CN109630155A - 一种不同断面类型的上下交叉隧道施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不同断面类型的上下交叉隧道施工方法，特点是包括以下步骤：（1）采用环向内张支撑钢环对既有单圆隧道的单圆隧道钢筋混凝土管片内环面进行洞内加固处理；（2）将新建类矩形盾构隧道的周围土体进行全断面注浆加固处理，依据类矩形盾构隧道与既有单圆隧道交叉段位置周围受影响程度，将类矩形盾构隧道的加固区域进行划分，对强加固区域进行加固处理；（3）待注浆浆液凝固并达到强度要求后，继续监测观察上下隧道的受力、变形情况，稳定后拆除既有单圆隧道内的环向内张支撑钢环，完成上下交叉隧道施工，优点是有利于提高既有隧道整体刚度及稳定性且有效节省类矩形隧道内施工空间。

Description

一种不同断面类型的上下交叉隧道施工方法

技术领域

本发明涉及一种上下交叉隧道施工方法，尤其是涉及一种不同断面类型的上下交叉隧道施工方法。

背景技术

随着经济的发展，城市建设步伐的不断加快，人们对交通的高效率和便捷性要求越来越高；另一方面，城市化进程的不断推进在很大程度上促进了城市的经济发展，同时也不可避免地造成了建筑用地的紧张、交通拥挤的现状。地铁作为城市地下交通的重要组成部分，对缓解交通拥堵、提高城市效率、提升城市现代化水平发挥着巨大的作用。近年来，国内地铁建设处于高速发展阶段，交通设施需求量不断增加，城市地下空间被不断开发，可利用的地下空间也越来越少，必然会出现在既有隧道旁修建新线，以及对既有隧道线进行改造已满足日益增大的客运量，因此，上下交叉的盾构隧道必然大量出现。

截至目前，全国已有很多地区出现过关于近距离上下交叉或者近距离上下重叠的盾构隧道施工、修建的案例，但均为地质条件较好下相同断面类型且上下隧道直径相同或相差很小的盾构隧道。而随着类矩形等异形断面隧道的推广与应用，则必然会出现不同结构断面类型的盾构隧道进行上下交叉。而隧道工程的盾构穿越施工会对土体造成扰动，破坏了原有土体的结构性和极限平衡状态，使得土体应力状态发生重新分布和调整，而当地下工程存在近接施工即交叉施工时，多次应力将发生，结构的受力更加复杂，且类矩形断面较圆形断面对土体造成的扰动大。同时考虑宁波地区软土工程性质差，具有明显的含水量高、流动性强、灵敏度高、压缩性高、抗剪能力差等特点，因此，在进行上穿或者下穿新建隧道的施工时，对既有隧道产生影响应极为重视。针对现有的工程案例，对上下交叉的盾构隧道施工没有或者未能全面考虑其施工过程中交叉段对不同结构断面类型影响程度下的施工方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种有利于提高既有隧道整体刚度及稳定性且有效节省类矩形隧道内施工空间的不同断面类型的上下交叉隧道施工方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种不同断面类型的上下交叉隧道施工方法，包括以下步骤：

（1）采用环向内张支撑钢环对既有单圆隧道的单圆隧道钢筋混凝土管片内环面进行洞内加固处理，然后采用盾构法对新建类矩形盾构隧道进行施工，同时对既有单圆隧道进行现场监测；其中既有单圆隧道健康状况检测位置为既有单圆隧道与位于其下方的类矩形盾构隧道交叉段位置处前后一定范围内；

（2）将新建类矩形盾构隧道的周围土体进行全断面注浆加固处理，依据类矩形盾构隧道与既有单圆隧道交叉段位置周围受影响程度，将类矩形盾构隧道的加固区域划分为非加固区域、微加固区域和强加固区域，其中强加固区域为类矩形盾构隧道穿越既有单圆隧道的前10环类矩形隧道钢筋混凝土管片至后20环类矩形隧道钢筋混凝土管片范围内；对于强加固区域，通过预埋一定长度的袖阀管，对新建类矩形盾构隧道周围土体进行深层加固，具体加固处理过程如下：

A. 电镐钻孔成孔：采用电镐将新建类矩形盾构隧道的强加固区域的各块类矩形隧道钢筋混凝土管片的注浆孔背后混凝土通开，并继续钻进成孔，成孔深度即为全断面注浆加固宽度；

B．完成袖阀管的组装、插入：对袖阀管的各节阀管进行检查，保证管口平整无收缩，内壁光滑，并依据全断面注浆加固宽度确定袖阀管节数并完成组装；采用电动锤将袖阀管打入类矩形隧道钢筋混凝土管片的注浆孔背后混凝土中，当袖阀管注浆端头露出类矩形隧道钢筋混凝土管片外部方向一定长度后，将袖阀管的管口与类矩形隧道钢筋混凝土管片的内环面进行固定及防水密封处理，之后将双向密封注浆芯管套入袖阀管中心螺纹杆，进一步旋转插入袖阀管内直至双向密封注浆芯管旋转到袖阀管端头处；待盾尾脱出管片4-5环后，利用袖阀管进行分段式注浆加固，袖阀管上相邻组袖阀管射浆孔的间距为一个注浆步距；

C．利用袖阀管进行全断面注浆加固：将双向密封注浆芯管的端尾管口通过注浆软管与注浆泵相连接，然后打入注浆浆液进行注浆，一段注浆过程完成后，卸下注浆软管，利用袖阀管中心螺纹杆反向旋转双向密封注浆芯管直至移动双向密封注浆芯管一个注浆步距的长度，然后卸下伸出类矩形隧道钢筋混凝土管片的单节双向密封注浆芯管；重复上述注浆操作过程直至注浆结束，取出双向密封注浆芯管；

D．对注浆孔进行防水封堵及堵头封堵：待注浆浆液初凝后，将单向密封芯管套入袖阀管中心螺纹杆，进一步旋转插入袖阀管内直至单向密封芯管旋转到袖阀管端头处，采用防水砂浆对注浆孔内进行封堵，再利用注浆堵头对类矩形隧道钢筋混凝土管片上每个注浆孔进行最终封堵；

（3）待注浆浆液凝固并达到强度要求后，继续监测观察上方既有单圆隧道和下方类矩形盾构隧道的受力、变形情况，稳定后拆除既有单圆隧道内的环向内张支撑钢环，完成不同断面类型的上下交叉隧道施工。

步骤（1）所述的环向内张支撑钢环由4节环向内张支撑钢环分节依次围成环形并焊接连接成一体，所述的环向内张支撑钢环分节之间且位于所述的既有单圆隧道的上下侧的位置采用高强度连接螺栓进行连接，所述的环向内张支撑钢环分节之间且位于所述的既有单圆隧道的两侧的位置设置有用于调节整环所述的环向内张支撑钢环张紧力的扁平千斤顶。在既有隧道腰部位置处采用安装两组扁平千斤顶（液压千斤顶）进行调节，可使整环各节支撑钢环压紧并与单圆隧道钢筋混凝土管片内表面紧密贴合形成叠合结构。

所述的环向内张支撑钢环的外径与所述的既有单圆隧道的管片内径相同，

步骤（2）所述的非加固区域在盾构法施工时进行同步注浆加固，所述的微加固区域通过注浆孔进行二次补浆加固。

步骤（2）所述的袖阀管包括单向密封钢花管，各组所述的袖阀管射浆孔在所述的单向密封钢花管打入土体长度范围内等间距设置，所述的袖阀管射浆孔外周套设有用于注浆时将所述的单向密封钢花管内外连通的双层橡皮单向阀套，所述的双层橡皮单向阀套通过定位环圈焊接在所述的单向密封钢花管上。

每组所述的袖阀管射浆孔为8个，其中沿所述的单向密封钢花管环向均布4个且沿其径向均布两个。

所述的单向密封钢花管露出管片端头处外壁通过连接螺纹连接有环面呈L型的环形密封钢板，所述的环形密封钢板通过密封螺栓固定在所述的类矩形隧道钢筋混凝土管片上，所述的环形密封钢板与所述的类矩形隧道钢筋混凝土管片之间设置有环形止水密封垫。

所述的双向密封注浆芯管的下部固定有上、下两组环形密封圈，所述的双向密封注浆芯管上且位于上组所述的环形密封圈与下组所述的环形密封圈之间开有用于连通所述的双向密封注浆芯管内外的注浆芯管注浆口。

上组所述的环形密封圈为3个裙边向下的密封圈，下组所述的环形密封圈为3个裙边向上的密封圈。裙边的设置可防止浆液回流至单向密封钢花管内壁与双向密封注浆芯管之间空隙内。

所述的单节双向密封注浆芯管通过连接销栓连接形成所述的双向密封注浆芯管由若干节，相邻的所述的节单节双向密封注浆芯之间设置有环形止水密封条。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明通过采取架设环向内张支撑钢环对既有单圆隧道管片进行加固及现场监测，有利于提高隧道整体刚度及稳定性，有效控制类矩形盾构隧道下穿施工对既有隧道造成结构变形和受力影响以及后期运营的隧道沉降；

（2）本发明通过对传统袖阀管结构进行优化设计，袖阀管与芯管之间采用螺纹旋转向上或向下移动，双向密封注浆芯管随全断面分段式注浆，将露出管片的不断变长芯管分解拆卸，从而缩小类矩形隧道内施工空间，便于管片运输车、同步浆液运输车的正常进出，采用分节设计，便于组装、拆卸，可有效节省空间；全断面注浆完成后，可取出双向密封注浆芯管，下一环继续注浆使用，袖阀管内更换为单向密封芯管，便于后期复注施工时，可直接将单向密封芯管夹带凝固的防水砂浆取出，插入双向密封注浆芯管进行复注。

附图说明

图1为本发明中不同结构断面的盾构隧道上下交叉状态结构示意图；

图2为本发明中既有单圆隧道洞内环向内张支撑钢环安装示意图；

图3为本发明中类矩形盾构隧道单环管片全断面注浆示意图；

图4为本发明中类矩形盾构隧道注浆加固范围示意图；

图5为本发明中袖阀管插入类矩形隧道钢筋混凝土管片后与注浆软管连接示意图；

图6为本发明中袖阀管结构示意图；

图7为本发明中双向密封注浆芯管结构示意图；

图8为本发明中两节单节双向密封注浆芯管结构示意图；

图9为本发明单节双向密封注浆芯管俯视图；

各部件标号说明：

1.既有单圆隧道、2.类矩形盾构隧道、3.单圆隧道钢筋混凝土管片、 4.环向内张支撑钢环、5.高强度连接螺栓、6.扁平千斤顶、7.环向内张支撑钢环分节、8.类矩形隧道钢筋混凝土管片、9.袖阀管、10.注浆浆液、11.单向密封钢花管、2.双向密封注浆芯管、13. 袖阀管中心螺纹杆、14.双层橡皮单向阀套 、15.定位环圈 、16.环形密封圈、17.连接销栓、18. 环形止水密封条、19.连接螺纹、20.密封螺栓、21.环形止水密封垫、22.环形密封钢板、23.注浆软管、24.单节双向密封注浆芯管、25.注浆芯管注浆口、26.袖阀管射浆孔。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

具体实施例

结合宁波地区软土地层，本发明提出了一种针对不同断面类型的上下交叉盾构隧道的施工工法，来减少新建隧道对既有隧道造成的结构变形及受力影响，确保隧道变形及地面沉降安全可控。其中，两种不同断面类型的盾构隧道分别为：既有单圆隧道1、类矩形盾构隧道2；上下交叉隧道的竖向交叉净距应按照《盾构法隧道及验收规范》规定；隧道穿越既有盾构法或顶管法地下结构时，应符合二者的竖向净距不宜小于0.5D*（D*为隧道外径尺寸，是新建或既有隧道衬砌外缘的垂直高度或者水平宽度中的最大值）。上述一种不同断面类型的上下交叉隧道施工方法，如图1、图2、图3、图4和图5所示，包括以下步骤：

（1）采用环向内张支撑钢环4对既有单圆隧道1的单圆隧道钢筋混凝土管片3内环面进行洞内加固处理，然后采用盾构法对新建类矩形盾构隧道2进行施工，同时对既有单圆隧道1进行现场监测；其中既有单圆隧道1健康状况检测位置为既有单圆隧道1与位于其下方的类矩形盾构隧道2交叉段位置处前后一定范围内；根据《盾构法隧道及验收规范》要求：对于盾构法或顶管法地下结构进行加固，加固前应调查结构损伤及变形情况，从纵向变形、横向变形、混凝土裂缝、结构渗漏水、材料劣化等内容进行损伤评定；

（2）将新建类矩形盾构隧道2的周围土体进行全断面注浆加固处理，依据类矩形盾构隧道2与既有单圆隧道1交叉段位置周围受影响程度，将类矩形盾构隧道2的加固区域划分为非加固区域、微加固区域和强加固区域，其中强加固区域为类矩形盾构隧道2穿越既有单圆隧道1的前10环类矩形隧道钢筋混凝土管片8至后20环类矩形隧道钢筋混凝土管片8范围内；对于强加固区域，通过预埋一定长度的袖阀管9，对新建类矩形盾构隧道2周围土体进行深层加固，如图6-图9所示，具体加固处理过程如下：

A. 电镐钻孔成孔：采用电镐将新建类矩形盾构隧道2的强加固区域的各块类矩形隧道钢筋混凝土管片8的注浆孔背后混凝土通开，并继续钻进成孔，成孔深度即为全断面注浆加固宽度；

B．完成袖阀管9的组装、插入：对袖阀管9的各节阀管进行检查，保证管口平整无收缩，内壁光滑，并依据全断面注浆加固宽度确定袖阀管9节数并完成组装；采用电动锤将袖阀管9打入类矩形隧道钢筋混凝土管片8的注浆孔背后混凝土中，当袖阀管9注浆端头露出类矩形隧道钢筋混凝土管片8外部方向一定长度后，将袖阀管9的管口与类矩形隧道钢筋混凝土管片8的内环面进行固定及防水密封处理，之后将双向密封注浆芯管12套入袖阀管中心螺纹杆13，进一步旋转插入袖阀管9内直至双向密封注浆芯管12旋转到袖阀管9端头处；待盾尾脱出管片4-5环后，利用袖阀管9进行分段式注浆加固，袖阀管9上相邻组袖阀管射浆孔26的间距为一个注浆步距；

C．利用袖阀管9进行全断面注浆加固：将双向密封注浆芯管12的端尾管口通过注浆软管23与注浆泵相连接，然后打入注浆浆液11进行注浆，一段注浆过程完成后，卸下注浆软管23，利用袖阀管中心螺纹杆13反向旋转双向密封注浆芯管12直至移动双向密封注浆芯管12一个注浆步距的长度，然后卸下伸出类矩形隧道钢筋混凝土管片8的单节双向密封注浆芯管24；重复上述注浆操作过程直至注浆结束，取出双向密封注浆芯管12；

D．对注浆孔进行防水封堵及堵头封堵：待注浆浆液11初凝后，将单向密封芯管（为管壁上带有注浆孔的管状结构，图中未显示）套入袖阀管中心螺纹杆13，进一步旋转插入袖阀管9内直至单向密封芯管旋转到袖阀管9端头处，采用防水砂浆对单向密封芯管（图中未显示）的注浆孔内进行封堵，再利用注浆堵头对类矩形隧道钢筋混凝土管片8上每个注浆孔进行最终封堵；

（3）待注浆浆液11凝固并达到强度要求后，继续监测观察上方既有单圆隧道1和下方类矩形盾构隧道2的受力、变形情况，稳定后拆除既有单圆隧道1内的环向内张支撑钢环4，完成不同断面类型的上下交叉隧道施工。

在此具体实施例中，如图2所示，环向内张支撑钢环4由4节环向内张支撑钢环4分节7依次围成环形并焊接连接成一体，环向内张支撑钢环4分节7之间且位于既有单圆隧道1的上下侧的位置采用高强度连接螺栓5进行连接，环向内张支撑钢环4分节7之间且位于既有单圆隧道1的两侧的位置设置有用于调节整环环向内张支撑钢环4张紧力的扁平千斤顶6。在既有隧道腰部位置处采用安装两组扁平千斤顶6（液压千斤顶）进行调节，可使整环各节支撑钢环压紧并与单圆隧道钢筋混凝土管片3内表面紧密贴合形成叠合结构。环向内张支撑钢环4的外径与既有单圆隧道1的管片内径相同，

在此具体实施例中，非加固区域在盾构法施工时进行同步注浆加固，微加固区域通过注浆孔进行二次补浆加固。

在此具体实施例中，如图5、图6、图7、图8和图9所示，袖阀管9包括单向密封钢花管11，各组袖阀管射浆孔26在单向密封钢花管11打入土体长度范围内等间距设置，袖阀管射浆孔26外周套设有用于注浆时将单向密封钢花管11内外连通的双层橡皮单向阀套14，双层橡皮单向阀套14通过定位环圈15焊接在单向密封钢花管11上。每组袖阀管射浆孔26为8个，其中沿单向密封钢花管11环向均布4个且沿其径向均布两个。单向密封钢花管11露出管片端头处外壁通过连接螺纹19连接有环面呈L型的环形密封钢板22，环形密封钢板22通过密封螺栓20固定在类矩形隧道钢筋混凝土管片8上，环形密封钢板22与类矩形隧道钢筋混凝土管片8之间设置有环形止水密封垫21。双向密封注浆芯管12的下部固定有上、下两组环形密封圈16，双向密封注浆芯管12上且位于上组环形密封圈16与下组环形密封圈16之间开有用于连通双向密封注浆芯管12内外的注浆芯管注浆口25。上组环形密封圈16为3个裙边向下的密封圈，下组环形密封圈16为3个裙边向上的密封圈。单节双向密封注浆芯管24通过连接销栓17连接形成双向密封注浆芯管12由若干节，相邻的节单节双向密封注浆芯之间设置有环形止水密封条18。

上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种不同断面类型的上下交叉隧道施工方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）采用环向内张支撑钢环对既有单圆隧道的单圆隧道钢筋混凝土管片内环面进行洞内加固处理，然后采用盾构法对新建类矩形盾构隧道进行施工，同时对既有单圆隧道进行现场监测；其中既有单圆隧道健康状况检测位置为既有单圆隧道与位于其下方的类矩形盾构隧道交叉段位置处前后一定范围内；

（2）将新建类矩形盾构隧道的周围土体进行全断面注浆加固处理，依据类矩形盾构隧道与既有单圆隧道交叉段位置周围受影响程度，将类矩形盾构隧道的加固区域划分为非加固区域、微加固区域和强加固区域，其中强加固区域为类矩形盾构隧道穿越既有单圆隧道的前10环类矩形隧道钢筋混凝土管片至后20环类矩形隧道钢筋混凝土管片范围内；对于强加固区域，通过预埋一定长度的袖阀管，对新建类矩形盾构隧道周围土体进行深层加固，具体加固处理过程如下：

A. 电镐钻孔成孔：采用电镐将新建类矩形盾构隧道的强加固区域的各块类矩形隧道钢筋混凝土管片的注浆孔背后混凝土通开，并继续钻进成孔，成孔深度即为全断面注浆加固宽度；

B．完成袖阀管的组装、插入：对袖阀管的各节阀管进行检查，保证管口平整无收缩，内壁光滑，并依据全断面注浆加固宽度确定袖阀管节数并完成组装；采用电动锤将袖阀管打入类矩形隧道钢筋混凝土管片的注浆孔背后混凝土中，当袖阀管注浆端头露出类矩形隧道钢筋混凝土管片外部方向一定长度后，将袖阀管的管口与类矩形隧道钢筋混凝土管片的内环面进行固定及防水密封处理，之后将双向密封注浆芯管套入袖阀管中心螺纹杆，进一步旋转插入袖阀管内直至双向密封注浆芯管旋转到袖阀管端头处；待盾尾脱出管片4-5环后，利用袖阀管进行分段式注浆加固，袖阀管上相邻组袖阀管射浆孔的间距为一个注浆步距；

C．利用袖阀管进行全断面注浆加固：将双向密封注浆芯管的端尾管口通过注浆软管与注浆泵相连接，然后打入注浆浆液进行注浆，一段注浆过程完成后，卸下注浆软管，利用袖阀管中心螺纹杆反向旋转双向密封注浆芯管直至移动双向密封注浆芯管一个注浆步距的长度，然后卸下伸出类矩形隧道钢筋混凝土管片的单节双向密封注浆芯管；重复上述注浆操作过程直至注浆结束，取出双向密封注浆芯管；

D．对注浆孔进行防水封堵及堵头封堵：待注浆浆液初凝后，将单向密封芯管套入袖阀管中心螺纹杆，进一步旋转插入袖阀管内直至单向密封芯管旋转到袖阀管端头处，采用防水砂浆对注浆孔内进行封堵，再利用注浆堵头对类矩形隧道钢筋混凝土管片上每个注浆孔进行最终封堵；

（3）待注浆浆液凝固并达到强度要求后，继续监测观察上方既有单圆隧道和下方类矩形盾构隧道的受力、变形情况，稳定后拆除既有单圆隧道内的环向内张支撑钢环，完成不同断面类型的上下交叉隧道施工。

2.根据权利要求1所述的一种不同断面类型的上下交叉隧道施工方法，其特征在于：步骤（1）所述的环向内张支撑钢环由4节环向内张支撑钢环分节依次围成环形并焊接连接成一体，所述的环向内张支撑钢环分节之间且位于所述的既有单圆隧道的上下侧的位置采用高强度连接螺栓进行连接，所述的环向内张支撑钢环分节之间且位于所述的既有单圆隧道的两侧的位置设置有用于调节整环所述的环向内张支撑钢环张紧力的扁平千斤顶。

3.根据权利要求2所述的一种不同断面类型的上下交叉隧道施工方法，其特征在于：所述的环向内张支撑钢环的外径与所述的既有单圆隧道的管片内径相同。

4.根据权利要求1所述的一种不同断面类型的上下交叉隧道施工方法，其特征在于：步骤（2）所述的非加固区域在盾构法施工时进行同步注浆加固，所述的微加固区域通过注浆孔进行二次补浆加固。

5.根据权利要求1所述的一种不同断面类型的上下交叉隧道施工方法，其特征在于：步骤（2）所述的袖阀管包括单向密封钢花管，各组所述的袖阀管射浆孔在所述的单向密封钢花管打入土体长度范围内等间距设置，所述的袖阀管射浆孔外周套设有用于注浆时将所述的单向密封钢花管内外连通的双层橡皮单向阀套，所述的双层橡皮单向阀套通过定位环圈焊接在所述的单向密封钢花管上。

6.根据权利要求5所述的一种不同断面类型的上下交叉隧道施工方法，其特征在于：每组所述的袖阀管射浆孔为8个，其中沿所述的单向密封钢花管环向均布4个且沿其径向均布两个。

7.根据权利要求5所述的一种不同断面类型的上下交叉隧道施工方法，其特征在于：所述的单向密封钢花管露出管片端头处外壁通过连接螺纹连接有环面呈L型的环形密封钢板，所述的环形密封钢板通过密封螺栓固定在所述的类矩形隧道钢筋混凝土管片上，所述的环形密封钢板与所述的类矩形隧道钢筋混凝土管片之间设置有环形止水密封垫。

8.根据权利要求5所述的一种不同断面类型的上下交叉隧道施工方法，其特征在于：所述的双向密封注浆芯管的下部固定有上、下两组环形密封圈，所述的双向密封注浆芯管上且位于上组所述的环形密封圈与下组所述的环形密封圈之间开有用于连通所述的双向密封注浆芯管内外的注浆芯管注浆口。

9.根据权利要求8所述的一种不同断面类型的上下交叉隧道施工方法，其特征在于：上组所述的环形密封圈为3个裙边向下的密封圈，下组所述的环形密封圈为3个裙边向上的密封圈。

10.根据权利要求9所述的一种不同断面类型的上下交叉隧道施工方法，其特征在于：所述的单节双向密封注浆芯管通过连接销栓连接形成所述的双向密封注浆芯管由若干节，相邻的所述的节单节双向密封注浆芯之间设置有环形止水密封条。