半部分的连通空间视为同一空间，进而一体浇筑；
步骤7，将上半部的外层薄钢板与已安装好的下半部外层薄钢板焊接，将上半部的外层薄钢板在适当部位与钢筋笼焊接，外层薄钢板在顶部留有环形注浆口的小孔，与环形注浆口满焊连接；从稳定柱的开口处，向套筒本体的上半部分和稳定柱本身空间浇筑抗渗混凝土；抗渗混凝土的浇筑质量要保证，可以起到第二道防水密封作用；
步骤8，待抗渗混凝土达到一定的强度后，从已拼接的辅助管片注浆口，向辅助管片与套筒本体间的空隙注入双液浆，进一步密封套筒本体尾部；
步骤9，通过套筒本体的下部注浆口向套筒本体内部注入水，至加满水后，逐步增加水压力至设计值，稳定一段时间；若水压力在设计压力下能维持设定的足够长时间，说明密封性能满足要求；否则应对密封不良处加强密封性能；密封性检查合格后，将水通过下部注浆口抽出；
步骤10，通过上下的注浆口，将套筒本体与盾构之间的空隙用浆液填满；
步骤11，进行盾构的正常始发掘进，完成始发；
步骤12，待隧道建设完成或者成形隧道管片握裹力能满足盾构推进千斤顶推力要求，且隧道前段的注浆隔水帷幕效果良好时，可以进行套筒装置的拆除。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：套筒本体的内层薄钢板和抗渗混凝土提供了两道防水密封层，套筒本体与洞门、盾尾辅助管片、底部混凝土板的密封性能良好；混凝土套筒本体和稳定柱的刚度大、稳定性能好；混凝土适应现有盾构始发体系和状态的能力强，施工灵活方便；这为盾构部分始发且洞门渗漏的紧急情况提供了安全可靠的保障和灵活的处理措施。
附图说明
图1为盾构已部分始发且洞门渗漏的状态示意侧面图；
图2为图1中沿A-A的截面图；
图3为对应于图1设置有套筒装置的示意侧面图；
图4为图3中沿B-B的截面图；
图5为图3中沿C-C的截面图；
附图标记说明：1、盾构，2、辅助管片，3、反力架，4、始发托架，5、地下连续墙，6、止水帘布，7、前方土体，8、套筒本体，9、稳定柱，10、注浆口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。如图1所示，为盾构1已部分始发进入前方土体7且洞门处止水帘布6效果不佳而产生水土渗漏的示意侧面图，盾尾已拼接三环辅助管片2，最后一环辅助管片2紧靠在反力架3上，盾构1和辅助管片2架立在始发托架4上。在一个实施例中，盾构1外直径为6340mm，长9280mm，管片外直径6200mm，内直径5500mm。
如图3所示，为对应于图1设置有套筒装置示意侧面图，套筒本体8将盾构1、辅助管片2和始发托架4包裹起来；套筒本体8的长度取决于现有地下连续墙5与反力架3的净距，在本实施例中约为9600mm；套筒本体8前端与洞门密封连接，套筒本体8尾部与辅助管片2密封连接，套筒本体8底部与底部混凝土板密封连接，套筒本体8的内直径在最后一环辅助管片2处与辅助管片外直径相同，在其余处应比盾构外直径稍大，在本实施例中，套筒本体8的内半径比盾构1的外半径大80mm；套筒本体8的内外层薄钢板应有一定的柔韧性以适应弯曲成形需要，较好的可焊性以适应焊接密封的需要；套筒本体8采用内外层薄钢板夹中间钢筋混凝土的形式，在本实施例中，套筒本体8的内层薄钢板厚度取2mm，中间层钢筋混凝土厚度取20mm，外层薄钢板的厚度取1mm；中间层钢筋混凝土的钢筋笼配筋按实际情况计算确定，并考虑一定的安全系数；在本实施例中，内外两层纵向钢筋取直径8mm，间距10mm，两层环向钢筋取直径6mm，间距30mm，两层钢筋网之间架设适当的小直径构造箍筋以形成稳定的钢筋笼；混凝土采用P12抗渗混凝土，并加入适量的早强剂使得七天强度达到设计强度的80％左右。稳定柱9设置偶数个，对称设置于套筒本体8两侧，在本实施例中，稳定柱9设置有两个，稳定柱9在与套筒本体8相交处应一体浇筑，稳定柱9上部截面为矩形，沿盾构1截面方向长度可取600mm，沿盾构推进方向长度可取500mm；稳定柱9下部应与套筒本体融为一体，如图5所示，沿盾构推进方向长度与上部情况相同为500mm；稳定柱9与套筒本体8交汇处的钢筋笼应灵活设置，使得二者融为一体，在稳定柱9其余处可按一般柱子进行设计；稳定柱9选用与套筒本体8相同的混凝土。套筒本体8顶部和底部适当位置设有一个或多个注浆口10，在本实施例中，在套筒本体8顶部适当位置设置有一个注浆口10，在套筒本体8底部左右两侧适当位置各设置有一个注浆口10,所述注浆口10优选地选择为钢制注浆口，所述注浆口10可用于向套筒本体8内注水进行密封性检查，也可用于向套筒本体8内注浆，所述套筒本体8中前部一位置处的两侧设有稳定柱9，所述稳定柱9起到稳定所述套筒本体8的作用。
在本发明的一个实施例中，具体实施的施工方法包括如下步骤：
步骤1，对当前盾构外壳和洞门之间的空隙进行堵漏，可以通过注入适当的堵漏浆液或遇水膨胀材料来实现；
步骤2，对底部混凝土板和顶部混凝土板欲连接套筒本体8和稳定柱9的位置，去除保护层，露出主筋；同样对洞门处欲连接套筒本体8的位置，去除保护层，露出主筋；
步骤3，在盾构1和已拼接的辅助管片2周身适当位置粘贴木块，木块高度约为8mm，用于支撑套筒本体8的内层薄钢板，内层薄钢板按左下、右下和上半部三大块通过满焊拼接而成；内层薄钢板下部与底部混凝土板已露出的主筋进行焊接；内层薄钢板前部与洞门预埋钢环满焊连接；内层薄钢板后部延伸至靠反力架的最后一环辅助管片适当位置处并在此处收口，使得套筒本体能与最后一环辅助管片直接浇筑相接，在本实施例中选择最后一环辅助管片与最后第二环辅助管片交接处；内层薄钢板顶部适当位置留有一个圆形小孔，内层薄钢板底部两侧适当部位各留有一个圆形小孔，各小孔处安装带阀门和压力表的注浆口10，在本实施例中，所述注浆口10优选地选择为钢制环形注浆口，内层薄钢板与注浆口10通过满焊连接；内层薄钢板的焊接质量要保证，可以起到第一道防水密封作用；
步骤4，在套筒本体8内层薄钢板外部制作套筒本体钢筋笼，套筒本体钢筋笼在适当部位与内层薄钢板焊接以稳定钢筋笼；套筒本体钢筋笼底部与底部混凝土板的主筋以一定的方式搭接并焊接牢固，如搭接长度大于300mm；稳定柱9处的钢筋笼两端分别与底部混凝土板和顶部混凝土板的主筋以一定的方式搭接并焊接牢固，如搭接长度大于300mm；
步骤5，在稳定柱9两侧，套筒本体8外层薄钢板可以按左下、右下、上半部三大块进行拼接；稳定柱9两侧，先拼接左下和右下的外层薄钢板，外层薄钢板与钢筋笼在适当部位进行焊接，内外层薄钢板同时起到浇筑混凝土用的模板作用；外层薄钢板在底部与内层薄钢板相对应的地方留有环形注浆口的小孔，与钢制的环形注浆口10满焊连接；在稳定柱9处，架立合适的模板以方便混凝土浇筑；在洞门处，可以通过架立合适的模板来扩大套筒本体8的浇筑范围来提高洞门处的密封效果；
步骤6，在已经准备好的套筒本体8下半部分空间内浇筑掺入早强剂的抗渗混凝土，振捣密实；此处套筒本体8下半部分与稳定柱9下半部分的连通空间视为同一空间，进而一体浇筑；
步骤7，将套筒本体8上半部的外层薄钢板与已安装好的下半部外层薄钢板焊接，将上半部的外层薄钢板在适当部位与钢筋笼焊接，外层薄钢板在顶部留有环形注浆口的小孔，与钢制的环形注浆口10满焊连接；从稳定柱9的开口处，向套筒本体的上半部分和稳定柱本身空间浇筑上述的抗渗混凝土；抗渗混凝土的浇筑质量要保证，可以起到第二道防水密封作用；
步骤8，待抗渗混凝土达到一定的强度后，从已拼接的辅助管片2的注浆口向辅助管片2与套筒本体8之间的空隙注入双液浆，进一步密封套筒本体8尾部；
步骤9，通过套筒本体8的下部注浆口10向套筒本体8内部注入水，至加满水后，逐步增加水压力至设计值，稳定一段时间；若水压力在设计压力下能维持设定的足够长时间，说明密封性能满足要求；否则应对密封不良处加强密封性能，如注入遇水膨胀的材料或浇筑一定范围的防渗混凝土；密封性检查合格后，将水通过下部注浆口抽出；
步骤10，通过套筒本体8上下的注浆口10，将套筒本体8与盾构1之间的空隙用浆液填满；
步骤11，进行盾构的正常始发掘进，完成始发；
步骤12，待隧道建设完成或者成形隧道管片握裹力能满足盾构推进千斤顶推力要求，且隧道前段的注浆隔水帷幕效果良好时，可以进行套筒本体8和稳定柱9的拆除。
以上的套筒装置能有效防止水土渗漏，安全可靠；混凝土可以浇筑成各种形状，因而能适应各种具体情况，在具体实施时可以灵活处理。
虽然本申请文件按照以上具体实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，以上每一个具体实施方式都不必然是独立的，本领域的普通技术人员可以独立实施，也可以进行适当的组合，形成本领域普通技术人员能够理解并实施的其它实施方式。
以上实施方式仅仅是示例性的而非限制性的，任何未脱离本发明精神所作出的等效的实施方式均应落在本发明的保护范围内，本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种用于盾构部分始发且洞门渗漏时的套筒装置，所述盾构放置于始发托架上，所述始发托架放置于底部混凝土板上，在盾构部分始发时，盾尾已拼装一环或多环辅助管片，其特征在于：所述套筒装置包括套筒本体，所述套筒本体将盾构、辅助管片和始发托架包裹起来，所述套筒本体前端与洞门密封连接，所述套筒本体尾部与辅助管片密封连接，所述套筒本体底部与底部混凝土板密封连接，所述套筒本体顶部和底部适当位置设有一个或多个注浆口，在所述套筒本体中前部一位置处的两侧设有稳定柱。
2.根据权利要求1所述的一种用于盾构部分始发且洞门渗漏时的套筒装置，其特征在于：所述套筒本体采用内外层薄钢板夹中间钢筋混凝土的形式。
3.根据权利要求1所述的一种用于盾构部分始发且洞门渗漏时的套筒装置，其特征在于：所述稳定柱采用钢筋混凝土与所述套筒本体一体浇筑。
4.根据权利要求1所述的一种用于盾构部分始发且洞门渗漏时的套筒装置，其特征在于：所述稳定柱设置偶数个，对称设置于所述套筒本体两侧。
5.根据权利要求1所述的一种用于盾构部分始发且洞门渗漏时的套筒装置，其特征在于：所述套筒本体前端内层薄钢板与洞门预埋钢板满焊连接进行密封，所述套筒本体前端钢筋混凝土与洞门混凝土墙体通过植入钢筋浇筑进行密封，所述套筒本体尾部与辅助管片之间通过管片壁后注浆进行密封，所述套筒本体底部与底部混凝土板通过植入钢筋浇筑成一体进行密封。
6.根据权利要求1所述的一种用于盾构部分始发且洞门渗漏时的套筒装置，其特征在于：所述注浆口设置有阀门和压力表。
7.根据权利要求1所述的一种用于盾构部分始发且洞门渗漏时的套筒装置，其特征在于：所述稳定柱下部与底部混凝土板通过适当的植入钢筋方式浇筑连接，所述稳定柱上部与顶部混凝土板通过适当的植入钢筋方式浇筑连接。
8.一种利用根据权利要求1-7中任一项所述的用于盾构部分始发且洞门渗漏时的套筒装置的施工方法，所述盾构放置于始发托架上，所述始发托架放置于底部混凝土板上，在盾构部分始发时，所述盾尾已拼装一环或多环辅助管片，其特征在于，包括以下施工步骤：
步骤1，对盾构外壳和洞门之间的空隙进行堵漏；
步骤2，对底部混凝土板和顶部混凝土板欲连接套筒本体和稳定柱的位置，去除保护层，露出主筋；同样对洞门处欲连接套筒本体的位置，去除保护层，露出主筋；
步骤3，在盾构和辅助管片周身架立套筒本体的内层薄钢板，内层薄钢板下部与底部混凝土板已露出的主筋进行焊接；套筒本体前端内层薄钢板与洞门预埋钢环满焊连接；套筒本体尾部内层薄钢板延伸至靠反力架的最后一环辅助管片适当位置处并在此处收口，使得套筒本体能与最后一环辅助管片直接浇筑相接；内层薄钢板顶部和底部适当位置留有若干小孔，小孔处安装带阀门和压力表的环形注浆口，内层薄钢板与环形注浆口通过满焊连接；
步骤4，在内层薄钢板外部制作适当的套筒本体钢筋笼，套筒本体钢筋笼在适当部位与内层薄钢板焊接；套筒本体钢筋笼底部与底部混凝土板的主筋搭接并焊接牢固；稳定柱处的钢筋笼两端分别与底部混凝土板和顶部混凝土板的主筋搭接并焊接牢固；
步骤5，在稳定柱两侧，对外层薄钢板下半部分进行拼接，且与钢筋笼在适当部位进行焊接；外层薄钢板在底部与内层薄钢板相对应的地方留有环形注浆口的小孔，与环形注浆口满焊连接；在稳定柱处，架立模板用于混凝土浇筑；在洞门处，架立合适的模板来扩大套筒本体的浇筑范围；
步骤6，在已经准备好的套筒本体下半部分空间内浇筑抗渗混凝土，振捣密实；此处套筒本体下半部分与稳定柱下半部分的连通空间视为同一空间，进而一体浇筑；
步骤7，将上半部的外层薄钢板与已安装好的下半部外层薄钢板焊接，将上半部的外层薄钢板在适当部位与钢筋笼焊接，外层薄钢板在顶部留有环形注浆口的小孔，与环形注浆口满焊连接；从稳定柱的开口处，向套筒本体的上半部分和稳定柱本身空间浇筑抗渗混凝土；
步骤8，待抗渗混凝土达到一定的强度后，从已拼接的辅助管片注浆口，向辅助管片与套筒本体间的空隙注入双液浆，进一步密封套筒本体尾部；
步骤9，通过套筒本体的下部注浆口向套筒本体内部注入水，至加满水后，逐步增加水压力至设计值，稳定一段时间；若水压力在设计压力下能维持设定的足够长时间，说明密封性能满足要求；否则应对密封不良处加强密封性能；密封性检查合格后，将水通过下部注浆口抽出；
步骤10，通过上下的注浆口，将套筒本体与盾构之间的空隙用浆液填满；
步骤11，进行盾构的正常始发掘进，完成始发。
9.根据权利要求8所述的用于盾构部分始发且洞门渗漏时的套筒装置的施工方法，其特征在于：进一步包括以下步骤：待隧道建设完成或者成形隧道管片握裹力能满足盾构推进千斤顶推力要求，且隧道前段的注浆隔水帷幕效果良好时，进行套筒装置的拆除。
10.根据权利要求8所述的用于盾构部分始发且洞门渗漏时的套筒装置的施工方法，其特征在于：在步骤6中，在抗渗混凝土中加入适量早强剂。
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