CN110017145B - 一种海域盾构矿山交接隧道洞内连接接头及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种海域盾构矿山交接隧道洞内连接接头及其施工方法，包括矿山段加强圈梁、盾壳复合式衬砌、盾构段加强圈梁、盾构段加强衬砌；所述矿山段加强圈梁、盾壳复合式衬砌、盾构段加强圈梁、盾构段加强衬砌依次固定连接为整体。预设矿山盾构交接点位置；进行正常盾构法段的暗挖施工。进入预定交接段确认和加固围岩，拆解盾构机，留置机壳钢板。进行矿山法段施工；分段浇筑矿山法段、盾壳复合式衬砌、盾构加强段衬砌各段结构，同时结构拱部预埋注浆管。本发明确保施工的安全和实现接头良好的防水性能，结构形式和工法工艺简单，结构受力合理，施工方便快捷，且可自主在水下和矿山法实施洞内连接，拓展了海底隧道施工方法型式，施工风险低。
Description
技术领域
本发明属于城市轨道交通工程技术领域，特别涉及一种海域盾构矿山交接隧道洞内连接接头及其施工方法。
背景技术
海底隧道作为一种对环境影响小、防灾能力强的通道方式被越来越多的采用。但海域段地质条件差别较大时，可能采用盾构法、矿山法的组合形式，软弱地层采用盾构法，硬岩地层采用矿山法，利用不同工法的优势完成整条海底隧道。
长距离穿越水域的隧道建设风险大，海域隧道一般根据地质、功能等条件经详细论证后选择一种施工方法，如矿山法、盾构法或者沉管法。但不同工法都有各自的适应性，长距离穿越海域或者水域时地质和周边环境变化大，可能很难采用一种工法完成长距离的水下隧道。采用不同工法如矿山盾构组合施工海域隧道时，其连接接头结构就是一个关键问题，目前尚未有在海域中部实现不同工法连接接头的文献报道。
盾构法作为成熟安全的施工方法在水下隧道广泛采用，由于其使用大型机械，灵活性较差。工程现状盾构法和矿山法隧道连接接头方式一般有两种，一是通过明挖竖井过渡，二是矿山法先行施工扩大断面，形成接收空间连接盾构法区间。第一种竖井过渡在海域没有条件设置；第二种先施工矿山法区间需要协调两种工法的工期，存在如下缺点：
1、盾构段接头施工必须等待矿山法先行施工完毕后才能施工；
2、盾构法需要空推步进通过矿山法区间，矿山法断面需加大和拼装管片，增加投资；同时若矿山法区段较长，进一步影响整个工程的工期和施工质量；
3、在海域设置大型接收洞室和空推盾构施工风险高；
4、海域接头防水性能差，若一旦地下水封堵出现失误，会发生涌水造成灾难性事故。
因此，结合盾构机械和结构处理，为保证施工组织顺畅，提高接头防水性能，减小施工风险，提出一种由盾壳复合式衬砌及两端加强圈梁的洞内连接接头结构，实现盾构工法自身处理接头，不影响也不需要外部接收洞室。
发明内容
本发明针对现有技术中传统矿山法和盾构法隧道连接接头结构在海底隧道中存在的技术问题，提供一种海域盾构矿山交接隧道洞内连接接头及其施工方法，不需矿山法段提供接收洞室，确保两种工法隧道对接施工的安全和实现接头良好的防水性能，结构形式和工法工艺简单，结构受力合理，施工方便快捷，且可自主在水下和矿山法实施洞内连接，拓展了海底隧道施工方法型式，施工风险低。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种海域盾构矿山交接隧道洞内连接接头，包括矿山段加强圈梁(1)、盾壳复合式衬砌、盾构段加强圈梁(9)、盾构段加强衬砌；所述矿山段加强圈梁(1)、盾壳复合式衬砌、盾构段加强圈梁(9)、盾构段加强衬砌依次固定连接为整体；形成洞内连接接头结构，利用自解体的盾构机盾壳，无需其他扩大洞室。
所述盾壳复合式衬砌包括模筑衬砌结构(2)、柔性防水层(3)、找平层(4)、盾构机壳钢板(5)、填充层(6)；所述填充层(6)设置于隧道开挖轮廓和盾构机壳钢板(5)之间，采用微膨胀水泥浆；所述找平层(4)设于盾构机壳钢板(5)内侧，采用网喷混凝土；所述柔性防水层(3)设于找平层(4)内侧；所述模筑衬砌结构(2)设于柔性防水层(3)的内侧。盾壳复合式衬砌中，盾构机壳钢板5为接收后的盾构机的外壳，埋置于后续模筑衬砌结构之内；
所述盾构机壳钢板(5)两侧分别固定设有排状锁脚锚杆(8)，固定盾壳防止转动，采用直径32mm小导管注浆或直径25mm锚杆，注浆浆液采用水泥水玻璃双液浆；所述盾构机壳钢板(5)中部设有超前注浆孔(7)，注浆加固刀盘前方围岩。超前注浆孔(7)设置在盾构机外壳上，同时可以超前探测掌子面前方围岩；
所述盾壳复合式衬砌与正常矿山法段之间采用矿山段加强圈梁(1)连接；矿山段加强圈梁1采用钢筋混凝土结构，与矿山段二次衬砌、盾壳复合式衬砌中的模筑衬砌同时浇筑；
所述盾构段加强衬砌包括盾构管片(10)、加强模筑衬砌结构(12)；所述加强模筑衬砌结构(12)紧贴设置于盾构管片(10)的内部；
所述盾壳复合式衬砌与盾构段加强衬砌之间采用盾构段加强圈梁(9)连接。
作为优选，所述模筑衬砌结构(2)为钢筋混凝土结构，为圆环形结构，结构厚度400～600mm。
作为优选，所述盾构管片(10)为预制钢筋混凝土结构，盾构机施工时进行拼装安装形成圆形断面，厚度350mm，每环每块管片上均设置背后注浆装置，并设有注浆管(11)。
作为优选，所述盾壳复合式衬砌与盾构段加强衬砌的各层叠合结构之间通过注浆管(11)连通，加强注浆填充，保证结合密实可靠。
作为优选，所述加强模筑衬砌结构(12)为钢筋混凝土结构，厚度250mm，纵向长度不小于1.5倍的盾构外径。
作为优选，所述盾构段加强圈梁(9)断面高度覆盖盾构段加强衬砌中盾构管片。
(10)和加强模筑衬砌结构(12)，使得盾壳复合式衬砌与盾构段加强衬砌实现平顺连接。
一种海域盾构矿山交接隧道洞内连接接头的施工方法，包括以下步骤：
(a)按设计图纸放线定位，预设矿山盾构交接点位置；
(b)进行正常盾构法段的暗挖施工，拼装盾构管片，加强同步注浆和进行二次及多次注浆；进入预定交接段加强同步注浆，利用管片背后注浆装置进行二次及多次注浆，保证管片背后与围岩密贴；
(c)施做盾构机壳中部超前注浆孔，确认和加固刀盘前方围岩；对正常盾构法段范围内的管片衬砌背后注浆进行检查，确保封堵地下水效果后，拆解盾构机，内部各机型设备由已建成的区间运出洞外，将盾构机壳钢板留置在洞中；
(d)依次施工盾壳锁脚锚、盾壳钢板后注浆填充层、盾壳钢板内网喷混凝土找平层，铺设柔性防水层；
(e)进行矿山法段开挖和初期支护施工；暗挖矿山法段开挖施工时应严格控制开挖进尺不大于1榀格栅钢架间距，及时封闭成环；矿山法段的每步开挖的台阶长度为3～5m，上层开挖间歇时间较长时、采用5cm厚喷射混凝土封闭掌子面；岩质地层施工时采取弱爆破，软弱地层施工时可设置临时仰拱控制变形；同时加强隧道变形监测；
(f)分段浇筑矿山法段、盾壳复合式衬砌、盾构加强段衬砌各段模筑衬砌结构，包括矿山段加强圈梁和盾构段加强圈梁，顺向连接形成整体洞内连接接头结构；采用模板台车模筑钢筋混凝土，厚度250～600mm；
(g)同时在各分段模筑衬砌结构二衬拱部预埋注浆管，进行二衬背后注浆，保证二衬背后填充密实，至此形成海域盾构矿山交接隧道洞内连接接头结构。
作为优选，步骤(b)中，盾构管片内径5.5m、外径6.2m，厚度350mm。
作为优选，步骤(c)中，超前注浆孔深8～12m。
作为优选，步骤(f)中，模筑衬砌长度每段为9～12m。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
1、实现盾构法隧道与矿山法隧道在海域的连接，拓展海底隧道施工方法型式；
2、盾构法和矿山法段连接可以直接在盾构隧道端洞内独立完成，不需设置其他扩大洞室，结构支护体系简单，施工组织顺畅；
3、工法工艺简单、操作方便，利用盾壳和多道加强结构，施工风险小，防水效果好，接头安全可靠。
附图说明
图1为本发明的纵向布置结构示意图；
图2为本发明的盾壳复合式衬砌断面示意图；
图3为本发明的盾构段加强衬砌断面示意图。
图中1-矿山段加强圈梁，2-模筑衬砌结构，3-柔性防水层，4-找平层，5-盾构机壳钢板，6-填充层，7-超前注浆孔，8-锁脚锚杆，9-盾构段加强圈梁，10-盾构管片，11-注浆管，12-加强模筑衬砌结构，13-正常矿山法段。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
本发明的实施例公开了一种海域盾构矿山交接隧道洞内连接接头及其施工方法，如图所示，其包括矿山段加强圈梁(1)、盾壳复合式衬砌、盾构段加强圈梁(9)、盾构段加强衬砌；矿山段加强圈梁(1)、盾壳复合式衬砌、盾构段加强圈梁(9)、盾构段加强衬砌依次固定连接为整体；形成洞内连接接头结构，利用自解体的盾构机盾壳，无需其他扩大洞室。
盾壳复合式衬砌包括模筑衬砌结构(2)、柔性防水层(3)、找平层(4)、盾构机壳钢板(5)、填充层(6)；填充层(6)设置于隧道开挖轮廓和盾构机壳钢板(5)之间，采用微膨胀水泥浆；找平层(4)设于盾构机壳钢板(5)内侧，采用网喷混凝土；柔性防水层(3)设于找平层(4)内侧；模筑衬砌结构(2)设于柔性防水层(3)的内侧。盾壳复合式衬砌中，盾构机壳钢板5为接收后的盾构机的外壳，埋置于后续模筑衬砌结构之内；
盾构机壳钢板(5)两侧分别固定设有排状锁脚锚杆(8)，固定盾壳防止转动，采用直径32mm小导管注浆或直径25mm锚杆，注浆浆液采用水泥水玻璃双液浆；盾构机壳钢板(5)中部设有超前注浆孔(7)，注浆加固刀盘前方围岩。超前注浆孔(7)设置在盾构机外壳上，同时可以超前探测掌子面前方围岩；
盾壳复合式衬砌与正常矿山法段之间采用矿山段加强圈梁(1)连接；矿山段加强圈梁1采用钢筋混凝土结构，与矿山段二次衬砌、盾壳复合式衬砌中的模筑衬砌同时浇筑；
盾构段加强衬砌包括盾构管片(10)、加强模筑衬砌结构(12)；加强模筑衬砌结构(12)紧贴设置于盾构管片(10)的内部；
盾壳复合式衬砌与盾构段加强衬砌之间采用盾构段加强圈梁(9)连接。
本实施例中，模筑衬砌结构(2)为钢筋混凝土结构，为圆环形结构，结构厚度400～600mm。
本实施例中，盾构管片(10)为预制钢筋混凝土结构，盾构机施工时进行拼装安装形成圆形断面，厚度350mm，每环每块管片上均设置背后注浆装置，并设有注浆管(11)。
本实施例中，盾壳复合式衬砌与盾构段加强衬砌的各层叠合结构之间通过注浆管(11)连通，加强注浆填充，保证结合密实可靠。
本实施例中，加强模筑衬砌结构(12)为钢筋混凝土结构，厚度250mm，纵向长度不小于1.5倍的盾构外径。
本实施例中，盾构段加强圈梁(9)断面高度覆盖盾构段加强衬砌中盾构管片(10)和加强模筑衬砌结构(12)，使得盾壳复合式衬砌与盾构段加强衬砌实现平顺连接。
一种海域盾构矿山交接隧道洞内连接接头的施工方法，包括以下步骤：
(a)按设计图纸放线定位，预设矿山盾构交接点位置；
(b)进行正常盾构法段的暗挖施工，拼装盾构管片，加强同步注浆和进行二次及多次注浆；进入预定交接段加强同步注浆，利用管片背后注浆装置进行二次及多次注浆，保证管片背后与围岩密贴；
(c)施做盾构机壳中部超前注浆孔，确认和加固刀盘前方围岩；对正常盾构法段范围内的管片衬砌背后注浆进行检查，确保封堵地下水效果后，拆解盾构机，内部各机型设备由已建成的区间运出洞外，将盾构机壳钢板留置在洞中；
(d)依次施工盾壳锁脚锚、盾壳钢板后注浆填充层、盾壳钢板内网喷混凝土找平层，铺设柔性防水层；
(e)进行矿山法段开挖和初期支护施工；暗挖矿山法段开挖施工时应严格控制开挖进尺不大于1榀格栅钢架间距，及时封闭成环；矿山法段的每步开挖的台阶长度为3～5m，上层开挖间歇时间较长时、采用5cm厚喷射混凝土封闭掌子面；岩质地层施工时采取弱爆破，软弱地层施工时可设置临时仰拱控制变形；同时加强隧道变形监测；
(f)分段浇筑矿山法段、盾壳复合式衬砌、盾构加强段衬砌各段模筑衬砌结构，包括矿山段加强圈梁和盾构段加强圈梁，顺向连接形成整体洞内连接接头结构；采用模板台车模筑钢筋混凝土，厚度250～600mm；
(g)同时在各分段模筑衬砌结构二衬拱部预埋注浆管，进行二衬背后注浆，保证二衬背后填充密实，至此形成海域盾构矿山交接隧道洞内连接接头结构。
本实施例中，步骤(b)中，盾构管片内径5.5m、外径6.2m，厚度350mm。
本实施例中，步骤(c)中，超前注浆孔深8～12m。
本实施例中，步骤(f)中，模筑衬砌长度每段为9～12m。
本实施例能够实现海域矿山法和盾构法两种隧道的安全连接，保证接头良好的防水性能，盾构可以自行接收，不需要额外辅助洞室。
本实施例适用于过海区间岩质地层暗挖矿山法和盾构隧道交接处的接头施工。暗挖矿山法段施工接近盾构停机掌子面100m范围内严格控制进尺，采用控制爆破施工，同时对盾构管片采用覆盖减震措施。
以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范围之内。应当注意，为了清楚的进行表述，本发明的说明中省略了部分与本发明的保护范围无直接明显的关联但本领域技术人员已知的部件和处理的表述。
Claims (7)
1.一种海域盾构矿山交接隧道洞内连接接头，其特征在于，包括矿山段加强圈梁(1)、盾壳复合式衬砌、盾构段加强圈梁(9)、盾构段加强衬砌；所述矿山段加强圈梁(1)、盾壳复合式衬砌、盾构段加强圈梁(9)、盾构段加强衬砌依次固定连接为整体；
所述盾壳复合式衬砌包括模筑衬砌结构(2)、柔性防水层(3)、找平层(4)、盾构机壳钢板(5)、填充层(6)；所述填充层(6)设置于隧道开挖轮廓和盾构机壳钢板(5)之间；所述找平层(4)设于盾构机壳钢板(5)内侧；所述柔性防水层(3)设于找平层(4)内侧；所述模筑衬砌结构(2)设于柔性防水层(3)的内侧；
所述盾构机壳钢板(5)两侧分别固定设有排状锁脚锚杆(8)；所述盾构机壳钢板(5)中部设有超前注浆孔(7)；
所述盾壳复合式衬砌与正常矿山法段之间采用矿山段加强圈梁(1)连接；
所述盾构段加强衬砌包括盾构管片(10)、加强模筑衬砌结构(12)；所述加强模筑衬砌结构(12)紧贴设置于盾构管片(10)的内部；
所述盾壳复合式衬砌与盾构段加强衬砌之间采用盾构段加强圈梁(9)连接；
所述模筑衬砌结构(2)为钢筋混凝土结构，为圆环形结构，结构厚度400～600mm；
所述盾构管片(10)为预制钢筋混凝土结构，圆形断面，厚度350mm,每环每块管片上均设置背后注浆装置，并设有注浆管(11)；
所述盾构段加强圈梁(9)断面高度覆盖盾构段加强衬砌中盾构管片(10)和加强模筑衬砌结构(12)。
2.根据权利要求1所述的一种海域盾构矿山交接隧道洞内连接接头，其特征在于，所述盾壳复合式衬砌与盾构段加强衬砌的各层叠合结构之间通过注浆管(11)连通。
3.根据权利要求1所述的一种海域盾构矿山交接隧道洞内连接接头，其特征在于，所述加强模筑衬砌结构(12)为钢筋混凝土结构，厚度250mm，纵向长度不小于1.5倍的盾构外径。
4.一种海域盾构矿山交接隧道洞内连接接头的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)按设计图纸放线定位，预设矿山盾构交接点位置；
(b)进行正常盾构法段的暗挖施工，拼装盾构管片，加强同步注浆和进行二次及多次注浆；进入预定交接段加强同步注浆，利用管片背后注浆装置进行二次及多次注浆，保证管片背后与围岩密贴；
(c)施做盾构机壳中部超前注浆孔，确认和加固刀盘前方围岩；对正常盾构法段范围内的管片衬砌背后注浆进行检查，确保封堵地下水效果后，拆解盾构机，内部各机型设备由已建成的区间运出洞外，将盾构机壳钢板留置在洞中；
(d)依次施工盾壳锁脚锚、盾壳钢板后注浆填充层、盾壳钢板内网喷混凝土找平层，铺设柔性防水层；
(e)进行矿山法段开挖和初期支护施工；暗挖矿山法段开挖施工时应严格控制开挖进尺不大于1榀格栅钢架间距，及时封闭成环；矿山法段的每步开挖的台阶长度为3～5m，上层开挖间歇时间较长时、采用5cm厚喷射混凝土封闭掌子面；岩质地层施工时采取弱爆破，软弱地层施工时设置临时仰拱控制变形；同时加强隧道变形监测；
(f)分段浇筑矿山法段、盾壳复合式衬砌、盾构加强段衬砌各段模筑衬砌结构，包括矿山段加强圈梁和盾构段加强圈梁，顺向连接形成整体洞内连接接头结构；采用模板台车模筑钢筋混凝土，厚度250～600mm；
(g)同时在各分段模筑衬砌结构二衬拱部预埋注浆管，进行二衬背后注浆，保证二衬背后填充密实，至此形成海域盾构矿山交接隧道洞内连接接头结构。
5.根据权利要求4所述的一种海域盾构矿山交接隧道洞内连接接头的施工方法，其特征在于，步骤(b)中，盾构管片内径5.5m、外径6.2m，厚度350mm。
6.根据权利要求4所述的一种海域盾构矿山交接隧道洞内连接接头的施工方法，其特征在于，步骤(c)中，超前注浆孔深8～12m。
7.根据权利要求4所述的一种海域盾构矿山交接隧道洞内连接接头的施工方法，其特征在于，步骤(f)中，模筑衬砌长度每段为9～12m。
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