CN109667601A - 一种玻璃纤维主筋洞门与钢套筒及偏轴线始发的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻璃纤维主筋洞门与钢套筒，包括围护结构和钢套筒，围护结构由混凝土制成，且围护结构的一侧设有与洞门施工位置一致的预埋件，围护结构内设有复合笼，钢套筒包括依次通过螺栓连接的前端板、腹板和后端板，其中前端板设有帘布，后端板通过螺栓与预埋件相连接。本发明还公开了一种玻璃纤维主筋洞门与钢套筒的偏轴线始发的施工方法。本发明采用玻璃纤维主筋洞门后，无需人工凿除洞门，土体全过程处于主动支撑状态，因此加固体的长度可缩短，节约土体加固费用，偏轴线始发的实现对盾构台车解体的减少，节约工期，可节约人工成本，免去了人工凿洞门噪音大、危险性高的作业工序，减少了施工作业对工地周边居民生活的影响。

Description

一种玻璃纤维主筋洞门与钢套筒及偏轴线始发的施工方法

技术领域

本发明涉及一种建筑结构及施工方法，具体涉及一种玻璃纤维主筋洞门与钢套筒及偏轴线始发的施工方法。

背景技术

盾构法是在地表以下土层或松软岩层中暗挖隧道的一种施工方法。盾构始发技术在整个施工过程中起到至关重要的作用，始发施工作业是最容易产生事故的工序，直接关系到盾构隧道能否顺利贯通。

常规的盾构始发及到达技术是指在盾构掘进前对洞门端头采取处理，加固软弱地层、洞门凿除、盾构始发及接收基座的设计加工、定位安装、支撑系统、洞门环的安设、盾构机组装与拆卸等措施，从而保证盾构施工能按照隧道设计轴线进行掘进及到达的施工技术。

盾构始发前需要对洞门端头进行加固，保证始发井的稳定性。盾构设备安装完成后，需要对洞门进行凿除，此时，容易产生涌水涌砂现象，必须尽快让盾构机顶到开挖面进行施工，保证临空面的土压平衡，防止安全事故的发生。以上的施工方法均需要采取措施保证洞门内挖的水土压力处于平衡状态，容易产生以下缺点：安全性较低，盾构始发前对洞门进行凿出，若不能尽快将盾构机顶到开挖面上，容易产生涌水涌砂事故；工序复杂，盾构始发之前需凿出封门材料，清理维护桩内的钢筋等；施工成本加大，如果洞口封门材料强度低，则不能起到挡土止水的效果，相反，如果加固材料过硬，洞门钢筋清理不干净，则会导致盾构机切削困难，对刀盘消耗损失巨大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种玻璃纤维主筋洞门与钢套筒及偏轴线始发的施工方法，以解决上述背景技术中所提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种玻璃纤维主筋洞门与钢套筒，其结构要点在于：包括围护结构和钢套筒，围护结构由混凝土制成，且围护结构的一侧设有与洞门施工位置一致的预埋件，纤维筋主筋制成的第二加固体，且钢筋主筋设于玻璃纤维主筋的两端，钢套筒包括依次通过螺栓连接的前端板、腹板和后端板，其中前端板设有帘布，后端板通过螺栓与预埋件相连接，且后端板靠近预埋件的一侧依次设有带密封胶条的压板。

作为优选的，钢筋主筋和玻璃纤维主筋通过U型螺栓搭接。

作为优选的，玻璃纤维主筋的直径大于钢筋主筋的直径。

作为优选的，第二加固体的宽度大于洞门的直径，第二加固体的宽度与洞门的直径之间的差值至少为50cm。

作为优选的，前端板沿周向均布有六个注浆球阀，且注浆球阀的直径为6-7cm。

一种玻璃纤维主筋洞门与钢套筒的偏轴线始发的施工方法，其特征在于：施工方法包括如下步骤：

S1：围护结构安装，钢筋主筋和玻璃纤维主筋通过U型螺栓搭接制成复合笼，其中玻璃纤维主筋间设有钢筋桁架，将复合笼放置连续墙槽内，除去钢筋桁架，浇筑混凝土，得到围护结构，开挖至洞门施工位置，并在围护结构上设置预埋件；

S2：钢套筒组装，根据洞门的大小设计和制作钢套筒的前端板、腹板和后端板，进行钢套筒的现场拼接，在前端板上安装帘布；

S3：隧道偏轴线始发路线设计，偏轴线设计主要受隧道验收与使用允许偏差量a、盾构通过帘布最大允许偏差量b、盾构转弯能力R以及台车与盾体最大允许夹角δ来共同确定，其中隧道验收与使用允许偏差量a的最大值为50mm，盾构通过帘布最大允许偏差量b的最大值为50mm；

S4：钢套筒安装，根据偏轴线始发路线的需要，后端板与预埋件进行偏心连接，同时需要对后端板与预埋件之间进行密封性修补，完成钢套筒安装；

S5：铺设轨道，盾构安装、调试，进行盾构始发施工。

与现有技术相比，本发明从工程实际效果(造价等)上，与传统端头加固加人工凿除洞门法相比，本方法对端头加固的强度及土体渗透性要求较低，且无需人工凿除洞门，经济效益明显，一般地，始发端头加固长度不少于6m，主要考虑洞门人工凿除后加固体在无筋作用下对侧向土压力的抵抗能力，采用玻璃纤维主筋洞门后，无需人工凿除洞门，土体全过程处于主动支撑状态，因此加固体的长度可缩短，节约土体加固费用。

偏轴线始发的经济效益主要体现在对盾构台车解体的减少与恢复的人工、材料及工期节省上，直接成本体现较少，估计节约工期5天-10天，则可节约人工成本约15万元。

通过本方法的实施，免去了人工凿洞门噪音大、危险性高的作业工序，减少了施工作业对工地周边居民生活的影响，且端头加固需要达到的效果降低，降低了工程造价，有利于盾构施工向安全、文明、经济方向发展。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的钢筋主筋和玻璃纤维主筋的连接示意图；

图3为本发明的施工流程；

图中：1-围护结构，2-钢套筒，3-预埋件，4-钢筋主筋，5-第一加固体，6-玻璃纤维主筋，7-第二加固体，8-前端板，9-腹板，10-后端板，11-帘布，12-密封胶条，13-压板，14-注浆球阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的解释说明，但不限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案，一种玻璃纤维主筋洞门与钢套筒，包括围护结构1和钢套筒2，所述的围护结构由混凝土制成，且围护结构的一侧设有与洞门施工位置一致的预埋件3，所述的围护结构1内设有复合笼，复合笼包括由钢筋主筋4制成的第一加固体5和由玻璃纤维主筋6制成的第二加固体7，且钢筋主筋4设于玻璃纤维主筋6的两端，所述的钢套筒2包括依次通过螺栓连接的前端板8、腹板9和后端板10，其中前端板8设有帘布11，后端板10通过螺栓与预埋件3相连接，且后端板10靠近预埋件3的一侧依次设有带密封胶条12的压板13。

玻璃纤维主筋6是以合成树脂及辅助剂为基本材料，以玻璃纤维为增强材料，经拉挤牵引成型的一种新型复合材料，与钢筋主筋4相比，玻璃纤维主筋6具有以下特点：

1)抗拉强度高于钢筋主筋4，受拉破坏为脆性破坏；

2)抗剪强度主要取决于树脂能力，其抗剪强度一般很低；

3)抗拉弹性模量一般很低，为一般钢筋的1/4，抗压弹性模量小于抗拉弹性模量；

4)具有良好的电、磁绝缘性，适合用在需考虑电磁影响的混凝土构件中；

5)对氯离子及其他化学腐蚀具有很好的抵抗能力；

6)具有优良的抗徐变、抗疲劳能力。

其中，在本实施例中，所述的钢筋主筋4和玻璃纤维主筋6通过U型螺栓搭接。

其中，在本实施例中，所述的玻璃纤维主筋6的直径大于钢筋主筋4的直径。

玻璃纤维主筋6使用比钢筋主筋4至少大一级的玻璃纤维主筋6对其进行替换，如钢筋主筋4采用28mm，则玻璃纤维主筋6至少采用32mm。洞门连续墙范围内的玻璃纤维主筋6与洞门范围外连续墙内的钢筋主筋4采用搭接方式进行连接，搭接长度不小于40D，搭接方式为25mmU型螺栓连接。

其中，在本实施例中，所述的第二加固体7的宽度大于洞门的直径，第二加固体7的宽度与洞门的直径之间的差值至少为50cm。为了确保洞门范围内无钢筋主筋4，考虑吊装精度，玻璃纤维主筋6制作应留有一定富余量，沿洞门圆半径方向各+25cm。

盾构机直接切削玻璃纤维主筋6洞门需配合洞门延长钢套筒2，安装钢套筒2后，为盾构机刀盘的旋转提供了充足的空间，保证了刀盘旋转时，不致刮坏洞门帘布11，盾构未切削洞门，帘布11已经密封包裹住盾体。

其中，在本实施例中，所述的前端板8沿周向均布有六个注浆球阀14，且注浆球阀14的直径为6-7cm。

洞门延长段钢套筒2在生产制作时，预留了6处直径2寸的注浆球阀14，方便在盾构机进行始发掘进时，注浆管路直接连接注浆球阀14，向钢套筒2内注双液浆封堵帘布11漏水，注浆封堵后同时有利于仓内土压力的建立。

钢套筒2注浆堵漏分为盾构机通过前封堵和通过后封堵两个阶段。如盾体通过帘布11时，洞门密封有较大的涌沙情况，则通过注浆孔注入高浓度的膨润土泥浆、衡盾泥、克泥效等具有一定塑性的非凝固型材料，起到减缓涌沙的作用。盾构通过后，帘布11对管片的包裹能力次于对盾体的包裹能力，更容易漏泥漏沙，此时应通过钢套筒2的注浆孔注入速凝的浆液，一般为水泥-水玻璃双液浆，浆液控制初凝时间20～30s为宜。注浆时，水泥浆会从泄压点流出，此时应间歇性注浆，直至洞门封堵完成，如涌沙较大，则应通过多点注浆进行封堵。

请参阅图3，本发明提供一种技术方案，一种玻璃纤维主筋洞门与钢套筒的偏轴线始发的施工方法，所述的施工方法包括如下步骤：

S1：围护结构1安装，钢筋主筋4和玻璃纤维主筋6通过U型螺栓搭接制成复合笼，其中玻璃纤维主筋6间设有钢筋桁架，将复合笼放置连续墙槽内，除去钢筋桁架，浇筑混凝土，得到围护结构，开挖至洞门施工位置，并在围护结构上设置预埋件3；复合笼在起吊时，玻璃纤维主筋6段容易弯折，因此加工复合笼时，应保留玻璃纤维主筋6内的钢筋桁架。复合笼下笼时，首先抬吊将复合笼起吊垂直，按正常下笼至玻璃纤维主筋6下接头处，割断洞门范围内的桁架筋，继续下笼2m，割断并取出洞门范围桁架筋，依次割除4次，直到下龙至玻璃纤维主筋6上接头，把洞门范围内的桁架钢筋全部取出，之后继续下笼至指定深度。连续墙混凝土按正常施工工艺进行浇筑。

S2：钢套筒2组装，根据洞门的大小设计和制作钢套筒2的前端板8、腹板9和后端板10，进行钢套筒2的现场拼接，在前端板8上安装帘布11。

钢套筒2内径D：满足盾构始发及安装误差要求，内径一般比盾构机直径大200mm～300mm，宜与车站结构洞门大小一致。如本实施例中盾构机开挖直径6280mm，洞门与钢套筒2内径均为6500mm，比盾构开挖直径大220mm。

钢套筒2最小长度Lmin：钢套筒2最小长度应满足刀盘初始切割洞门时，帘布11离开刀盘并处于前盾最前端。

Lmin＝L1+L2+L3-L

式中：L1——刀具最前端至前盾切口环的距离，本实施例中盾构机为750mm；

L2——帘布11进入洞门的长度，本实施例中为480mm；

L3——刀盘起转的安全距离，一般取100mm

L——端头主体结构厚度，本实施例中为800mm

从上述数据可以计算出本实施例中Lmin为530mm。

钢套筒2合理长度Ls：钢套筒2合理长度是根据工程实际而确定的，理论上来讲，钢套筒2越长越安全，但钢套筒2过长会侵占盾构机安装空间，其本身加工、安装也更加困难。本实施例中考虑车站底板洞门处集水沟、洞门上部结构框梁等影响，为方便安装，选择Ls为1000mm。

钢套筒2安装形式：钢套筒2直径较大，在工厂内加工后，整环运输不现实，因此需要分副，为保证安装后钢套筒2的圆度，分副按尽量少的原则进行。考虑运输车辆的宽度，将钢套筒2分成三幅，每副接头处设置接头钢板，用螺栓进行连接。钢套筒2的另一重要安装位置是与车站结构洞门预埋件3进行对接。一般对接时，在钢套筒2前端设置与洞门预埋件3一致的开孔采用螺栓连接，但钢套筒2作为周转设施，常常与洞门预埋件3开孔不能一一对应，导致安装困难，为避免这种情况的发生，工程将钢套筒2与洞门连接设计为压板形式，利用均布的压板13将钢套筒2压紧在洞门上，可避开对孔难的问题。

钢套筒2接头密封：钢套筒2接头采用水涨型密封胶条12，钢套筒2安装完成后，打水使胶条膨胀。钢套筒2与洞门预埋件缝隙较大的地方，用玻璃胶打满，注入深度不小于50mm。

S3：隧道偏轴线始发路线设计，偏轴线设计主要受隧道验收与使用允许偏差量a、盾构通过帘布最大允许偏差量b、盾构转弯能力R以及台车与盾体最大允许夹角δ来共同确定，其中隧道验收与使用允许偏差量a的最大值为50mm，盾构通过帘布最大允许偏差量b的最大值为50mm。

偏轴线始发工艺是在盾构装机时，台车空间受到车站结构限制，利用台车转弯灵活，隧道限空具有一定变动空间的特性，设置一条与设计轴线偏离或成夹角的始发轴线，来避免或减少台车的改造。轴线设计主要受隧道验收与使用允许偏差量a、盾构通过帘布最大允许偏差量b、盾构转弯能力R以及台车与盾体最大允许夹角δ来共同确定。

隧道验收与使用允许偏差量a：根据地铁验收规范，盾构施工允许水平偏差±50mm，验收允许水平偏差±100mm，电力、水工隧道参照相应规范。因此应控制始发段隧道最大偏差不大于100mm，轴线设计时，考虑施工偏差，应按50mm进行考虑。即考虑盾构偏转后纠偏曲线最大设计偏离值为50mm。

盾构通过帘布最大允许偏差量b：该值主要考虑盾构能否成功进入洞门，洞门直径6500mm，盾构直径6280mm时，间隙为110mm，扣除帘布11与压板13厚度40mm以及折叠需要的空间20mm，一般考虑b最大值为50mm，考虑安装偏差，一般按30mm设计轴线。

盾构转弯能力R：偏轴线始发时，盾构在具备转弯能力时，就必须立即纠偏，该纠偏能力由盾构机转弯能力确定，利用该能力设置圆曲线使得盾构回归设计轴线。

假设盾构转弯能力为250m，则在50mm限值内计算纠偏曲线长度(弦长)

λ＝2×【2502-(250-0.05)2】0.5＝10m

因此，隧道内最大偏差值设计位置应在连续墙往前10m左右的位置。

台车与盾体最大允许夹角δ：台车与盾体通过桥架进行连接，转弯能力较强。

偏轴线始发同曲线始发一样，一般在洞门施工前就拟合出始发轴线，然后将洞门向轴线一侧偏移来减小b的值(绝对值)，最佳方案是使得帘布圆心处于始发轴线上。

工程实际中，车站结构施工时，盾构机未定、专业技术人员未提前进场或筹划疏忽等原因导致洞门施工未考虑始发需求，按实际洞门中心放样施工，在此情况下，b值无法改良。增设延长钢套筒2后，则可以通过偏心安装钢套筒2来达到减小b值的目的，即将钢套筒2向对应位置始发轴线方向偏移，使得钢套筒2中心与始发轴线重合，来达到偏移洞门相同的效果。

洞门偏移可以使得盾构机更好的对中进入洞门，防止帘布11一侧松一侧紧，盾构始发出洞更加安全可靠。

S4：钢套筒2安装，根据偏轴线始发路线的需要，后端板10与预埋件3进行偏心连接，同时需要对后端板10与预埋件3之间进行密封性修补，完成钢套筒2安装。

安装注意事项：

1)地面拼装时，接缝处应压入密封胶条，并将螺栓打紧；

2)地面拼装完成后分幅之间增焊支撑防止变形；

3)起吊时应按设定的吊带吊装；

4)洞门新开孔应速度慢，施工时共钻孔12个均匀分布，用于压紧钢套筒2，其余压板13可焊接在预埋件3上，用于加强固定钢套筒2。

5)钢套筒2固定前，应测量计算中心坐标，有偏差的要先调整后固定。

6)钢套筒2安装完成后，在末端下部设置两道立柱(H20)钢支撑撑在底板上，防止盾构重力将钢套筒压脱导致始发失败。

7)洞门预埋件不再同一个竖平面内，导致钢套筒2接缝有空隙的，应在空隙中填焊钢板，并用图纸记录好焊接过的位置，以便拆除时找点割除。

S5：铺设轨道，盾构安装、调试，进行盾构始发施工。

本发明从工程实际效果(造价等)上，与传统端头加固加人工凿除洞门法相比，本方法对端头加固的强度及土体渗透性要求较低，且无需人工凿除洞门，经济效益明显，一般地，始发端头加固长度不少于6m，主要考虑洞门人工凿除后加固体在无筋作用下对侧向土压力的抵抗能力，采用玻璃纤维主筋洞门后，无需人工凿除洞门，土体全过程处于主动支撑状态，因此加固体的长度可缩短，节约土体加固费用。

偏轴线始发的经济效益主要体现在对盾构台车解体的减少与恢复的人工、材料及工期节省上，直接成本体现较少，估计节约工期5天-10天，则可节约人工成本约15万元。

通过本方法的实施，免去了人工凿洞门噪音大、危险性高的作业工序，减少了施工作业对工地周边居民生活的影响，且端头加固需要达到的效果降低，降低了工程造价，有利于盾构施工向安全、文明、经济方向发展。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种玻璃纤维主筋洞门与钢套筒，其特征在于：包括围护结构和钢套筒，所述的围护结构由混凝土制成，且围护结构的一侧设有与洞门施工位置一致的预埋件，所述的围护结构内设有复合笼，复合笼包括由钢筋主筋制成的第一加固体和由玻璃纤维主筋制成的第二加固体，且钢筋主筋设于玻璃纤维主筋的两端，所述的钢套筒包括依次通过螺栓连接的前端板、腹板和后端板，其中前端板设有帘布，后端板通过螺栓与预埋件相连接，且后端板靠近预埋件的一侧依次设有带密封胶条的压板。

2.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维主筋洞门与钢套筒及偏轴线始发的施工方法，其特征在于：所述的钢筋主筋和玻璃纤维主筋通过U型螺栓搭接。

3.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维主筋洞门与钢套筒及偏轴线始发的施工方法，其特征在于：所述的玻璃纤维主筋的直径大于钢筋主筋的直径。

4.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维主筋洞门与钢套筒及偏轴线始发的施工方法，其特征在于：所述的第二加固体的宽度大于洞门的直径，第二加固体的宽度与洞门的直径之间的差值至少为50cm。

5.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维主筋洞门与钢套筒及偏轴线始发的施工方法，其特征在于：所述的前端板沿周向均布有六个注浆球阀，且注浆球阀的直径为6-7cm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种玻璃纤维主筋洞门与钢套筒的偏轴线始发的施工方法，其特征在于：所述的施工方法包括如下步骤：

S1：围护结构安装，钢筋主筋和玻璃纤维主筋通过U型螺栓搭接制成复合笼，其中玻璃纤维主筋间设有钢筋桁架，将复合笼放置连续墙槽内，除去钢筋桁架，浇筑混凝土，得到围护结构，开挖至洞门施工位置，并在围护结构上设置预埋件；

S2：钢套筒组装，根据洞门的大小设计和制作钢套筒的前端板、腹板和后端板，进行钢套筒的现场拼接，在前端板上安装帘布；

S3：隧道偏轴线始发路线设计，偏轴线设计主要受隧道验收与使用允许偏差量a、盾构通过帘布最大允许偏差量b、盾构转弯能力R以及台车与盾体最大允许夹角δ来共同确定，其中隧道验收与使用允许偏差量a的最大值为50mm，盾构通过帘布最大允许偏差量b的最大值为50mm；

S4：钢套筒安装，根据偏轴线始发路线的需要，后端板与预埋件进行偏心连接，同时需要对后端板与预埋件之间进行密封性修补，完成钢套筒安装；

S5：铺设轨道，盾构安装、调试，进行盾构始发施工。