CN112664203A - 一种盾构隧道上方河流拓浚控制盾构隧道变形的加固体系及构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构隧道上方河流拓浚控制盾构隧道变形的加固体系及构建方法，该加固体系用于控制盾构施工期间及河道拓浚后的隧道变形，其包括基坑内加固结构以及隧道洞内加固结构。本发明采用洞内堆载与基坑内加固相结合的方式，可以有效的控制施工期间及河道拓浚后的隧道变形，为今后类似工程进行隧道变形控制提供了思路。

Description

一种盾构隧道上方河流拓浚控制盾构隧道变形的加固体系及 构建方法

技术领域

本发明专利属于隧道工程技术领域，具体涉及一种盾构隧道上方河流拓浚控制盾构隧道变形的加固体系及构建方法。

背景技术

随着我国的基础设施建设进入了白热化阶段，城市轨道交通建设也跟随着基建的浪潮得以持续快速发展，城市地下空间不断开发，使得交叉工程、紧邻工程日益增多。河道拓浚对既有盾构隧道造成极大影响，导致施工过程中及完工后隧道的变形；

隧道变形分析

基坑开挖之前盾构隧道处于受力平衡与稳定状态，各项变形趋于完成，但基坑的施工，使即将达成的平衡状态再次遭到破坏。基坑开挖对土体的卸荷，加大了周围土体的回弹及残余应力影响深度，放大了隧道的回弹、变形。

1、基坑开挖后覆土由8.9～15.2m减小至2.5m，隧道上部受力变小，隧道纵向受到向上的土体压力和地下水浮力向上隆起；

2、隧道受横向水平应力，产生“竖向拉伸，水平压缩”，呈竖椭圆形状的收敛变形趋势；

3、本工程桩基距隧道最小距离为1.5m，施工过程中机械振动引起的横向、纵向位移及隧道变形。

因此，为了避免河道拓浚施工时影响地铁运营，现需在地铁铺轨前完成该交叉段的拓浚工作，同时对既有盾构隧道进行加固处理。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种盾构隧道上方河流拓浚控制盾构隧道变形的加固体系及构建方法，以避免盾构隧道上方河流拓浚造成的隧道变形情况。

本发明采用的技术方案是：

一种盾构隧道上方河流拓浚控制盾构隧道变形的加固体系，该加固体系用于控制盾构施工期间及河道拓浚后的隧道变形，其包括基坑内加固结构以及隧道洞内加固结构，所述基坑内加固结构则由基坑内包裹于双向的盾构隧道外侧的强加固区和弱加固区，沿垂直于隧道方向，并在基坑内设置临时排水明沟及集水井，双向的盾构隧道之间和两侧均纵向设置成列布置的抗拔桩，基坑内施作混凝土压板四部分配合构成；

所述隧道洞内加固结构包括设置于隧道洞内的支持机构和置于盾构施工范围内隧道周边的注浆加固区，其中，支撑机构包括设置于盾构施工范围内的环管片内壁的钢环梁和嵌设在每个钢环梁内的八角支撑架，沿隧道纵向的钢环梁之间通过H型钢相连接，所述钢环梁由外层连续钢板和内层连续钢板构成，在外层连续钢板与内层连续钢板之间设置有等间距的肋板，且外层连续钢板和内层连续钢板均由至少四片连续钢板构成，每片连接钢板之间相焊接，外层连续钢板和内层连续钢板的仰拱处则通过第一连接组件连接固定。

优选的，所述降水井采用自流深井，垂直于隧道方向布置12口，每口降水井包括有外至内设置的实管和排水管，在排水管与实管之间由上至下依次设置有滤水管和沉淀管，所述排水管的上端接排出水口，其下端接深井泵，所述实管与降水井内壁之间由上至下依次设置有由粘土球堆积形成的粘土层、不透水层和反滤层，所述不透水层上端面与滤水管上端面齐平，所述反滤层内填充有反滤料。

优选的，所述降水井的内径为Φ800mm；所述实管的内径为Φ300mm，所述排水管的直径为Φ89mm，所述实管、滤水管和沉淀管均采用钢管，其中，滤水管外径为Φ300mm，侧壁上钻有滤水孔，其孔径为Φ16mm，孔距Φ50mm，呈梅花状交错布置。

优选的，所述抗拔桩包括钻孔灌注桩和咬合桩，所述钻孔灌注桩设置于双向的盾构隧道之间，其桩长为30m,距离盾构隧道1.5m～2.8m；所述咬合桩设置于双向的盾构隧道的两侧，两侧的咬合桩的顶部设置有呈矩形的冠梁，两侧的冠梁之间设置有C40钢筋砼压板以及位于C40钢筋砼压板底面的C20素砼垫层；所述咬合桩包括包括素桩和荤桩，施工时，先施工相邻的素桩，然后在素桩之间插入荤桩；在咬合桩荤桩侧壁预埋注浆管，其包括从桩顶往下5m处设置的竖向注浆管，以及横向每隔1.5m设置一道的横向注浆管，所述横向注浆管与竖向注浆管焊缝高度≥8mm。

优选的，所述外层连续钢板与内层连续钢板之间还设置有加劲肋，每隔300mm设置一道，所述加劲肋位于肋板的两端并与肋板相焊接；

所述第一连接组件包括与外层连续钢板和内层连续钢板的两端部分别焊连接的钢板，两个钢板之间设置有密封块和U型钢板，所述密封块位于两个钢板的下端并与外层连续钢板齐平，所述U型钢板位于两个钢板的上端并与钢板焊接固定，所述两个钢板之间通过紧固螺栓旋紧固定。

优选的，所述注浆加固区是通过置于盾构施工范围内环管片上的多个二次注浆孔向环管片背后注浆形成的窑洞型加固区，位于环管片上半部分的注浆加固区深度为1.5m，位于环管片下半部分的注浆加固区深度为3.0m。

优选的，所述八角支撑架包括设置于钢环梁之间的两根竖向型钢，两根竖向型钢之间通过第二连接组件固定连接有至少两根第一水平型钢，两根竖向型钢与钢环梁之间分别设置有至少两根第二水平型钢，所述第二水平型钢通过第二连接组件与竖向型钢连接；

所述第二连接组件包括加固板和L型连接板，所述加固板端部与竖向型钢相焊接，其表面通过高强度螺栓与第一水平型钢或第二水平型钢的腹壁实现连接，所述L型连接板的竖直段和水平段通过高强度螺栓分别与竖向型钢的侧翼和第一水平型钢或第二水平型钢的侧翼实现连接。

一种盾构隧道上方河流拓浚控制盾构隧道变形的加固体系的构建方法，该构件方法包括以下步骤：

步骤S1：河道临时导截流施工；

在基坑上、下游设置围堰，侧边开挖导流明渠将河道临时导流后，抽干上、下游围堰之间的河水；

步骤S2：整平场地标高至13.5m，施作三轴水泥搅拌桩和袖阀管注浆，进行土体加固；

S201:采用850@600mm三轴搅拌桩按照由前排往后排顺序打对土体进行满堂加固，加固区分为强加固区和弱加固区，弱加固区包裹于强加固区外侧，加固强加固区时，水泥参量20％，加固弱加固区时，水泥参量7％，强加固区和弱加固区底面均进入卵砾石层1m；

S202：袖阀管注浆液采用1:1水泥浆，注浆压力0.3～0.5Mpa，加固隧道结构外弧2m范围内的土体；

步骤S3：采用降水井和基坑内明排相结合的方式进行基坑降排水；

降水井采用自流深井，沿垂直于隧道方向布置12口，每口降水井包括有外至内设置的实管和排水管，在排水管与实管之间由上至下依次设置有滤水管和沉淀管，所述排水管的上端接排出水口，其下端接深井泵，所述实管与降水井内壁之间由上至下依次设置有由粘土球堆积形成的粘土层、不透水层和反滤层，所述不透水层上端面与滤水管上端面齐平，所述反滤层内填充有反滤料；

步骤S4：沿隧道纵向100m范围内施作洞内支撑结构加固和砂袋或土袋压重；

步骤S5：施作抗拔桩；

S501：抗拔桩包括钻孔灌注桩和咬合桩两部分，所述钻孔灌注桩设置于双向的盾构隧道之间，其桩长为30m,距离盾构隧道1.5m～2.8m，采用全套管施工成孔，并采用分批跳孔施作，施工时按每间隔3孔施作；

S502：所述咬合桩设置于双向的盾构隧道的两侧，所述咬合桩包括包括素桩和荤桩，施工时先施工相邻的素桩，然后在已完成的素桩之间插入荤桩；

S503：为增加地层整体性，在咬合桩荤桩侧壁预埋注浆管，从桩顶往下5m处设置竖向注浆管，横向每隔1.5m设置一道横向注浆管，横向注浆管与竖向注浆管焊缝高度≥8mm；注浆液采用1:1水泥浆液，注浆终压为2～3Mpa，每孔注浆约3～3.5m³，注浆半径为1m；

步骤S6：分仓开挖基坑并施作混凝土压板结构；

S601：采用分层放坡、对称开挖的方式进行土方开挖；土方开挖分为四层开挖，前三层采用放坡开挖，第四层采用抽条对称开挖，从中间向两侧对称抽槽跳仓开挖；

S602：单槽开挖到底后，迅速吊装提前绑扎好的钢筋笼，然后浇筑槽内条形压板；

步骤S7：混凝土压板施工完成且达到设计强度后，卸除洞内压重砂袋或土袋、拆除洞内临时支撑机构，待隧道变形观测基本稳定后，拆除临时围堰、回填导流明渠，恢复河道。

优选的，在上述步骤S4中，洞内支撑结构和砂袋或土袋压重施工过程如下：

步骤S401：在洞内配重前，通过环管片上的多个二次注浆孔向环管片背后注浆形成的窑洞型的注浆加固区，位于环管片上半部分的注浆加固区深度为1.5m，位于环管片下半部分的注浆加固区深度为3.0m；

步骤S402：拼装钢环梁；

钢环梁由外层连续钢板和内层连续钢板构成，在外层连续钢板与内层连续钢板之间设置有等间距的肋板，且每隔300mm设置一道加劲肋，加劲肋位于肋板的两端并与肋板相焊接，外层连续钢板和内层连续钢板均由至少四片连续钢板构成，每片连接钢板之间相焊接，外层连续钢板和内层连续钢板的仰拱处则通过第一连接组件连接固定，钢环梁结构由现场加工后，紧贴环管片内壁安装，混凝土压板下每隔2环管片设1榀钢环梁，除此之外，每隔4环管片设1榀钢环梁；沿隧道纵向的钢环梁之间通过H型钢相连接，且沿着钢环梁圆周方向对称设置有四根；

步骤S403：搭设八角支撑架；

每安装一榀钢环梁，紧接着搭建一榀八角支撑架，八角支撑架嵌设在钢环梁内，对钢环梁进行支撑，八角支撑架包括设置于钢环梁之间的两根竖向型钢，两根竖向型钢之间通过第二连接组件固定连接有至少两根第一水平型钢，两根竖向型钢与钢环梁之间分别设置有至少两根第二水平型钢，所述第二水平型钢通过第二连接组件与竖向型钢连接；

步骤S404：隧道内堆砂袋或土袋配重，配重256kN/m，洞内预留不小于2m高的施工高度。

优选的，所述第一连接组件包括与外层连续钢板和内层连续钢板的两端部分别焊连接的钢板，两个钢板之间设置有密封块和U型钢板，所述密封块位于两个钢板的下端并与外层连续钢板齐平，所述U型钢板位于两个钢板的上端并与钢板焊接固定，所述两个钢板之间通过紧固螺栓旋紧固定；

所述第二连接组件包括加固板和L型连接板，所述加固板端部与竖向型钢相焊接，其表面通过高强度螺栓与第一水平型钢或第二水平型钢的腹壁实现连接，所述L型连接板的竖直段和水平段通过高强度螺栓分别与竖向型钢的侧翼和第一水平型钢或第二水平型钢的侧翼实现连接。

本发明的有益效果：本发明采用洞内堆载与基坑内加固相结合的方式，可以有效的控制施工期间及河道拓浚后的隧道变形，为今后类似工程进行隧道变形控制提供了思路。

本发明利用盾构管片二次注浆孔直接从洞内注浆加固隧道周边土体，具有较好加固强度，更好的保护了施工隧道以及既有隧道的成型质量。

本发明隧道洞内钢环梁结合八角支撑架有效的控制了隧道收敛，混凝土压板达到设计强度后，开始拆除隧道内八角撑及配重。隧道缓慢隆起，当隧道内加固措施拆除完成后，隧道隆起值稳定在18.1mm。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中三轴搅拌桩进行土体加固的分布图；

图2为本发明中袖阀管注浆加固分布图；

图3为本发明中降水井分布图；

图4为本发明中降水井的结构示意图；

图5为本发明中钻孔灌注桩平面分布图；

图6为本发明中咬合桩平面分布图；

图7为本发明中荤桩的配筋图；

图8为图7的平面图；

图9为本发明中咬合桩成桩顺序图；

图10为图8的注浆系统布置图；

图11为基坑放坡示意图；

图12为土方开挖剖面图；

图13为混凝土压板施工平面图；

图14为洞内注浆加固图；

图15为支撑机构的结构示意图；

图16为支撑机构的平面图；

图17为图15中A处的放大图；

图18为图16中加固板的示意图；

图19为图15中B处的放大图；

图20为钢环梁部分放大示意图；

图21为钢环梁部分截面示意图；

图22为洞内配重示意图；

图23为隧道变形曲线。

其中，1-隧道；2-环管片；3-二次注浆孔；4-注浆加固区；5-钢环梁；501-外层连续钢板；502-内层连续钢板；503-肋板；504-加劲肋；6-H型钢；7-八角支撑架；701-竖向型钢；702-第一水平型钢；703-第二水平型钢；8-第二连接组件；801-加固板；802-L型连接板；9-第一连接组件；901-钢板；902-密封块；903-U型钢板；904-紧固螺栓。

10-袖阀管；11-降水井；12-实管；13-排水管；14-排出水口；15-粘土球；16-不透水层；17-滤水管；18-反滤层；19-深井泵；20-沉淀管；21-钻孔灌注桩；22-咬合桩；23-冠梁；24-C40钢筋砼压板；25-C20素砼垫层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

秦淮东河(九乡河)与南京地铁四号线交叉段加固工程位于秦淮东河(九乡河)与已经洞通的南京地铁4号线灵山站～东流站区间盾构隧道交叉段(见图1-1)。盾构隧道内径5.5m，外径6.2m。九乡河计划后期进行拓浚改造，隧道顶覆土由拓浚前的8.9～15.2m减小至2.7m。届时南京地铁四号线已正式运营。为避免九乡河拓浚施工时影响地铁运营，现需在地铁铺轨前完成该交叉段的拓浚工作，同时对既有盾构隧道进行加固处理。

为此，本发明具体提供了一种盾构隧道上方河流拓浚控制盾构隧道变形的加固体系，该加固体系用于控制盾构施工期间及河道拓浚后的隧道变形，其包括基坑内加固结构以及隧道洞内加固结构，所述基坑内加固结构则由基坑内包裹于双向的盾构隧道1外侧的强加固区和弱加固区，盾构施工范围内沿垂直于隧道方向布置降水井11，并在基坑内设置临时排水明沟及集水井，双向的盾构隧道1之间和两侧均纵向设置成列布置的抗拔桩，基坑内施作混凝土压板四部分配合构成。如图1-13所示。

本实施例中，所述降水井11采用自流深井，垂直于隧道方向布置12口，每口降水井11包括有外至内设置的实管12和排水管13，在排水管13与实管12之间由上至下依次设置有滤水管17和沉淀管20，所述排水管13的上端接排出水口14，其下端接深井泵19，所述实管12与降水井11内壁之间由上至下依次设置有由粘土球15堆积形成的粘土层、不透水层16和反滤层18，所述不透水层16上端面与滤水管17上端面齐平，其高度为500mm，所述反滤层18内填充有反滤料。所述降水井11的内径为Φ800mm；所述实管12的内径为Φ300mm，所述排水管13的直径为Φ89mm，所述实管12、滤水管17和沉淀管20均采用钢管，其中，滤水管17外径为Φ300mm，侧壁上钻有滤水孔，其孔径为Φ16mm，孔距Φ50mm，呈梅花状交错布置。

在本实施例中，所述抗拔桩包括钻孔灌注桩21和咬合桩22，所述钻孔灌注桩21设置于双向的盾构隧道1之间，其桩长为30m,距离盾构隧道1.5m～2.8m；所述咬合桩22设置于双向的盾构隧道1的两侧，两侧的咬合桩22的顶部设置有呈矩形的冠梁23，两侧的冠梁23之间设置有C40钢筋砼压板24以及位于C40钢筋砼压板24底面的C20素砼垫层25；所述咬合桩22包括包括素桩和荤桩，施工时，先施工相邻的素桩，然后在素桩之间插入荤桩；在咬合桩22荤桩侧壁预埋注浆管，其包括从桩顶往下5m处设置的竖向注浆管，以及横向每隔1.5m设置一道的横向注浆管，所述横向注浆管与竖向注浆管焊缝高度≥8mm。其中，横向注浆管采用Φ42钢花管，壁厚3.75；竖向注浆管采用Φ50钢花管，壁厚3.5mm。

在本实施例中，所述隧道1洞内加固结构包括设置于隧道1洞内的支持机构和置于盾构施工范围内隧道周边的注浆加固区4，所述注浆加固区4是通过置于盾构施工范围内环管片2上的多个二次注浆孔3向环管片2背后注浆形成的窑洞型加固区，位于环管片2上半部分的注浆加固区4深度为1.5m，位于环管片2下半部分的注浆加固区4深度为3.0m。其中，支撑机构包括设置于盾构施工范围内的环管片2内壁的钢环梁5和嵌设在每个钢环梁5内的八角支撑架7，沿隧道纵向的钢环梁5之间通过H型钢6相连接，所述钢环梁5由外层连续钢板501和内层连续钢板502构成，在外层连续钢板501与内层连续钢板502之间设置有等间距的肋板503，且外层连续钢板501和内层连续钢板502均由至少四片连续钢板构成，每片连接钢板之间相焊接，外层连续钢板501和内层连续钢板502的仰拱处则通过第一连接组件9连接固定。如图14-22所示。

本实施例中，所述外层连续钢板501与内层连续钢板502之间还设置有加劲肋504，每隔300mm设置一道，所述加劲肋504位于肋板503的两端并与肋板503相焊接。

本实施例中的双层连接钢板作为环管片2与八角支撑架7之间的传力构建，在焊接之前应进行一定程度的弯曲，弯曲弧度同环管片2弯曲弧度，以增加受力过程中混凝土管片与连续钢板的接触面，使整环管片受力均匀，从而保证整环管片的圆度，其由四环片构成，每环片之间采用焊接连接，在仰拱处为通过第一连接组件连接。所述第一连接组件包括与外层连续钢板和内层连续钢板的两端部分别焊连接的钢板，两个钢板之间设置有密封块和U型钢板，所述密封块位于两个钢板的下端并与外层连续钢板齐平，所述U型钢板位于两个钢板的上端并与钢板焊接固定，所述两个钢板之间通过紧固螺栓旋紧固定。

本实施例中，所述八角支撑架7包括设置于钢环梁5之间的两根竖向型钢701，两根竖向型钢701之间通过第二连接组件8固定连接有至少两根第一水平型钢702，两根竖向型钢701与钢环梁5之间分别设置有至少两根第二水平型钢703，所述第二水平型钢703通过第二连接组件8与竖向型钢701连接；所述第二连接组件8包括加固板801和L型连接板802，所述加固板801端部与竖向型钢701相焊接，其表面通过高强度螺栓与第一水平型钢702或第二水平型钢703的腹壁实现连接，所述L型连接板802的竖直段和水平段通过高强度螺栓分别与竖向型钢701的侧翼和第一水平型钢702或第二水平型钢703的侧翼实现连接。

此外，本发明具体还提供了一种盾构隧道上方河流拓浚控制盾构隧道变形的加固体系的构建方法，如图1-23所示，该构件方法包括以下步骤：

步骤S1：河道临时导截流施工；

在基坑上、下游设置围堰，侧边开挖导流明渠将河道临时导流后，抽干上、下游围堰之间的河水；

步骤S2：整平场地标高至13.5m，施作三轴水泥搅拌桩和袖阀管10注浆，进行土体加固；

S201:采用850@600mm三轴搅拌桩按照由前排往后排顺序打对土体进行满堂加固，加固区分为强加固区和弱加固区，弱加固区包裹于强加固区外侧，加固强加固区时，水泥参量20％，加固弱加固区时，水泥参量7％，强加固区和弱加固区底面均进入卵砾石层1m；

S202：袖阀管10注浆液采用1:1水泥浆，注浆压力0.3～0.5Mpa，加固隧道1结构外弧2m范围内的土体；

步骤S3：采用降水井11和基坑内明排相结合的方式进行基坑降排水；

降水井11采用自流深井，垂直于隧道方向布置12口，每口降水井11包括有外至内设置的实管12和排水管13，在排水管13与实管12之间由上至下依次设置有滤水管17和沉淀管20，所述排水管13的上端接排出水口14，其下端接深井泵19，所述实管12与降水井11内壁之间由上至下依次设置有由粘土球15堆积形成的粘土层、不透水层16和反滤层18，所述不透水层16上端面与滤水管上端面齐平，其高度为500mm，所述反滤层18内填充有反滤料；

步骤S4：沿隧道纵向100m范围内施作洞内支撑结构加固和砂袋或土袋压重；

S401：在洞内配重前，通过环管片2上的多个二次注浆孔3向环管片2背后注浆形成的窑洞型的注浆加固区4，位于环管片2上半部分的注浆加固区4深度为1.5m，位于环管片2下半部分的注浆加固区4深度为3.0m；

S402：拼装钢环梁5；

钢环梁5由外层连续钢板501和内层连续钢板502构成，在外层连续钢板501与内层连续钢板502之间设置有等间距的肋板503，且每隔300mm设置一道加劲肋504，加劲肋504位于肋板503的两端并与肋板503相焊接，外层连续钢板501和内层连续钢板502均由至少四片连续钢板构成，每片连接钢板之间相焊接，外层连续钢板和内层连续钢板的仰拱处则通过第一连接组件8连接固定，钢环梁5结构由现场加工后，紧贴环管片2内壁安装，混凝土压板下每隔2环管片2设1榀钢环梁5，除此之外，每隔4环管片2设1榀钢环梁5；沿隧道1纵向的钢环梁5之间通过H型钢6相连接，且沿着钢环梁5圆周方向对称设置有四根；

S403：搭设八角支撑架7；

每安装一榀钢环梁5，紧接着搭建一榀八角支撑架7，八角支撑架7嵌设在钢环梁5内，对钢环梁5进行支撑，八角支撑架7包括设置于钢环梁5之间的两根竖向型钢701，两根竖向型钢701之间通过第二连接组件8固定连接有至少两根第一水平型钢702，两根竖向型钢701与钢环梁5之间分别设置有至少两根第二水平型钢703，所述第二水平型钢703通过第二连接组件8与竖向型钢701连接；施工时首先施作两根竖向型钢；然后施作第一水平型钢将两根竖向型钢连接在一起；最后施作第二水平型钢将竖向型钢与钢环梁连接；

S404：隧道内堆砂袋或土袋配重，配重256kN/m，洞内预留不小于2m高的施工高度。

步骤S5：施作抗拔桩；

S501：抗拔桩包括钻孔灌注桩21和咬合桩22两部分，所述钻孔灌注桩21设置于双向的盾构隧道1之间，其桩长为30m,距离盾构隧道1.5m～2.8m，采用全套管施工成孔，并采用分批跳孔施作，施工时按每间隔3孔施作；

S502：所述咬合桩22设置于双向的盾构隧道1的两侧，两侧的咬合桩22的顶部设置有呈矩形的冠梁23，两侧的冠梁23之间设置有C40钢筋砼压板24以及位于C40钢筋砼压板24底面的C20素砼垫层25；所述咬合桩22包括包括素桩和荤桩，施工时先施工相邻的素桩，然后在已完成的素桩之间插入荤桩；如图9所示。施工顺序：Ⅰ1→Ⅰ2→Ⅰ3→Ⅱ1→Ⅰ4→Ⅱ2,Ⅰ代表素装，Ⅱ代表荤桩。

S503：为增加地层整体性，在咬合桩22荤桩侧壁预埋注浆管，从桩顶往下5m处设置竖向注浆管，横向每隔1.5m设置一道横向注浆管，横向注浆管与竖向注浆管焊缝高度≥8mm；注浆液采用1:1水泥浆液，注浆终压为2～3Mpa，每孔注浆约3～3.5m³，注浆半径为1m；

步骤S6：分仓开挖基坑并施作混凝土压板结构；

S601：采用分层放坡、对称开挖的方式进行土方开挖；土方开挖分为四层开挖，前三层采用放坡开挖，第四层采用抽条对称开挖，从中间向两侧对称抽槽跳仓开挖；

S602：单槽开挖到底后，迅速吊装提前绑扎好的钢筋笼，然后浇筑槽内条形压板；

步骤S7：混凝土压板施工完成且达到设计强度后，卸除洞内压重砂袋或土袋、拆除洞内临时支撑机构，待隧道变形观测基本稳定后，拆除临时围堰、回填导流明渠，恢复河道。

上述步骤S2中，袖阀管11采用φ50PVC外管、φ20镀锌钢管内管、橡皮套、密封圈加工制作，用于对隧道结构外弧2m范围内的土体加固。

上述步骤S5中，所述第一连接组件9包括与外层连续钢板501和内层连续钢板502的两端部分别焊连接的钢板901，两个钢板901之间设置有密封块902和U型钢板903，所述密封块902位于两个钢板901的下端并与外层连续钢板501齐平，所述U型钢板903位于两个钢板901的上端并与钢板901焊接固定，所述两个钢板901之间通过紧固螺栓904旋紧固定；

所述第二连接组件8包括加固板801和L型连接板802，所述加固板801端部与竖向型钢701相焊接，其表面通过高强度螺栓与第一水平型钢702或第二水平型钢703的腹壁实现连接，所述L型连接板801的竖直段和水平段通过高强度螺栓分别与竖向型钢701的侧翼和第一水平型钢702或第二水平型钢703的侧翼实现连接。

在上述步骤S601中，土方开挖方案；

1.基坑沿隧道纵向两侧均采用1:2.5二级放坡，平台宽度2.5m。基坑沿河道纵向北侧采用1:4二级放坡，平台宽度2.5m；南侧受场地限制，采用1:2.5+1：4二级放坡，平台宽度2.5m，坡顶、坡脚和平台设置截水沟或挡水墙；如图11所示。

2.放坡坡面采用10cm厚C25网喷防护，钢筋网

坡面设泄水孔，规格为Φ80@3000*1500mm。

3.为保证隧道结构安全，采用分层放坡、对称开挖的方式进行土方开挖。土方分为四层开挖，前三层采用放坡开挖，第四层采用抽条对称开挖。首先依次开挖前三层(A、B、C三层)。为保证雨季东西两侧边坡安全，第四层(3m厚)水平方向按照③→①→②→④→⑤的顺序开挖土方，如图12所示。

在上述步骤S602中，混凝土压板水平方向按照③→①→②→④→⑤的顺序先施工两侧斜板，施工完成后再从中间向两侧对称抽槽跳仓开挖，如图13所示。

按照《城市轨道交通结构安全保护技术规范》(CJJ/T 202-2013)要求，需严格按下表1控制已完成隧道的沉降量、水平位移、结构隆起量、运营期间盾构隧道隆起量、结构径向收敛、盾构管片接缝张开量、隧道变形曲线的曲率半径、隧道变形相对曲率。

表1隧道变形控制标准表

项目	允许偏差	备注
			沉降量	≤20mm
水平位移	≤20mm
			结构隆起量	≤20mm
运营期间盾构隧道隆起量	≤4mm
			结构径向收敛	≤10mm
盾构管片接缝张开量	＜2mm
			隧道变形曲线的曲率半径	R≥15000米
隧道变形相对曲率	≤1/2500

按照上述加固体系进行施工，通过基坑及隧道洞内监测，其结果如图23所示，结果表明。

1.从监测数据可以发现在洞内堆载后隧道出现了沉降，洞内堆载完成基坑未进行土方开挖时达到沉降最大值9mm；

2.随着基坑土方开挖卸载隧道开始隆起，当基坑土方开挖完成后达到15mm，

3.随着混凝土压板施工隧道隆起值逐渐下降至13mm；

4.混凝土压板达到设计强度后，开始拆除隧道内八角撑及配重。隧道缓慢隆起，当隧道内加固措施拆除完成后，隧道隆起值稳定在18.1mm。

本发明采用洞内堆载与基坑内加固相结合的方式，可以有效的控制施工期间及河道拓浚后的隧道变形，为今后类似工程进行隧道变形控制提供了思路。

本发明利用盾构管片二次注浆孔直接从洞内注浆加固隧道周边土体，具有较好加固强度，更好的保护了施工隧道以及既有隧道的成型质量。

本发明隧道洞内钢环梁结合八角支撑架有效的控制了隧道收敛，混凝土压板达到设计强度后，开始拆除隧道内八角撑及配重。隧道缓慢隆起，当隧道内加固措施拆除完成后，隧道隆起值稳定在18.1mm。

以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种盾构隧道上方河流拓浚控制盾构隧道变形的加固体系，其特征在于，该加固体系用于控制盾构施工期间及河道拓浚后的隧道变形，其包括基坑内加固结构以及隧道洞内加固结构，所述基坑内加固结构则由基坑内包裹于双向的盾构隧道外侧的强加固区和弱加固区，盾构施工范围内沿垂直于隧道方向布置降水井，并在基坑内设置临时排水明沟及集水井，双向的盾构隧道之间和两侧均纵向设置成列布置的抗拔桩，基坑内施作混凝土压板四部分配合构成；

所述隧道洞内加固结构包括设置于隧道洞内的支持机构和置于盾构施工范围内隧道周边的注浆加固区，其中，支撑机构包括设置于盾构施工范围内的环管片内壁的钢环梁和嵌设在每个钢环梁内的八角支撑架，沿隧道纵向的钢环梁之间通过H型钢相连接，所述钢环梁由外层连续钢板和内层连续钢板构成，在外层连续钢板与内层连续钢板之间设置有等间距的肋板，且外层连续钢板和内层连续钢板均由至少四片连续钢板构成，每片连接钢板之间相焊接，外层连续钢板和内层连续钢板的仰拱处则通过第一连接组件连接固定。

2.根据权利要求1所述的一种盾构隧道上方河流拓浚控制盾构隧道变形的加固体系，其特征在于，所述降水井采用自流深井，垂直于隧道方向布置12口，每口降水井包括有外至内设置的实管和排水管，在排水管与实管之间由上至下依次设置有滤水管和沉淀管，所述排水管的上端接排出水口，其下端接深井泵，所述实管与降水井内壁之间由上至下依次设置有由粘土球堆积形成的粘土层、不透水层和反滤层，所述不透水层上端面与滤水管上端面齐平，所述反滤层内填充有反滤料。

3.根据权利要求2所述的一种盾构隧道上方河流拓浚控制盾构隧道变形的加固体系，其特征在于，所述降水井的内径为Φ800mm；所述实管的内径为Φ300mm，所述排水管的直径为Φ89mm，所述实管、滤水管和沉淀管均采用钢管，其中，滤水管外径为Φ300mm，侧壁上钻有滤水孔，其孔径为Φ16mm，孔距Φ50mm，呈梅花状交错布置。

4.根据权利要求1所述的一种盾构隧道上方河流拓浚控制盾构隧道变形的加固体系，其特征在于，所述抗拔桩包括钻孔灌注桩和咬合桩，所述钻孔灌注桩设置于双向的盾构隧道之间，其桩长为30m,距离盾构隧道1.5m～2.8m；所述咬合桩设置于双向的盾构隧道的两侧，两侧的咬合桩的顶部设置有呈矩形的冠梁，两侧的冠梁之间设置有C40钢筋砼压板以及位于C40钢筋砼压板底面的C20素砼垫层；所述咬合桩包括包括素桩和荤桩，施工时，先施工相邻的素桩，然后在素桩之间插入荤桩；在咬合桩荤桩侧壁预埋注浆管，其包括从桩顶往下5m处设置的竖向注浆管，以及横向每隔1.5m设置一道的横向注浆管，所述横向注浆管与竖向注浆管焊缝高度≥8mm。

5.根据权利要求1所述的一种盾构隧道上方河流拓浚控制盾构隧道变形的加固体系，其特征在于，所述外层连续钢板与内层连续钢板之间还设置有加劲肋，每隔300mm设置一道，所述加劲肋位于肋板的两端并与肋板相焊接；

所述第一连接组件包括与外层连续钢板和内层连续钢板的两端部分别焊连接的钢板，两个钢板之间设置有密封块和U型钢板，所述密封块位于两个钢板的下端并与外层连续钢板齐平，所述U型钢板位于两个钢板的上端并与钢板焊接固定，所述两个钢板之间通过紧固螺栓旋紧固定。

6.根据权利要求1所述的一种盾构隧道上方河流拓浚控制盾构隧道变形的加固体系，其特征在于，所述注浆加固区是通过置于盾构施工范围内环管片上的多个二次注浆孔向环管片背后注浆形成的窑洞型加固区，位于环管片上半部分的注浆加固区深度为1.5m，位于环管片下半部分的注浆加固区深度为3.0m。

7.根据权利要求1所述的一种盾构隧道上方河流拓浚控制盾构隧道变形的加固体系，其特征在于，所述八角支撑架包括设置于钢环梁之间的两根竖向型钢，两根竖向型钢之间通过第二连接组件固定连接有至少两根第一水平型钢，两根竖向型钢与钢环梁之间分别设置有至少两根第二水平型钢，所述第二水平型钢通过第二连接组件与竖向型钢连接；

所述第二连接组件包括加固板和L型连接板，所述加固板端部与竖向型钢相焊接，其表面通过高强度螺栓与第一水平型钢或第二水平型钢的腹壁实现连接，所述L型连接板的竖直段和水平段通过高强度螺栓分别与竖向型钢的侧翼和第一水平型钢或第二水平型钢的侧翼实现连接。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的一种盾构隧道上方河流拓浚控制盾构隧道变形的加固体系的构建方法，其特征在于，该构件方法包括以下步骤：

步骤S1：河道临时导截流施工；

在基坑上、下游设置围堰，侧边开挖导流明渠将河道临时导流后，抽干上、下游围堰之间的河水；

步骤S2：整平场地标高至13.5m，施作三轴水泥搅拌桩和袖阀管注浆，进行土体加固；

S201:采用850@600mm三轴搅拌桩按照由前排往后排顺序打对土体进行满堂加固，加固区分为强加固区和弱加固区，弱加固区包裹于强加固区外侧，加固强加固区时，水泥参量20％，加固弱加固区时，水泥参量7％，强加固区和弱加固区底面均进入卵砾石层1m；

S202：袖阀管注浆液采用1:1水泥浆，注浆压力0.3～0.5Mpa，加固隧道结构外弧2m范围内的土体；

步骤S3：采用降水井和基坑内明排相结合的方式进行基坑降排水；

降水井采用自流深井，沿垂直于隧道方向布置12口，每口降水井包括有外至内设置的实管和排水管，在排水管与实管之间由上至下依次设置有滤水管和沉淀管，所述排水管的上端接排出水口，其下端接深井泵，所述实管与降水井内壁之间由上至下依次设置有由粘土球堆积形成的粘土层、不透水层和反滤层，所述不透水层上端面与滤水管上端面齐平，所述反滤层内填充有反滤料；

步骤S4：沿隧道纵向100m范围内施作洞内支撑结构加固和砂袋或土袋压重；

步骤S5：施作抗拔桩；

S501：抗拔桩包括钻孔灌注桩和咬合桩两部分，所述钻孔灌注桩设置于双向的盾构隧道之间，其桩长为30m,距离盾构隧道1.5m～2.8m，采用全套管施工成孔，并采用分批跳孔施作，施工时按每间隔3孔施作；

S502：所述咬合桩设置于双向的盾构隧道的两侧，所述咬合桩包括包括素桩和荤桩，施工时先施工相邻的素桩，然后在已完成的素桩之间插入荤桩；

S503：为增加地层整体性，在咬合桩荤桩侧壁预埋注浆管，从桩顶往下5m处设置竖向注浆管，横向每隔1.5m设置一道横向注浆管，横向注浆管与竖向注浆管焊缝高度≥8mm；注浆液采用1:1水泥浆液，注浆终压为2～3Mpa，每孔注浆约3～3.5m³，注浆半径为1m；

步骤S6：分仓开挖基坑并施作混凝土压板结构；

S601：采用分层放坡、对称开挖的方式进行土方开挖；土方开挖分为四层开挖，前三层采用放坡开挖，第四层采用抽条对称开挖，从中间向两侧对称抽槽跳仓开挖；

S602：单槽开挖到底后，迅速吊装提前绑扎好的钢筋笼，然后浇筑槽内条形压板；

步骤S7：混凝土压板施工完成且达到设计强度后，卸除洞内压重砂袋或土袋、拆除洞内临时支撑机构，待隧道变形观测基本稳定后，拆除临时围堰、回填导流明渠，恢复河道。

9.根据权利要求1所述的一种盾构隧道上方河流拓浚控制盾构隧道变形的加固体系的构建方法，其特征在于，在上述步骤S4中，洞内支撑结构和砂袋或土袋压重施工过程如下：

S401：在洞内配重前，通过环管片上的多个二次注浆孔向环管片背后注浆形成的窑洞型的注浆加固区，位于环管片上半部分的注浆加固区深度为1.5m，位于环管片下半部分的注浆加固区深度为3.0m；

S402：拼装钢环梁；

钢环梁由外层连续钢板和内层连续钢板构成，在外层连续钢板与内层连续钢板之间设置有等间距的肋板，且每隔300mm设置一道加劲肋，加劲肋位于肋板的两端并与肋板相焊接，外层连续钢板和内层连续钢板均由至少四片连续钢板构成，每片连接钢板之间相焊接，外层连续钢板和内层连续钢板的仰拱处则通过第一连接组件连接固定，钢环梁结构由现场加工后，紧贴环管片内壁安装，混凝土压板下每隔2环管片设1榀钢环梁，除此之外，每隔4环管片设1榀钢环梁；沿隧道纵向的钢环梁之间通过H型钢相连接，且沿着钢环梁圆周方向对称设置有四根；

S403：搭设八角支撑架；

每安装一榀钢环梁，紧接着搭建一榀八角支撑架，八角支撑架嵌设在钢环梁内，对钢环梁进行支撑，八角支撑架包括设置于钢环梁之间的两根竖向型钢，两根竖向型钢之间通过第二连接组件固定连接有至少两根第一水平型钢，两根竖向型钢与钢环梁之间分别设置有至少两根第二水平型钢，所述第二水平型钢通过第二连接组件与竖向型钢连接；

S404：隧道内堆砂袋或土袋配重，配重256kN/m，洞内预留不小于2m高的施工高度。

10.根据权利要求9所述的一种盾构隧道上方河流拓浚控制盾构隧道变形的加固体系的构建方法，其特征在于，

所述第一连接组件包括与外层连续钢板和内层连续钢板的两端部分别焊连接的钢板，两个钢板之间设置有密封块和U型钢板，所述密封块位于两个钢板的下端并与外层连续钢板齐平，所述U型钢板位于两个钢板的上端并与钢板焊接固定，所述两个钢板之间通过紧固螺栓旋紧固定；

所述第二连接组件包括加固板和L型连接板，所述加固板端部与竖向型钢相焊接，其表面通过高强度螺栓与第一水平型钢或第二水平型钢的腹壁实现连接，所述L型连接板的竖直段和水平段通过高强度螺栓分别与竖向型钢的侧翼和第一水平型钢或第二水平型钢的侧翼实现连接。

Images