CN113323689A - 盾构始发端头加固结构及盾构机始发方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种盾构始发端头加固结构及盾构机始发方法，所述盾构始发端头加固结构包括由内向外依次设置的加固区、冻结区、地连墙、洞门钢环及短套箱，所述冻结区位于所述加固区与所述地连墙的交界处，且所述冻结区采用垂直冻结法施工而成，所述洞门钢环设置于所述地连墙上，所述短套箱位于所述洞门钢环的外侧且与洞门钢环连接，所述短套箱及所述洞门钢环的内壁上均设置有至少一道盾尾钢丝刷。通过结合垂直冻结加短套管以及至少两道盾尾钢丝刷形成的盾构始发端头加固结构，有效降低了盾构机始发前及始发进洞过程中易发生涌水涌沙、路面塌方等风险，且能适用不同的施工环境，克服了现有的盾构洞门防水装置在通用性及兼容性上的不足。

Description

盾构始发端头加固结构及盾构机始发方法

技术领域

本发明涉及盾构工程建造技术领域，尤其涉及一种盾构始发端头加固结构及盾构机始发方法。

背景技术

在盾构始发及接收准备工作中，采用帘布橡胶板和扇形板防水装置及方法是较为成熟的施工工艺，这种洞门始发及接收防水装置组合使用，为盾构始发及接收阶段进行洞门止水，帘布橡胶板作为盾构始发及接收进出洞门的第一道止水装置，通常由模具分块压制，然后连接成一整框，帘布橡胶板为内翻式结构，可以与盾构机壳体进行环绕贴合，是一个比较可靠的防水装置。

扇形板作为盾构始发及接收进出洞门的第二道止水装置，其材质为钢板，扇形板加工根据安装条件，分段制作，由固定板、翻板和销套焊接成一体，然后插入销轴，通过膨胀螺栓固定在洞门钢环上。

通过帘布橡胶板和扇形板组合使用的防水工艺，可以满足盾构机始发阶段，盾构机进入洞门不易发生涌水涌砂等重大工程风险。但是在盾构机始发进洞前，地墙与加固区之间易发生坍塌、涌水涌沙、路面塌方等风险，盾构机始发进洞阶段，盾构机壳体和洞门钢环防水装置之间的空隙，极易发生洞门涌水涌沙、路面塌方等风险，需要采取有效措施确保盾构始发的安全。

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及盾构机始发方法，一方面有效降低了盾构机始发前及始发进洞过程中易发生涌水涌沙、路面塌方等风险，满足了对盾构机始发端头安全的需要，另一方面能够适应不同的盾构机、管片尺寸类型，在不同的土层地质条件下，均可灵活安装使用，克服了现有的盾构洞门防水装置在通用性及兼容性上的不足。

为了达到上述目的，本发明提供了一种盾构始发端头加固结构，包括由内向外依次设置的加固区、冻结区、地连墙、洞门钢环及短套箱，所述冻结区位于所述加固区与所述地连墙的交界处，且所述冻结区采用垂直冻结法施工而成，所述洞门钢环设置于所述地连墙上，所述短套箱位于所述洞门钢环的外侧且与洞门钢环连接，所述短套箱及所述洞门钢环的内壁上均设置有至少一道盾尾钢丝刷。

可选的，所述冻结区内设置有至少两排沿竖向分布的冻结孔。

可选的，所述冻结区的厚度不小于2m。

可选的，所述冻结区与所述地连墙的交界处的温度不高于-5℃。

可选的，每道所述盾尾钢丝刷均包括多个盾尾钢丝刷，多个所述盾尾钢丝刷沿所述短套箱及所述洞门钢环的内壁周向设置并焊接成环。

可选的，所述盾尾钢丝刷的内部填充有盾尾油脂。

可选的，所述短套箱及所述洞门钢环的内壁上均设置有一道盾尾钢丝刷，所述短套箱沿周向预留有多个注浆孔，所述注浆孔位于两道所述盾尾钢丝刷之间。

可选的，所述短套箱与所述洞门钢环的直径相同。

基于此，本发明还提供了一种盾构机始发方法，，包括：

在加固区与地连墙的交界处进行冻结法施工，并形成一冻结区；

在洞门钢环的外侧安装短套箱；

在所述洞门钢环及所述短套箱的内壁上分别焊接一道盾尾钢丝刷；

驱动盾构机始发进洞。

可选的，驱动盾构机始发进洞的步骤具体包括：

对洞门进行凿除，驱动所述盾构机掘进，在盾构机掘进的过程中，预先拔除所述盾构机运行前方的冻结管；

封闭所述洞门；

停止冻结加固。

在本发明提供的一种盾构始发端头加固结构及盾构机始发方法中，通过结合垂直冻结加短套管以及止水两道盾尾钢丝刷形成的盾构始发端头加固结构，有效降低了盾构机始发前及始发进洞过程中易发生涌水涌沙、路面塌方等风险，满足了对盾构机始发端头安全的需要。此外，本发明提供的盾构始发端头加固结构能够适应不同的盾构机、管片尺寸类型，以及不同的土层地质条件下，均可灵活安装使用，克服了现有的盾构洞门防水装置在通用性及兼容性上的不足。

附图说明

图1为本发明实施例提供的盾构始发端头加固结构的示意图；

图2为本实施例提供的盾构机始发方法的步骤图。

附图中：

10-加固区；20-冻结区；21-冻结孔；30-地连墙；31-内衬墙；40-洞门钢环；50-短套箱；60-盾尾钢丝刷；70-注浆孔；

具体实施方式

正如背景技术所述，通过帘布橡胶板和扇形板组合使用的防水工艺，可以满足盾构机始发阶段，盾构机进入洞门不易发生涌水涌砂等重大工程风险。但是在盾构机始发进洞前，地墙与加固区之间易发生坍塌、涌水涌沙、路面塌方等风险，盾构机始发进洞阶段，盾构机壳体和洞门钢环防水装置之间的空隙，极易发生洞门涌水涌沙、路面塌方等风险，需要采取有效措施确保盾构始发的安全。

盾构始发端头常用的加固方式有深层搅拌法、高压旋喷法、SMW工法、冻结法、注浆法、素混凝土灌注桩法和降水法等。土体加固可以采用一种或多种工法相结合的加固手段。加固方式可以分为以下两大类：化学加固方式(高压旋喷法、深层搅拌法、注浆法素混凝土灌注桩法等)及物理加固方式(冻结法、降水法等)，对于软土地区，当受地面环境限制无法进行搅拌桩和旋喷桩施工，或是在化学加固后探孔时发现有严重的漏水漏砂现象时，可采用垂直冻结法进行加固。垂直冻结法采用板状冻结加固理论设计，在盾构隧道端头布置一定数量的垂直冻结孔，经冻结后在洞门处形成板状冻土帷幕来抵抗盾构破壁时的水土压力，防止土层塌落和泥水涌入盾构工作井内。

基于此，本发明的核心思想在于提供一种盾构始发端头加固结构及盾构机始发方法，所述构始发端头加固结构包括由内向外依次设置的加固区、冻结区、地连墙、洞门钢环及短套箱，所述冻结区位于所述加固区与所述地连墙的交界处，且所述冻结区采用垂直冻结法施工而成，所述洞门钢环设置于所述地连墙上，所述短套箱位于所述洞门钢环的外侧且与洞门钢环连接，所述短套箱及所述洞门钢环的内壁上均设置有至少一道盾尾钢丝刷。通过结合垂直冻结加短套管以及止水两道盾尾钢丝刷形成的盾构始发端头加固结构，有效降低了盾构机始发前及始发进洞过程中易发生涌水涌沙、路面塌方等风险，满足了对盾构机始发端头安全的需要。此外，本发明提供的盾构始发端头加固结构能够适应不同的盾构机、管片尺寸类型，以及不同的土层地质条件下，均可灵活安装使用，克服了现有的盾构洞门防水装置在通用性及兼容性上的不足。

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征。

请参照图1，图1为本发明实施例提供的盾构始发端头加固结构的示意图。本实施例提供了一种盾构始发端头加固结构，用于对盾构始发端头进行加固，包括由内向外依次设置的加固区10、冻结区20、地连墙30、洞门钢环40及短套箱50，所述冻结区20位于所述加固区10与所述地连墙30的交界处，且所述冻结区20采用垂直冻结法施工而成，所述洞门钢环40设置于所述地连墙30上，所述短套箱50位于所述洞门钢环40的外侧且与洞门钢环40连接，所述短套箱50及所述洞门钢环40的内壁上均设置有至少一道盾尾钢丝刷60。

需注意的是，本申请中以及的“内”、“内侧”、“外”及“外侧”均是以盾构始发的洞口进行限定，所述“内”及“内侧”为沿所述洞口往里的方向，所述“外”及“外侧”为沿所述洞口往外的方向。

具体的，所述地连墙30为所述盾构始发端头的围护结构。较佳的，所述地连墙30靠近洞口的一侧还可以设置内衬墙31，所述洞门钢环40设置于内衬墙31上。本实施例中，所述加固区10可采用三轴旋喷搅拌桩围护而成，可以采用其他的加固方法，例如深层搅拌法、高压旋喷法，本申请对此不作任何限制。

由于在盾构机始发进洞前，地连墙30与加固区10之间易发生坍塌、涌水涌沙、路面塌方等风险，故本申请通过在所述加固区10与所述地连墙30的交界处设置冻结区20，能够有效地对所述地连墙30与所述加固区10之间的土体进行加固，以避免坍塌、涌水涌沙、路面塌方等风险。

进一步的，所述冻结区20内设置有至少两排沿竖向分布的冻结孔21。本实施例中，冻结孔21两排共29个，排距为1.0m，相邻的两个冻结孔21之间的间距为800mm，所述冻结区20还设置有4个测温孔。较佳的，所述冻结区20的厚度不小于2m。应当理解的是，所述厚度是指冻结区20的有效厚度。

采用垂直冻结法施工的步骤大致如下：

1)采用地质钻机进行钻孔，对每个成孔进行孔位侧斜与纠偏，将冻结管下入地层后进行试压；

2)冻结制冷系统安装：将冻结站布置于地面冻结平台上，对冻结设备进行选型，并进行管路连接、保温，再溶解氯化钙和机组充氟加油；

3)积极冻结与维护冻结：设备安装完毕后进行调试，检查确认电路系统、冷却水循环系统、盐水循环系统运行参数正常后开冷冻机，冷冻机先空转1～3h，再逐步调节能量、压力、温度和电机负荷状态参数，使机组在有关设备规程和运行要求的技术参数条件下运行；

4)冻结监测：在竖井内外分别设置测温孔，井内设置井位观察孔，施工过程中采用实施监测系统对土体温度进行监测；通过支路盐水去回路温差及流量监测冻结期工作状态；采用钢弦式传感器固定在冻结壁内的测温管上监测冻胀压力；

5)开挖条件判定：积极冻结时间不小于30天，平均冻土温度-10℃，；根据测温孔测温数据，冻土壁平均温度和厚度达到设计要求值，并写出分析报告；打探孔检查，探孔位置选在冻结孔21间距较大处或冻结有异常处；

(6)冻结管处理：采用风镐掘进，在掘进施工中根据揭露土体的加固效果及施工监测信息，及时调整开挖方式；开挖的同时将土方搁置在预制土斗内，随挖随吊走，开挖过程中注意保护冻结管，每恢复一个冻结管方可进行下个冻结管的割除恢复作业；

7)解冻后融沉注浆处理：采用自然解冻，在停冻后，应立即割除墙壁上不用的孔口管和冻结管；停冻、解冻及冻结孔21封孔后进行衬砌后充填注浆。

较佳的，所述冻结区20与所述地连墙30的交界处的温度不高于-5℃。

较佳的，所述短套箱50与所述洞门钢环40的直径相同。所述短套箱50与所述洞门钢环40可通过焊接、螺纹连接等方式进行连接，本申请对此不作任何限制。

请继续参照图1，每道所述盾尾钢丝刷60均包括多个盾尾钢丝刷60，多个所述盾尾钢丝刷60沿所述短套箱50及所述洞门钢环40的内壁周向设置并焊接成环。所述盾尾钢丝刷60用于防止水、砂、土及压注材料从盾尾进入始发井内。

本实施例中，盾构始发前，有关技术部门根据盾构始发的工况，对盾构施工工况进行细化，对于洞门钢环40外安装短套箱50的长度、尺寸、钢板厚度及盾尾钢丝刷60焊接位置进行设计，为洞门外接短套箱50焊接施工提供施工依据。所述短套箱50的宽度为50cm，在短套箱50安装完成后，进行短套箱50内的盾尾钢丝刷60和洞门钢环40内的盾尾钢丝刷60焊接作业，每道盾尾钢丝刷60长度均为42cm，焊接成环。

较佳的，所述盾尾钢丝刷60的内部填充有盾尾油脂。所述盾尾油脂具有密封和润滑作用，可有效地保护盾尾和隔绝泥浆，保障盾构顺利推进，对盾构有防蚀和减少磨损的效果。本实施例中，所述盾尾油脂为手涂型盾尾油脂。

较佳的，所述短套箱50及所述洞门钢环40的内壁上均设置有一道盾尾钢丝刷60，所述短套箱50沿周向预留有多个注浆孔70，所述注浆孔70位于两道所述盾尾钢丝刷60之间的腔体内。通过所述注浆孔70可在盾尾钢丝刷60之间的腔体进行后期填充注浆，可以有效地防止地下水、泥沙等从洞门钢环40和管片的空隙中流入始发井内。此外，所述注浆孔70还可以用于应急注浆。

本实施例中，所述注浆孔70为12个，12个所述注浆孔70沿所述短套箱50的轴向均匀分布。当然，本申请对于所述注浆孔70的数量以及分布方式不作任何限制。

基于此，请参照图2，并结合图1。本申请还提供了一种盾构机始发方法，包括以下步骤：

S1、在加固区10与地连墙30的交界处进行冻结法施工，并形成一冻结区20；

S2、在洞门钢环40的外侧安装短套箱50；

S3、在所述洞门钢环40及所述短套箱50的内壁上分别焊接一道盾尾钢丝刷60；

S4、驱动盾构机始发进洞。

首先执行步骤S1，在加固区10与地连墙30的交界处进行冻结法施工，并形成一冻结区20，所述冻结区20采用垂直冻结法施工而成，用于在所述加固区10与所述地连墙30之间形成一道止水帷幕。

然后执行步骤S2，在洞门钢环40的外侧安装短套箱50，所述短套箱50与所述洞门钢环40的直径相同，其宽度可略小于所述洞门钢环40，所述短套箱50与所述洞门钢环40可通过焊接进行连接。

然后执行步骤S3，在所述洞门钢环40及所述短套箱50的内壁上分别焊接一道盾尾钢丝刷60，每道所述盾尾钢丝刷60均包括多个盾尾钢丝刷60，多个所述盾尾钢丝刷60沿所述短套箱50及所述洞门钢环40的内壁周向设置并焊接成环。

较佳的，预先在2道盾尾钢丝刷60上涂满手涂盾尾油脂，填充盾构机外壳和盾尾钢丝刷60之间的缝隙。

较佳的，所述短套箱50沿周向预留有多个注浆孔70，所述注浆孔70位于两个所述盾尾钢丝刷60之间，通过所述注浆孔70可在盾尾钢丝刷60之间进行后期填充注浆，可以有效地防止地下水、泥沙等从洞门钢环40和管片的空隙中流入始发井内。

最后执行步骤S4，驱动盾构机始发进洞。

所述S4具体包括以下步骤：

对洞门进行凿除，驱动所述盾构机掘进，在盾构机掘进的过程中，预先拔除所述盾构机运行前方的冻结管；

封闭所述洞门；

停止冻结加固。

本实施例中，洞门凿除完成，进行洞门位置的垂直冻结管拔除，盾构机恢复掘进，刀盘低速旋转进入冷冻加固体，长度2.5m，共3环(-5环、-4环和-3环)，在穿越冻结加固区10刀盘不停转。

本实施例中，封闭洞门的弧形钢板宽度25cm，共分为30块，将短套箱50外侧壁与+1环背负钢板进行满焊焊接，扇形板和橡胶帘布板分块拆除，将洞门钢板焊接完成，封闭整个洞门。

本实施例中，盾构机始发正常推进刀盘穿越冻结加固区10后，洞门钢板焊接完成后，根据指令单要求停止冻结，拆除冻结管路。

综上，本发明实施例提供了一种盾构始发端头加固结构及盾构机始发方法，通过结合垂直冻结加短套管以及至少两道盾尾钢丝刷形成的盾构始发端头加固结构，有效降低了盾构机始发前及始发进洞过程中易发生涌水涌沙、路面塌方等风险，满足了对盾构机始发端头安全的需要。此外，所述盾构始发端头加固结构适应不同的盾构机、管片尺寸类型，以及不同的土层地质条件下，均可灵活安装使用，克服了现有的盾构洞门防水装置在通用性及兼容性上的不足。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种盾构始发端头加固结构，其特征在于，包括由内向外依次设置的加固区、冻结区、地连墙、洞门钢环及短套箱，所述冻结区位于所述加固区与所述地连墙的交界处，且所述冻结区采用垂直冻结法施工而成，所述洞门钢环设置于所述地连墙上，所述短套箱位于所述洞门钢环的外侧且与洞门钢环连接，所述短套箱及所述洞门钢环的内壁上均设置有至少一道盾尾钢丝刷。

2.如权利要求1所述的盾构始发端头加固结构，其特征在于，所述冻结区内设置有至少两排沿竖向分布的冻结孔。

3.如权利要求1所述的盾构始发端头加固结构，其特征在于，所述冻结区的厚度不小于2m。

4.如权利要求1所述的盾构始发端头加固结构，其特征在于，所述冻结区与所述地连墙的交界处的温度不高于-5℃。

5.如权利要求1所述的盾构始发端头加固结构，其特征在于，每道所述盾尾钢丝刷均包括多个盾尾钢丝刷，多个所述盾尾钢丝刷沿所述短套箱及所述洞门钢环的内壁周向设置并焊接成环。

6.如权利要求5所述的盾构始发端头加固结构，其特征在于，所述盾尾钢丝刷的内部填充有盾尾油脂。

7.如权利要求1所述的盾构始发端头加固结构，其特征在于，所述短套箱及所述洞门钢环的内壁上均设置有一道盾尾钢丝刷，所述短套箱沿周向预留有多个注浆孔，所述注浆孔位于两道所述盾尾钢丝刷之间。

8.如权利要求1所述的盾构始发端头加固结构，其特征在于，所述短套箱与所述洞门钢环的直径相同。

9.一种盾构机始发方法，其特征在于，包括：

在加固区与地连墙的交界处进行冻结法施工，并形成一冻结区；

在洞门钢环的外侧安装短套箱；

在所述洞门钢环及所述短套箱的内壁上分别焊接一道盾尾钢丝刷；

驱动盾构机始发进洞。

10.如权利要求9所述的盾构机始发方法，其特征在于，驱动盾构机始发进洞的步骤具体包括：

对洞门进行凿除，驱动所述盾构机掘进，在盾构机掘进的过程中，预先拔除所述盾构机运行前方的冻结管；

封闭所述洞门；

停止冻结加固。

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