CN113494294B - 一种盾构始发或到达端头加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构始发或到达端头加固方法，其通过在盾构端头施工素混凝土地下连续墙，以下简称素墙，并在待加固区域内埋设降水管后再采用注浆法加固土体，素墙形成帷幕结构对外部土体起支护作用，使得盾构端头在隧道的开挖过程中不易坍塌，同时，待加固土体中的水流至降水管内，并经降水管排出至地表，使得待加固土体的含水量由高变低，起到良好的止水效果，使得后续在注浆加固土体的过程中不会出现涌水、浆液外溢、流失等现象，确保端头加固体加固质量验收达标。

Description

一种盾构始发或到达端头加固方法

技术领域

本发明涉及盾构隧道施工工程的技术领域，尤其是涉及一种盾构始发或到达端头加固方法。

背景技术

在地铁的建设工程中，盾构作为隧道施工的智能化施工机械被广泛应用。盾构机施工过程中，盾构的始发和接收容易发生地表变形过大甚至坍塌等事故，尤其是端头加固未能达到设计要求或加固失效时，极易引发安全事故，盾构端头加固稳定与否直接影响盾构始发和到达安全。

目前的盾构端头加固主要采用注浆法和高压旋喷桩法，但在高富水、渗透系数大的土层，如富水砂卵石层，采用注浆法或高压旋喷桩法加固盾构端头，不仅成孔困难，且在地下水的稀释作用下还易出现涌水，注浆外溢、流失等现象，达不到加固要求。

发明内容

为了有效减少富水土质盾构端头注浆加固过程中涌水、浆液外溢、流失等现象，本申请提供一种盾构始发或到达端头加固方法。

本申请提供的一种盾构始发或到达端头加固方法采用如下的技术方案：

一种盾构始发或到达端头加固方法，包括以下步骤：

S1、在盾构始发端头或盾构到达端头施工素混凝土地下连续墙，以下简称素墙，所述素墙与盾构井主体结构围合形成方形的待加固区域，所述素墙的下端凸出盾构井的外底壁设置；

S2、对所述素墙进行质量检测；

S3、当所述素墙的质量检测合格后，在所述待加固区域内并在隧道区域外埋设降水管，并使得埋设后的降水管的下端凸出素墙的下端设置；

S4、当地下水位下降后，采用注浆法加固所述待加固区域，并使得成型后的加固区域下端与素墙的下端齐平；

S5、在盾构井内打设水平探孔，所述水平探孔的数量不少于两个，至少有一个所述水平探孔需位于隧道下方，检测加固端头质量的同时，检测有无渗水；

S6、若加固端头质量达标且无渗水情况发生，往水平探孔内注浆以回填水平探孔，以保证加固端头结构稳定性；

S7、若加固端头质量未达标或出现渗水，则继续降水并进行补充注浆作业，直至加固端头质量达标且水平探孔无渗水情况发生，之后，重复S6；

S8、当端头加固完成后，将降水管取出并回填钻孔。

通过采用上述技术方案，素墙形成帷幕结构，不仅对外部土层起支护作用，以使得盾构端头在开挖隧道的过程中不易坍塌，而且素墙将盾构端头将待加固区域与外部土层分隔开，使得处于素墙深度范围内中的外部土层中的地下水不易渗入待加固区域4中。且降水管对待加固区域4的土层进行降水，降低土层含水量的同时，使得地下水不会渗入待加固土层内，从而在采用注浆法加固待加固区域4时不会出现涌水、浆液外溢、流失等现象，起到固结、稳定、止水的效果，进而确保端头加固体加固质量验收能够达标。通过开设水平探孔，取出的物料用于检测盾构端头加固后的施工质量，同时，通过观察水平探孔可获知加固后的土层是否渗水，以确保施工质量。

优选的，所述素墙厚度为0.5m，所述素墙的下端距离隧道外壁3m，所述素墙包括对称设置在隧道两侧的两面纵墙和固定在两面纵墙之间的横墙，所述纵墙的长度为9m，所述纵墙的外壁与隧道外壁之间的间距为3m。

优选的，所述降水管位于纵墙和横墙连接的转角处，所述降水管的下端距离隧道外壁4m；

通过采用上述技术方案，降水管深入土层的深度大于素墙深入土层的深度，位于隧道外壁下方4米范围内的土层内的水经降水管排出至地表，从而减小后续注浆钻孔过程中出现涌水的可能性。且被素墙阻隔的外部的深层土层内的水也会被降水管吸收，进一步降低待加固区域土层的含水量，起到较好的止水效果。

优选的，所述水平探孔伸入所述加固区域的长度不小于3m。

通过采用上述技术方案，使得取得的样品能够准确反映加固土层的施工质量，以确保施工安全。

优选的，所述降水管的侧壁镂空有若干通水孔，每个所述通孔水的外周均覆盖有凸块，所述凸块呈C型弯折设置，所述凸块的两端一上一下与降水管焊接固定。

通过采用上述技术方案，凸块通过通水孔与降水管连通并将通水孔遮挡，降低通水孔被泥沙堵住的可能性。

优选的，所述降水管包括活动杆和套设在活动杆外周的套管，所述活动杆与套管之间间隔设置有多组连接组件；所述套管包括多块圆周间隔分布在活动杆外周的弧形板，相邻所述弧形板均铰接有折叠板，若干所述凸块部分分布在所述弧形板上、部分分布在所述折叠板上；所述连接组件包括与活动杆滑动套接的滑套，所述滑套与每块弧形板之间均铰接有连接杆，所述活动杆上固定连接有多组固定环，所述固定环两两为一组，所述滑套滑动卡接在与其对应的一组固定环之间。

通过采用上述技术方案，使得降水管的管径可变化设置，不仅方便将降水管放入钻设的钻孔内，还便于将降水管从钻孔内取出，以便回收利用。当需将降水管从土层内取出时，利用吊机或卷扬机起吊活动杆，位于套管下方的固定环在跟随活动杆上移的过程中带动滑套上移，连接杆发生偏转，多块弧形板收拢，相应的，折叠板叠合，从而使得套管的管径缩小，以便将降水管带出。

优选的，所述活动杆的上端设置有外螺纹并螺纹连接有支架，当降水管放入钻孔内后，所述支架跨接在钻孔的外周并固定在地面。

通过采用上述技术方案，支架对活动杆提供支撑，当降水管放入钻孔内后，通过转动活动杆即可使活动杆的上移或下移，操作方便。

优选的，在埋设降水管之前，先在纵墙和横墙连接的转角处钻设孔径大于降水管最大管径的钻孔，当降水管放入钻孔内后，将降水管撑开并使其管径变化至最大，在降水管与钻孔之间的空隙内填充碎石。

通过采用上述技术方案，令降水管能够以最大管径的状态放置在钻孔内，有利于提高降水管的集水效率。且通过在降水管与钻孔之间的空隙内填充碎石，碎石充当过滤层，进一步降低通水孔内泥沙堵住的可能性。且凸块的设置，使得套管外壁与碎石层之间会存在间隙，从而有利于保证降水管的进水量。当降水管取出后，在回填钻孔的过程中，混凝土浆液与碎石混合，有利于提高盾构端头的结构强度。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.采用先施工素墙、然后埋设降水管、之后采用注浆法加固盾构端头，注浆加固过程中不会出现涌水、浆液外溢、流失等现象，确保端头加固体加固质量验收达标；

2.通过将钻孔的孔径大于降水管最大管径设置，并在降水管与钻孔之间的空隙内填充碎石，碎石充当过滤层，进一步降低通水孔内泥沙堵住的可能性；

3.通过将降水管的管径可变化设置，方便拆装降水管。

附图说明

图1是本申请中盾构端头加固水平平面图；

图2是本申请中盾构端头立面剖面图；

图3是本申请中降水管的结构示意图；

图4是本申请中降水管的截选图。

附图标记说明：

1、素墙；11、纵墙；12、横墙；2、盾构井；3、隧道；4、待加固区域；5、降水管；51、活动杆；52、套管；521、弧形板；522、折叠板；523、通水孔；524、凸块；53、支架；54、连接组件；541、滑套；542、连接杆；55、固定环；6、固定条；7、加强筋；8、水平探孔。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种盾构始发或到达端头加固方法。参照图1和图2，包括以下步骤：

S1、在盾构始发端头或盾构到达端头施工素混凝土地下连续墙以下简称素墙1，素墙1采用C20混凝土制成，素墙1的壁厚为0.5m，素墙1的上端与地面齐平，素墙1的下端凸出盾构井2的外底壁设置，素墙1的上端距隧道3外壁的距离为3m,素墙1的下端距隧道3外壁的距离为3m。

素墙1与盾构井2的主体结构形成方形的待加固区域4，素墙1包括对称分布在隧道3挖掘方向两侧的两面纵墙11和固定在两面纵墙11远离盾构井2一端的横墙12，纵墙11的长度为9m，纵墙11的外壁与隧道3外壁之间的间距为3m。

具体地，素墙1施工包括测量放线、修筑导墙、建立泥浆系统、成槽施工、混凝土浇筑；

S1.1、修筑导墙时，在现场测量放线后划定的区域内挖出宽度为1m、深度为1.2～1.5m的沟槽，在沟槽槽壁修筑厚度为0.25m的钢筋混凝土导墙，并使得成型后的导墙高出施工地面10～15cm，以使得地表水不会流入沟槽内，以保证后续泥浆护壁的成型质量；导墙的作用是作为挖掘机的导向、容蓄泥浆及防止地表土坍塌。

S1.2、建立泥浆系统包括新鲜泥浆配制步骤、新鲜泥浆储存步骤和泥浆循环步骤。

S1.3、成槽施工包括槽段开挖步骤和清楚槽底污泥和残渣步骤；

挖槽前，对素墙1划分为多段施工槽段，每段槽段长度为4～6m，进行槽段开挖步骤时，采用液压抓斗成槽机抓土，并先挖两边再挖中间。在挖槽期间，需将配制好的泥浆注入槽内，以维护槽壁的稳定，同时泥浆还有悬浮土渣携带出地面的功能。

在槽段开挖结束后，进行槽段的清底换浆工作，以清除槽底沉渣，直到沉渣厚度符合设计要求为止。

S1.4、进行混凝土浇筑之前，需利用吊机下放直径与槽宽相等的锁口管，锁口管位于墙段的端部，利用吊机吊住导管并使得导管的上口高出导墙的顶面0.5m并与料斗相连，采用两根导管和两个料斗同时进行浇筑。当混凝土初凝后，将锁口管拔出，使得墙段端部形成半凹榫状接状，从而使得分段施工后形成的素墙1强度更高。

S2、对素墙1进行质量检测。

S3、当素墙1的质量检测合格后，在待加固区域4内并在隧道3区域外埋设降水管5，降水管5设置有两根，两根降水管5分别位于两面纵墙11和横墙12连接的拐角处。降水管5的上端凸出地面设置，降水管5的下端凸出素墙1的下端设置，降水管5的下端距隧道3外壁的距离为4m。降水管5用于收集地下水，并利用抽水泵将降水管5收集的地下水排出至地表，有利于降低泥土含水量并降低地下水位，起到固结泥土、止水的效果。同时，降水管5安装在纵墙11和横梁的拐角处，使得被素墙1隔绝的外部土层的地下水不易从素墙1下方渗入待加固区域4的土层中，有利于后续加固端头。

参照图3和图4，降水管5的管径可变化设置，降水管5包括活动杆51和套设在活动杆51外周的套管52以及用于供活动杆51安装的支架53。支架53为十字架，活动杆51的一端设置有外螺纹，活动杆51设置有外螺纹的一端穿过支架53的中心并与支架53螺纹连接。活动杆51设置有外螺纹的一端垂直固定连接有两条固定条6，两条固定条6同轴设置，固定条6与活动杆51的外壁焊接固定有加强筋7。

套管52套设在活动杆51远离支架53的一端，套管52的内径大于活动杆51的直径，套管52与活动杆51同轴设置。活动杆51和与套管52之间设置有多组连接组件54，多组连接组件54沿活动杆51的长度方向间隔分布。

参照图4，套管52包括若干弧形板521，若干弧形板521以活动杆51的轴线为中心圆周均布，本申请实施例中弧形板521设置有四块，在其他实施例中弧形板521的数量还可以是五块、六块等。每块弧形板521均开设有若干通水孔523，每个通水孔523的外周均覆盖有凸块524，凸块524呈C型弯折设置，凸块524的两端一上一下与弧形板521焊接固定，凸块524的腹板将通水孔523遮挡。相邻弧形板521之间均铰接有折叠板522，折叠板522由多块钢板并排铰接而成。每块折叠板522上也开设有若干通水孔523，位于折叠板522上的通孔水的外周也覆盖有凸块524。位于折叠板522上的凸块524与位于弧形板521上的凸块524结构一致，这里不再赘述。凸块524的设置，使得泥土不易通过通水孔523进入套管52内，有利于将套管52内收集的地下水导出。

参照图4，连接组件54包括套设在活动杆51上的滑套541，滑套541与活动杆51滑动连接，滑套541的外壁与每块弧形板521的内壁之间均铰接有连接杆542。

参照图4，活动杆51上同轴固定连接有多组固定环55，多组固定环55与多组连接组件54一一对应，固定环55两两为一组，滑套541位于与其对应的一组固定环55之间，位于同一组上的两个固定环55之间的间距大于滑套541的长度。

S3.1、在埋设降水管5之前，利用钻孔机在纵墙11和横墙12的拐角处钻设钻孔，钻孔的直径大于套管52撑开后的最大直径。

S3.2、当钻孔钻设完毕后，利用吊机将降水管5吊装入钻孔内后，将支架53利用螺栓固定在地面。转动活动杆51以使得活动杆51伸入套管52，位于滑套541上方的固定环55在跟随活动杆51下移的过程中带动滑套541下移。因弧形板521与孔底抵接，使得弧形板521逐渐被连接杆542撑开，相应的，折叠板522逐渐铺开，从而使得套管52的直径逐渐变大。当连接杆542运动至水平时，套管52的管径最大，此时，活动杆51的下端与孔底抵接，降水管5的进水量达到最大。

S3.2、在降水管5的外壁与钻孔的内壁之间的间隙内填充碎石。碎石将降水管5的外壁与钻孔的内壁之间的间隙填补，不仅起到过滤地下水的作用，还使得降水管5稳定的放置在钻孔内，同时，也便于后续将降水管5从钻孔内取出。

S4、当地下水位下降后，采用注浆法加固待加固区域4，并使得成型后的加固区域与素墙1的下端齐平。

注浆加固时，先利用钻机在待加固区域4内钻孔，钻孔过程中需注射泥浆以形成护壁，将注浆设备与注浆芯管连接后伸入钻孔内，采用分段下行注浆，浆液采用水泥加水玻璃浆液混合注浆，钻一段注一段，钻孔期间需详细记录钻杆节数，保证钻孔深度的准确，然后自下而上复注，能够有效控制浆液上冒。

S5、在盾构井2内打设水平探孔8，水平探孔8的数量不少于两个，水平探孔8打入加固区域的深度不少于3m，且至少有一个水平探孔8的开设位置需位于隧道3下方，检测加固端头质量的同时，检测有无渗水。本申请实施例中水平探孔8开设两个，两个水平探孔8均位于隧道3下方，两个水平探孔8分别位于隧道3两侧。

S6、若加固端头质量达标且无渗水情况发生，往水平探孔8内注浆以回填水平探孔8，以保证加固端头结构稳定性。

S7、若加固端头质量未达标或出现渗水，则继续降水并进行补充注浆作业，直至加固端头质量达标且水平探孔8无渗水情况发生，之后，重复S6。

S8、当端头加固完成后，取出降水管5并回填钻孔。

S8.1当回收降水管5时，转动活动杆51以使得活动杆51逐渐退出套管52，位于滑套541下方的固定环55带动滑套541上移，连接杆542发生偏转，从而使得弧形板521向内收缩，相应的，折叠板522逐渐叠合，以使得套管52的管径变小。套管52与钻孔之间的空隙变大，碎石松动，将吊绳绑接在活动杆51上，然后用吊机或卷扬机提拉吊绳，即可将降水管5从钻孔内取出。

S8.2、当降水管5从钻孔内取出后，利用注浆设备往钻孔内注射混凝土浆液，混凝土浆液与碎石接合以回填钻孔，使得盾构端头的结构强度得到保证。

本申请实施例一种盾构始发或到达端头加固方法的实施原理为：通过在盾构始发端头或到达端头测量画线后建造素墙1形成帷幕结构，不仅对外部土层起支护作用，以使得盾构端头在开挖隧道3的过程中不易坍塌。而且素墙1将待加固区域4土层与外部土层隔开，以使得处于素墙1深度范围内的外部土层中的地下水不易渗入待加固区域4的土层中。且降水管5将待加固区域4土层内的水排出，使得待加固区域4的土质由软便实，含水量由高便低，在后续注浆加固过程中，浆液易凝结，并在注浆加固过程中不会出现涌水、浆液外溢、流失等现象，确保端头加固体加固质量验收达标。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种盾构始发或到达端头加固方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、在盾构始发端头或盾构到达端头施工素混凝土地下连续墙，以下简称素墙(1)，所述素墙(1)与盾构井(2)主体结构围合形成方形的待加固区域(4)，所述素墙(1)的下端凸出盾构井(2)的外底壁设置；

S2、对所述素墙(1)进行质量检测；

S3、当所述素墙(1)的质量检测合格后，在所述待加固区域(4)内并在隧道(3)区域外埋设降水管(5)，并使得埋设后的降水管(5)的下端凸出素墙(1)的下端设置；

S4、当地下水位下降后，采用注浆法加固所述待加固区域(4)，并使得成型后的加固区域下端与素墙(1)的下端齐平；

S5、在盾构井(2)内打设水平探孔(8)，所述水平探孔(8)的数量不少于两个，至少有一个所述水平探孔(8)需位于隧道(3)下方，检测加固端头质量的同时，检测有无渗水；

S6、若加固端头质量达标且无渗水情况发生，往水平探孔(8)内注浆以回填水平探孔(8)，以保证加固端头结构稳定性；

S7、若加固端头质量未达标或出现渗水，则继续降水并进行补充注浆作业，直至加固端头质量达标且水平探孔(8)无渗水情况发生，之后，重复S6；

S8、当端头加固完成后，将降水管(5)取出并回填钻孔；

其中，所述降水管(5)的侧壁镂空有若干通水孔(523)，每个所述通水孔(523)的外周均覆盖有凸块(524)，所述凸块(524)呈C型弯折设置，所述凸块(524)的两端一上一下与降水管(5)焊接固定；

所述降水管(5)包括活动杆(51)和套设在活动杆(51)外周的套管(52)，所述活动杆(51)与套管(52)之间间隔设置有多组连接组件(54)；所述套管(52)包括多块圆周间隔分布在活动杆(51)外周的弧形板(521)，相邻所述弧形板(521)均铰接有折叠板(522)，若干所述凸块(524)部分分布在所述弧形板(521)上、部分分布在所述折叠板(522)上；所述连接组件(54)包括与活动杆(51)滑动套接的滑套(541)，所述滑套(541)与每块弧形板(521)之间均铰接有连接杆(542)，所述活动杆(51)上固定连接有多组固定环(55)，所述固定环(55)两两为一组，所述滑套(541)滑动卡接在与其对应的一组固定环(55)之间。

2.根据权利要求1所述的盾构始发或到达端头加固方法，其特征在于：所述素墙(1)厚度为0.5m，所述素墙(1)的下端距离隧道(3)外壁3m，所述素墙(1)包括对称设置在隧道(3)两侧的两面纵墙(11)和固定在两面纵墙(11)之间的横墙(12)，所述纵墙(11)的长度为9m，所述纵墙(11)的外壁与隧道(3)外壁之间的间距为3m。

3.根据权利要求2所述的盾构始发或到达端头加固方法，其特征在于：所述降水管(5)位于纵墙(11)和横墙(12)连接的转角处，所述降水管(5)的下端距离隧道(3)外壁4m。

4.根据权利要求1所述的一种盾构始发或到达端头加固方法，其特征在于：所述水平探孔(8)伸入所述加固区域的长度不小于3m。

5.根据权利要求1所述的盾构始发或到达端头加固方法，其特征在于：所述活动杆(51)的上端设置有外螺纹并螺纹连接有支架(53)，当降水管(5)放入钻孔内后，所述支架(53)跨接在钻孔的外周并固定在地面。

6.根据权利要求5所述的盾构始发或到达端头加固方法，其特征在于：在埋设降水管(5)之前，先在纵墙(11)和横墙(12)连接的转角处钻设孔径大于降水管(5)最大管径的钻孔，当降水管(5)放入钻孔内后，将降水管(5)撑开并使其管径变化至最大，在降水管(5)与钻孔之间的空隙内填充碎石。

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