CN111677519A - 一种盾构始发端头加固结构、加固方法及盾构始发方法 - Google Patents

一种盾构始发端头加固结构、加固方法及盾构始发方法 Download PDF

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Abstract

本发明的盾构始发端头加固结构、加固方法及盾构始发方法属于盾构施工技术领域,盾构始发端头的加固结构设置在围护结构前方的土体内并且加固结构的一面与围护结构相接,加固结构为沿竖向打入土体内的钢构件。加固结构起到加固土体的作用,避免大体量的土体加固,节约耗材,节省人力,减少施工作业人员的工作量,降低了能耗和施工成本。拔除的构件可以反复利用,进一步降低施工成本。本发明无需对端头土体进行整体加固,降低施工能耗,节约施成本。盾构始发时盾构机穿越拔除构件形成的空腔,直接切削低强度的未注浆加固的土体,避免盾构机的非正常磨损,防止盾体扭转。

Description

一种盾构始发端头加固结构、加固方法及盾构始发方法
技术领域
本发明涉及盾构施工技术领域,具体为一种适用于盾构端头地层条件好、土体自稳性强的软土地层的盾构始发端头加固结构、加固方法及盾构始发方法。
背景技术
盾构始发是盾构法施工的关键工艺之一,其能否顺利完成关系着盾构隧道的成功与否。盾构始发掘进过程中,要对盾构隧道端头土体进行加固,加固形式必须针对不同点地层条件与施工工况进行合理选择。软土地层多采用搅拌桩或旋喷桩,若地层富水、环境复杂作可选择冻结法、注浆+降水、箱体墙+降水、管棚+降水、地层加固+特殊围护结构等较为特殊的加固方式。但针对一些地层条件好、土体自稳性强的软土地层,采用这些加固方式则会产生较大的浪费,消耗大量的耗材,增加施工作业人员的工作量,提高施工成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种盾构始发端头加固结构、加固方法及盾构始发方法,以解决现有的端头土体加固方式应用于地层条件好、土体自稳性强的软土地层时存在产生较大浪费,消耗大量的耗材,增加施工作业人员的工作量,提高施工成本的技术问题。
为了解决上述技术问题,本发明提供一种盾构始发端头加固结构,盾构始发端头的加固结构设置在围护结构前方的土体内并且加固结构的一面与围护结构相接,所述加固结构为沿竖向打入土体内的钢构件。
优选地,所述加固结构呈杯型,盾构始发端头的加固结构的开口朝向围护结构的前方,所述加固结构的杯底与围护结构相接。
优选地,所述加固结构呈一字型,所述加固结构的一侧与围护结构相接。
优选地,所述加固结构的横向端部超出盾构隧道的侧壁并且加固结构的横向端部到盾构隧道之间的水平距离为3m以上。
优选地,所述加固结构的底端深入到盾构隧道底部3m以上,并且加固结构的顶端位于地面下方0-0.5m。
优选地,所述加固结构为拉森钢板桩围堰结构或由钢管桩紧密排列形成的管幕结构。
优选地,所述加固结构为H型钢帷幕结构或工字钢帷幕结构。
另外,本发明还提供一种盾构始发端头加固方法,该方法基于上述盾构始发端头加固结构完成,包括以下步骤:
步骤一、探测端头井外侧地层是否存在管线,若存在则将管线改移;
步骤二、在端头井外侧施工围护结构;
步骤三、检查地质情况,若土层为软土地层、不含地下水、自稳性好,则在盾构隧道始发端头的围护结构前方的土体内施工加固结构作为盾构始发端头的加固结构;
步骤四、在盾构隧道始发端头的围护结构前方放设构件定位线,清除地表,根据构件定位线开挖导向槽,架设导向架,将加固结构沿竖向打入土体内,加固结构的一面与围护结构相接。
另外,本发明还提供了一种盾构始发方法,该方法是基于上述盾构始发端头加固方法完成的,包括以下步骤:
步骤一、检查地质情况,土体满足施工要求后凿除始发洞门范围内的围护结构;
步骤二、盾构机向前掘进穿过始发洞门和围护结构,掘进至加固结构,将盾构机的刀盘、盾体外壳与始发洞门之间的空隙封堵;
步骤三、将始发洞门范围内的加固结构部分拔除至加固结构的底端位于盾构隧道顶部上方,拔除加固结构的过程中向拔除加固结构产生的空隙内注入粘稠材料,直到加固结构的底部与盾构隧道的底部形成圆形空腔,盾构机掘进通过该圆形空腔;
步骤四、将始发洞门封堵完毕后,将始发端所有的加固结构完全拔除,拔除加固结构的过程中向拔除加固结构产生的空隙内注入水泥砂浆。
优选地,所述步骤三中加固结构部分拔除至加固结构的底端位于盾构隧道顶部上方20-30cm。
与现有技术相比,本发明的特点和有益效果为:
(1)本发明的加固结构主要针对地层条件好、土体自稳性强的软土地层,不采用整体加固。只是在始发端头的围护结构前方的土体内打入钢构件作为盾构始发端头的加固结构,起到加固土体的作用,避免大体量的土体加固,节约耗材,节省人力,减少施工作业人员的工作量,降低了能耗和施工成本。拔除的构件可以反复利用,进一步降低施工成本。
(2)常规的端头加固多采用注浆法如旋喷加固、搅拌加固,且围护结构外土体多为整体加固,沿隧道方向始发端土体加固多为8-12mm,沿隧道横向则为隧道两侧至少3m以上。本发明则无需对端头土体进行整体加固,降低施工能耗,节约施成本,只需在围护结构外侧施做一排钢构件,即可满足端头土体加固的作用,防止开洞门时土体坍塌。
(3)常规盾构始发时,盾构机必须掘进穿越端头土体加固区。当采用整体加固时,加固后的土体强度会增大,一旦加固的土体强度过大,盾构机必须增大推力、输出过大扭矩,造成盾构机非正常磨损或盾构扭转。而本发明中盾构机穿越拔除构件形成的空腔,直接切削低强度的未注浆加固的土体,避免盾构机的非正常磨损,防止盾体扭转。
附图说明
图1为实施例一中盾构始发端头的平面示意图(加固结构呈杯型)。
图2为图1中A-A剖面的示意图。
图3为杯型加固结构的示意图一(钢构件为管幕结构)。
图4为杯型加固结构的示意图二(钢构件为拉森钢板桩围堰结构)。
图5为杯型加固结构的示意图三(钢构件为H型钢帷幕结构)。
图6为杯型加固结构的示意图四(钢构件为H型钢帷幕结构)。
图7为杯型加固结构的示意图五(钢构件为工字型钢帷幕结构)。
图8为杯型加固结构的示意图六(钢构件为工字型钢帷幕结构)。
图9为实施例二中盾构始发端头的平面示意图(加固结构呈一字型)。
图10为图9中A-A剖面的示意图。
图11为一字型加固结构的示意图一(钢构件为管幕结构)。
图12为一字型加固结构的示意图二(钢构件为拉森钢板桩围堰结构)。
图13为一字型加固结构的示意图三(钢构件为H型钢帷幕结构)。
图14为一字型加固结构的示意图四(钢构件为H型钢帷幕结构)。
图15为一字型加固结构的示意图五(钢构件为工字型钢帷幕结构)。
图16为一字型加固结构的示意图六(钢构件为工字型钢帷幕结构)。
图17为加固构件施工完成时的示意图。
图18为加固构件部分拔除时的示意图。
图19为盾构始发时的初始状态示意图(加固结构呈一字型)。
图20为盾构始发时盾构机掘进至加固结构示意图(加固结构呈一字型)。
图21为盾构始发时加固结构部分拔除示意图(加固结构呈一字型)。
图22为盾构始发时盾构机进入始发井示意图(加固结构呈一字型)。
附图标注:1-加固结构、11-杯底、12-杯壁、2-围护结构、3-盾构隧道、4-构件定位线、5-始发洞门、6-盾构机。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解,下面对本发明进一步说明。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式,用于说明本发明的构思,均是解释性和示例性的,不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外,本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案,这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“设置有”、“连接”等,应做广义理解,例如“连接”,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
如图1和图2所示为一种盾构始发端头,盾构始发端头的加固结构1设置在围护结构2前方的土体内并且加固结构1的一面与围护结构2相接,加固结构1为沿竖向打入土体内的钢构件。需要说明的是,本发明中“前方”为与盾构机运动方向相同的方向,“后方”为与盾构机运动方向相反的方向。
在该实施例中,加固结构呈杯型,包括杯底11和设在杯底11端部的两个杯壁12。杯底11和杯壁12的厚度为40-60cm。盾构始发端头的加固结构1的开口朝向围护结构2的前方,加固结构1的杯底11与围护结构2相接。
加固结构1的横向端部超出盾构隧道3的侧壁并且加固结构1的横向端部到盾构隧道3之间的水平距离为3m以上,避免洞门范围内的加固结构1拔除时,盾构隧道3两侧的土体向加固结构1拔除产生的空隙移动,以免造成土体坍塌。加固结构1的底端深入到盾构隧道3底部3m以上,同时加固结构1的顶端位于地面下方0-0.5m,防止围护结构2破除后,洞门范围前方土体主体压力增大造成加固结构1弯折,脱出土体,土体失稳涌入端头井。
如图3所示,加固结构1为由钢管桩紧密排列形成的管幕结构。杯底11和杯壁12的连接部外侧加设钢管桩,提升加固结构1的整体稳定性,更好地实现土体加固。
如图4所示,加固结构1为拉森钢板桩围堰结构。
如图5和6所示,加固结构1为H型钢帷幕结构。图5中H型钢间隔旋转90°排布。图6中H型钢顺行排布。
如图7和8所示,加固结构1为工字钢帷幕结构。图7中工字钢顺行排布。图8中工字钢间隔旋转90°排布。
实施例二
如图9和10所示为盾构始发端头,与实施例一不同的是,本实施例中加固结构1呈一字型,加固结构1的一侧与围护结构2相接。加固结构1的宽度为40-60cm。其余均与实施例一相同。
如图11所示,加固结构1为由钢管桩紧密排列形成的管幕结构。
如图12所示,加固结构1为拉森钢板桩围堰结构。
如图13和14所示,加固结构1为H型钢帷幕结构。其中图13中H型钢间隔旋转90°排布。图14中H型钢顺行排布。
如图15和16,加固结构1为工字钢帷幕解结构。其中图15中工字钢顺行排布。图16中工字钢间隔旋转90°排布。
一种盾构始发端头加固方法,利用上述盾构始发端头加固结构完成,包括以下步骤:
步骤一、探测端头井外侧地层是否存在管线,若存在则将管线改移。
步骤二、在端头井外侧施工围护结构2。
步骤三、根据端头井地勘图纸及施工围护结构2所取得的土样,判断地质情况,若土层为软土地层、不含地下水、自稳性好,则在盾构隧道3始发端头的围护结构2前方的土体内施工加固结构1作为盾构始发端头的加固结构1,而不采用端头土体整体加固。
步骤四、沿端头井的围护结构2外侧外放10cm,并根据围护结构2的长度和盾构隧道3的埋深,在盾构隧道3始发端头的围护结构2前方放设构件定位线4,清除地表,根据构件定位线4开挖导向槽。导向槽宽40-60cm、深约0.5-1m。然后在导向槽上架设导向架,以便保证构件打设的垂直度。利用液压振动沉桩或静力压桩设备将加固结构1沿竖向振入或压入土体内,加固结构1振入或压入的深度必须深入到盾构隧道底部至少3m以上,加固结构1的横向端部超出盾构隧道3的侧壁并且加固结构1的横向端部到盾构隧道3之间的水平距离为3m以上。加固结构1的一面与围护结构2相接。加固结构1施工完成如图17所示。
一种盾构始发方法,基于上述盾构始发端头加固方法完成,以加固结构1呈一字型为例,包括以下步骤:
步骤一、如图19所示,分别从始发洞门5和端头井的围护结构2外侧取芯,检查盾构端头井外土体的渗透性、自稳性、是否存在涌水涌砂现象,土体满足施工要求后凿除始发洞门5范围内的围护结构2。
步骤二、盾构机6向前掘进穿过始发洞门5上的帘布翻板和洞门钢环、以及围护结构2,掘进至加固结构1,如图20所示。向盾构机6的刀盘前方注入粘稠材料,将盾构机6的刀盘、盾体外壳与始发洞门5之间的空隙封堵,具体为将盾构机6的刀盘、盾体外壳与始发洞门钢环、帘布翻板之间的空隙封堵。
步骤三、利用液压拔桩机依次将始发洞门5范围内的加固结构1部分拔除至加固结构1的底端位于盾构隧道3顶部上方,如图18和图21所示。拔除加固结构1的过程中向拔除加固结构1产生的空隙内注入1.2倍的粘稠材料,以便及时充填拔除加固结构1产生的空隙,防止土体塌落。该粘稠材料为克泥效。优选为拔除至使加固结构1的底端位于盾构隧道3顶部上方20-30cm位置。此时始发洞门5范围内的加固结构1在盾构机6腰部向上形成一个半圆空腔,加固结构1的底部与盾构隧道3的底部形成圆形空腔,盾构机6掘进通过该圆形空腔,驶离始发井。并完后3-5环正环管片拼装。
步骤四、盾构机6通过加固结构1后并继续向前方土体掘进,如图22所示。且在正环管片壁后注浆将始发洞门5封堵完毕后,将始发端所有的加固结构1完全拔除。拔除加固结构1时,先将加固结构1振动几分钟,使加固结构1周围的土体松动,减小土体对加固结构1的摩擦阻力,然后再慢慢地往上振动拔除,拔除加固结构1的过程中向拔除加固结构1产生的空隙内注入强度为M5的水泥砂浆。拔出的加固结构1,修整应用到下一次盾构法工程,多次循环利用。
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种盾构始发端头加固结构,其特征在于:盾构始发端头的加固结构(1)设置在围护结构(2)前方的土体内并且加固结构(1)的一面与围护结构(2)相接,所述加固结构(1)为沿竖向打入土体内的钢构件。
2.根据权利要求1所述的盾构始发端头加固结构,其特征在于:所述加固结构呈杯型,盾构始发端头的加固结构(1)的开口朝向围护结构(2)的前方所述加固结构(1)的杯底(11)与围护结构(2)相接。
3.根据权利要求1所述的盾构始发端头加固结构,其特征在于:所述加固结构(1)呈一字型,所述加固结构(1)的一侧与围护结构(2)相接。
4.根据权利要求2或3所述的盾构始发端头加固结构,其特征在于:所述加固结构(1)的横向端部超出盾构隧道(3)的侧壁并且加固结构(1)的横向端部到盾构隧道(3)之间的水平距离为3m以上。
5.根据权利要求2或3所述的盾构始发端头加固结构,其特征在于:所述加固结构(1)的底端深入到盾构隧道(3)底部3m以上,并且加固结构(1)的顶端位于地面下方0-0.5m。
6.根据权利要求2或3所述的盾构始发端头加固结构,其特征在于:所述加固结构(1)为拉森钢板桩围堰结构或由钢管桩紧密排列形成的管幕结构。
7.根据权利要求2或3所述的盾构始发端头加固结构,其特征在于:所述加固结构(1)为H型钢帷幕结构或工字钢帷幕结构。
8.一种盾构始发端头加固方法,该方法基于权利要求1-7任意一项所述的盾构始发端头加固结构完成,其特征在于包括以下步骤:
步骤一、探测端头井外侧地层是否存在管线,若存在则将管线改移;
步骤二、在端头井外侧施工围护结构(2);
步骤三、检查地质情况,若土层为软土地层、不含地下水、自稳性好,则在盾构隧道(3)始发端头的围护结构(2)前方的土体内施工加固结构(1)作为盾构始发端头的加固结构(1);
步骤四、在盾构隧道(3)始发端头的围护结构(2)前方放设构件定位线(4),清除地表,根据构件定位线(4)开挖导向槽,架设导向架,将加固结构(1)沿竖向打入土体内,加固结构(1)的一面与围护结构(2)相接。
9.一种盾构始发方法,该方法是基于权利要求8所述的盾构始发端头加固方法完成的,其特征在于包括以下步骤:
步骤一、检查地质情况,土体满足施工要求后凿除始发洞门(5)范围内的围护结构(2);
步骤二、盾构机(6)向前掘进穿过始发洞门(5)和围护结构(2),掘进至加固结构(1),将盾构机(6)的刀盘、盾体外壳与始发洞门(5)之间的空隙封堵;
步骤三、将始发洞门(5)范围内的加固结构(1)部分拔除至加固结构(1)的底端位于盾构隧道(3)顶部上方,拔除加固结构(1)的过程中向拔除加固结构(1)产生的空隙内注入粘稠材料,直到加固结构(1)的底部与盾构隧道(3)的底部形成圆形空腔,盾构机(6)掘进通过该圆形空腔;
步骤四、将始发洞门(5)封堵完毕后,将始发端所有的加固结构(1)完全拔除,拔除加固结构(1)的过程中向拔除加固结构(1)产生的空隙内注入水泥砂浆。
10.根据权利要求9所述的盾构始发方法,其特征在于:所述步骤三中加固结构(1)部分拔除至加固结构(1)的底端位于盾构隧道(3)顶部上方20-30cm。
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