CN114810110B - 一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系及施工方法，施工体系包括预埋钢环，预埋钢环锚固在盾构接收洞口外侧暗挖横通道的二衬结构内，其钢环内弧面固定安装有附加止水装置，其外环面上密封固定有可调支顶装置，其内环面内径范围内的暗挖横通道的初支结构与周侧的初支结构整体切割分离形成初支洞门，且初支洞门内侧设置有牵拉装置。本发明结构设计巧妙，能够在初支洞门切除时约束初支洞门的变形和位移，防止结构失稳发生危险，可以在不损害暗挖横通道初支结构对地层水土的支护和封闭功能前提下，实现洞口初支结构的安全凿除和盾构机的安全接收，从而保证了盾构机接收全过程的安全稳定。
Description
技术领域
本发明涉及隧道盾构施工技术领域，具体涉及一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系及施工方法。
背景技术
随着城市建设的发展，地铁施工占地困难的问题越来越突出。在盾构接收施工时，受占地和管线问题制约，常常无法施工明挖法盾构接收井，因此越来越多的工程采用暗挖横通道进行盾构机的接收。暗挖横通道一般处于地面建筑和地下管线密集区域，暗挖横通道施工时对地层存在扰动，暗挖横通道沿盾构前进方向的有效净空一般小于盾构机盾体长度，且暗挖横通道盾构接收洞口处为初支锚喷混凝土结构，刚度较差，在盾构接收端土体加固的过程中，初支锚喷结构容易受到注浆压力影响而变形，横通道施工完毕后，地下水控制措施停止，盾构接收施工面临地下水不利影响。因此，在暗挖横通道内接收盾构机的施工风险较常规地面接收井接收盾构机的风险更大。
盾构接收洞口支护结构对洞门位置地层有支护功能，同时对地层中的水土有封闭功能。通常情况下，支护结构都是采用钢筋混凝土结构，因为钢筋存在卡刀盘、卡螺旋的风险，需要采取措施剔除盾构接收洞门支护结构中的钢筋后才能进行盾构机的接收。现有的剔凿方法都会造成支护结构的破坏，进而破坏其对地层水土的支护功能和封闭功能。特别是当暗挖横通道盾构接收洞门所在地层有水有沙时，或者洞门对应位置地面建筑和地下管线密集时，凿除洞门和接收盾构机时容易发生洞门涌水、涌沙、塌方等事故，进而造成地面塌陷、管线断裂等次生事故的发生。
在盾构机采用明挖接收井接收时，洞口围护结构中可采用玻璃纤维筋代替钢筋，此种围护结构可以用盾构机刀盘直接开挖，但在刀盘开挖玻璃纤维筋混凝土时同样会破坏其支护作用和封闭作用。
特别是在暗挖横通道内进行洞口支护结构的凿除和接收盾构机施工时，由于初支结构的力学特点，上述施工的受限因素更多。在暗挖横通道内通常采用敞开式的分层分块凿除方法来凿除接收洞口初支结构，但是，当接收洞口处于有水有沙地层时，虽然洞门处土体经过加固，但由于加固效果的离散性，很难保证加固后的土体完全不存在薄弱面，因此，在凿除洞门过程中和凿除洞门之后，都存在因洞口涌水、涌沙而造成洞口塌方的风险。目前在暗挖横通道内接收盾构机，当地质状况和地面环境条件均良好时，多采用盾构机常压接收，即先凿除接收洞门处的初支结构，盾构机以零土压的方式穿过接收洞门进入横通道空间；当地质状况或地面环境条件不良时，多采用冷冻法对洞门周边土体进行冻结后常压接收，或采用密闭箱带压接收，即在暗挖横通道内洞门对应位置设置密闭箱，在密闭箱内预先填充土体，盾构机以土压平衡模式掘进进入密闭箱。然而，冷冻法通常需要75天左右，施工周期长、费用高，在盾构接收过程中盾体、管片与土体、洞门之间一旦形成过水通道，冻结体将在短时间内融化，从而失去支护和阻水作用，进而发生危险；当采用密闭箱接收时，为了避免洞门处初支结构中的钢格栅卡阻刀盘和螺旋，首先需要将初支结构彻底凿除，在凿除过程中会形成土体暴露，产生洞门塌方风险，其次，密闭箱长度通常需要大于盾体长度，受暗挖横通道内部空间狭小的限制，在暗挖横通道内部安装密闭箱、填充土体等作业十分困难，进而导致工期长、施工难度大的问题。
基于上述在横通道内凿除洞门初支结构和接收盾构机存在的诸多技术问题，尚未有相关的妥善解决方案，因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。
发明内容
本发明目的在于提出一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系及施工方法，以解决背景技术中所述的技术问题。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系，包括预埋钢环，所述预埋钢环锚固在盾构接收洞口外侧暗挖横通道的二衬结构内，其钢环内弧面固定安装有附加止水装置，其外环面上密封固定有可调支顶装置，其内环面内径范围内的暗挖横通道的初支结构与周侧的初支结构整体切割分离形成初支洞门，且初支洞门内侧设置有牵拉装置，所述可调支顶装置包括筒体状的支撑外壳，所述支撑外壳固定安装在暗挖横通道内，其开口一侧与预埋钢环密封相连，且支撑外壳与预埋钢环在初支洞门外侧形成一密封腔室，支撑外壳内部固定安装有支顶在初支洞门上的伸缩杆，且支撑外壳的壳体上设置有与密封腔室内部空间连通的平衡液注入管，所述牵拉装置包括若干根间隔穿设在初支洞门混凝土体上的易折式注浆管，所述易折式注浆管延伸至初支洞门迎土侧土体内并通过注入的固结型浆液与其杆体周侧的土体固结为一体，易折式注浆管采用避免卡阻盾构机螺旋机的设计方案制作，其管体能够被盾构机螺旋机铰断并挤压变形。
优选地，所述初支洞门周侧边缘处间隔设置有若干组固定装置，所述固定装置采用避免卡阻盾构机螺旋机的设计方案制作，在盾构机刀盘推动初支洞门前移时，固定装置能够自行受力脱落。
优选地，所述固定装置包括钢制U型座、四边形木块、连接杆、钉销和木楔，所述钢制U型座固定安装在预埋钢环的内弧面上，其开口朝向预埋钢环的轴心设置，其底座板为带有斜面的楔形板，且其底座板的厚度随着与初支洞门之间距离的变小而逐渐变薄，其两侧板之间通过连接杆转动安装有四边形木块，且连接杆对应设置于钢制U型座远离初支洞门的一侧，所述连接杆两端延伸至钢制U型座两侧板之外并通过钉销固定，所述四边形木块设置于钢制U型座的U型槽内，且其靠近钢制U型座底座板的一面对应设置为与钢制U型座底座板相匹配的斜面，其靠近初支洞门的一面与初支洞门之间留有一定间隙，且四边形木块与初支洞门之间通过楔入的木楔卡紧固定。
优选地，所述支撑外壳包括密封拼装的前端盖、前端外壳和后端外壳，所述前端外壳内侧通过固定架安装有若干根液压伸缩杆，且平衡液注入管对应设置于前端外壳顶部，所述液压伸缩杆通过贯穿前端盖的液压管线与支撑外壳外侧的液压站相连，其缸筒固定安装在固定架上，其活塞杆支顶在初支洞门上，且其活塞杆完全收纳至其缸筒内时，其活塞杆的杆头位于前端外壳范围内，所述后端外壳与预埋钢环密封相连，其顶部两侧对应开设有工作口，且工作口处安装有折页式弧形封板。
优选地，所述前端盖与暗挖横通道的二衬结构之间固定安装有加固斜撑。
优选地，所述易折式注浆管由若干段注浆管节通过连接箍拼接而成，单段注浆管节的长度小于盾构机螺旋机的叶片节距，其管节直径大于盾构机螺旋机叶片和外筒之间的间隙，其拉伸强度和屈服强度均小于盾构机螺旋机的扭矩，且连接箍的拉伸强度和屈服强度小于注浆管节的拉伸强度和屈服强度。
优选地，所述附加止水装置呈L形折板状，为不锈钢板、不锈钢丝和碳纤维布组成的复合止水结构。
优选地，所述附加止水装置包括前后间隔设置的两道。
另外，本发明还提供了上述一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系的施工方法，包括如下步骤：
步骤一，施作牵拉装置，在接收洞口范围内的初支结构上钻孔，在钻孔内打入易折式注浆管并通过易折式注浆管向周边土体注入固结型浆液；
步骤二，安装可调支顶装置，在暗挖横通道内安装固定可调支顶装置的支撑外壳和伸缩杆，支撑外壳前端与暗挖横通道结构连接固定，支撑外壳后端开口一侧与接收洞口处的预埋钢环密封固定，并在支撑外壳的壳体上安装固定平衡液注入管；
步骤三，调整伸缩杆的长度，使伸缩杆杆头支顶到接收洞口范围内的初支结构上；
步骤四，初支洞门切割，在可调支顶装置的支撑外壳内沿预埋钢环内缘将接收洞口范围内的初支结构整体切割分离使其与周侧的初支结构脱离形成初支洞门，并将切割缝隙回填封闭；
步骤五，随初支洞门切割进展，在已完成切割部位对应的预埋钢环内弧面上同步安装附加止水装置；
步骤六，封闭可调支顶装置的支撑外壳，并在支撑外壳内侧密封腔室内通过平衡液注入管注入平衡液，用以平衡盾构机推进过程中接收洞口附近地层中的水土压力；
步骤七，盾构机向前掘进，盾构机刀盘切除初支洞门迎土侧牵拉装置范围内的固结体；
步骤八，盾构机维持正常的掘进土压向前掘进，盾构机刀盘顶到初支洞门迎土侧的表面；
步骤九，盾构机顶着初支洞门继续前推，此时，可调支顶装置的伸缩杆同步回缩，伸缩杆与盾构机对初支洞门产生约束并将初支洞门夹住，防止初支洞门在前移过程中倾倒，盾构机前推过程中，支撑外壳内侧密封腔室中的平衡液通过初支洞门外周切割缝隙与盾构机土仓联通，随着盾构机的前推，间断性地打开盾构机螺旋机闸门，并间断性排出密封腔室里的平衡液，平衡液的排出速度与盾构机前推速度相匹配，通过维持平衡液的液面标高稳定来维持平衡压力的稳定，进而在盾构机前推过程中保持平衡液压力与接收洞口附近地层中的水土压力平衡；
步骤十，盾构机继续前推，盾构机盾体外壳接触到附加止水装置并与压紧的附加止水装置共同形成阻水结构，阻止接收洞口处地层中的水土流失；
步骤十一，在盾构机前推过程中，利用盾构机盾尾处的同步注浆管和隧道管片的注浆孔进行同步注浆和壁后注浆，此时，盾体与附加止水装置形成的阻水结构将阻止同步注浆和壁后注浆的浆液向盾构机前方流失；
步骤十二，盾构机继续推进，伸缩杆缩回到极限状态；
步骤十三，确认接收洞口内表面和盾构机盾体外壳外表面之间的建筑间隙已被同步注浆和壁后注浆形成的注浆固结体以及附加止水装置完全填充封闭后，拆除初支洞门远离预埋钢环一侧的支撑外壳，将拆除部分的支撑外壳连同伸缩杆整体平移吊装出井，并移除初支洞门；
步骤十四，在遗留部分的支撑外壳前端安装临时止水挡板；
步骤十五，盾构机继续前推，在遗留部分的支撑外壳内继续拼装隧道管片直至临时止水挡板与隧道管片外表面贴紧，并用钢丝绳拉紧；
步骤十六，向由临时止水挡板、遗留部分的支撑外壳内表面、隧道管片外表面、预埋钢环内弧面和暗挖横通道初支结构形成的环形密闭腔内注入凝结性浆液填充上述环形密闭腔对应的建筑间隙；
步骤十七，凝结性浆液固化达标后拆除遗留部分的支撑外壳和凸出暗挖横通道初支结构部分的隧道管片，利用暗挖横通道内的空间将盾构机解体并平移吊装出井；
步骤十八，施作接收洞口的洞门环梁完成盾构接收施工。
优选地，所述步骤四中，初支洞门的整体切割从其底部开始向上分段采用连续钻孔切割的方式进行，每一孔成孔提钻后在原孔位重新塞入孔芯混凝土柱或定型圆木，并在孔间隙内塞入土工布和薄片钢楔封闭固定，孔芯混凝土柱和定型圆木间隔设置，最终分段钻孔连接成环，实现初支洞门与周边初支结构的完全脱离。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明结构设计巧妙，能够在初支洞门切除时约束初支洞门的变形和位移，防止结构失稳发生危险，可以在不损害暗挖横通道初支结构对地层水土的支护和封闭功能前提下，实现洞口初支结构的安全凿除和盾构机的安全接收，从而保证了盾构机接收全过程的安全稳定。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：
图1为本发明涉及的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系的暗挖横通道的平面布置图；
图2为本发明涉及的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系沿隧道轴线方向的剖面结构示意图；
图3为本发明涉及的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系的初支洞门处的结构示意图；
图4为本发明涉及的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系的可调支顶装置的结构分解示意图；
图5为本发明涉及的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系的可调支顶装置的横剖结构示意图；
图6为本发明涉及的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系的易折式注浆管的结构示意图；
图7为本发明涉及的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系的附加制水装置的结构示意图；
图8为本发明涉及的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系的固定装置的横剖结构示意图；
图9为本发明涉及的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系的工作口处于开启状态时的结构示意图；
图10为本发明涉及的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系的工作口处于封闭状态时的结构示意图；
图11为本发明涉及的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工方法的步骤一的示意图；
图12为本发明涉及的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工方法的步骤二的示意图；
图13为本发明涉及的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工方法的步骤三的示意图；
图14为本发明涉及的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工方法的步骤四的示意图；
图15为本发明涉及的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工方法的步骤五的示意图；
图16为本发明涉及的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工方法的步骤九的示意图；
图17为本发明涉及的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工方法的步骤十二的示意图；
图18为本发明涉及的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工方法的步骤十三的示意图；
图19为本发明涉及的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工方法的步骤十四的示意图；
图20为本发明涉及的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工方法的步骤十五的示意图；
图21为本发明涉及的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工方法的步骤十六的示意图；
图22为本发明涉及的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工方法的步骤十七的示意图；
图23为本发明涉及的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工方法的步骤十八的示意图。
附图标记：1-暗挖横通道、2-初支结构、3-二衬结构、4-预埋钢环、5-初支洞门、6-可调支顶装置、61-加固斜撑、62-前端盖、63-前端外壳、64-后端外壳、65-固定架、66-液压伸缩杆、67-液压站、68-平衡液注入管、69-工作口、610-折页式弧形封板、7-附加止水装置、8-固定装置、81-钢制U型座、82-四边形木块、83-连接杆、84-钉销、85-木楔、9-牵拉装置、91-注浆管节、92-连接箍、93-注浆孔、10-盾构机、11-隧道管片、12-孔芯混凝土柱、13-定型圆木、14-临时止水挡板、15-洞门环梁。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系及施工方法的实施例。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“前”、“后”、“顶”、“底”、“上”、“下”、“内”、“外”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。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下面结合图1-23，对本发明的优选实施例作进一步详细说明：
如图1-10所示，本发明优选的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系，包括预埋钢环4，所述预埋钢环4锚固在盾构接收洞口外侧暗挖横通道1的二衬结构3内，其钢环内弧面固定安装有附加止水装置7，其外环面上密封固定有可调支顶装置6，其内环面内径范围内的暗挖横通道1的初支结构2与周侧的初支结构2整体切割分离形成初支洞门5，所述初支洞门5内侧设置有牵拉装置9，且初支洞门5周侧边缘处间隔设置有若干组固定装置8；
所述可调支顶装置6包括筒体状的支撑外壳，所述支撑外壳固定安装在暗挖横通道1内，其开口一侧与预埋钢环4密封相连，且支撑外壳与预埋钢环4在初支洞门5外侧形成一密封腔室，支撑外壳内部固定安装有支顶在初支洞门5上的伸缩杆，且支撑外壳的壳体上设置有与密封腔室内部空间连通的平衡液注入管68，支撑外壳包括密封拼装的前端盖62、前端外壳63和后端外壳64，所述前端盖62与暗挖横通道1的二衬结构3之间固定安装有加固斜撑61，所述前端外壳63内侧通过固定架65安装有若干根液压伸缩杆66，且平衡液注入管68对应设置于前端外壳63顶部，所述液压伸缩杆66采用液压控制，液压伸缩杆66通过贯穿前端盖62的液压管线与支撑外壳外侧的液压站67相连，其缸筒固定安装在固定架65上，其活塞杆支顶在初支洞门5上，且其活塞杆完全收纳至其缸筒内时，其活塞杆的杆头位于前端外壳63范围内，所述后端外壳64与预埋钢环4密封相连，其顶部两侧对应开设有工作口69，且工作口69处安装有折页式弧形封板610，人员在支撑壳体内进行切割洞门等作业时工作口69处于开启状态，便于人员作业和逃生，当洞口出现水土流失意外时，支撑壳体内的作业人员可以快速通过工作口69逃生，人员逃生后可迅速通过折页式弧形封板610关闭工作口69，控制事故的扩大，当初支洞门5切割完成后，通过折页式弧形封板610快速关闭工作口69；
所述牵拉装置9在初支洞门5切割前、切割中和切割后都能够对初支洞门5形成有效牵拉，牵拉装置9包括若干根间隔穿设在初支洞门5混凝土体上的易折式注浆管，所述易折式注浆管延伸至初支洞门5迎土侧土体内并通过注入的固结型浆液与其杆体周侧的土体固结为一体，易折式注浆管采用避免卡阻盾构机10螺旋机的设计方案制作，其管体能够被盾构机10螺旋机铰断并挤压变形，易折式注浆管由若干段注浆管节91通过连接箍92拼接而成，单段注浆管节91的长度小于盾构机10螺旋机的叶片节距，避免了注浆管节91对螺旋机叶片的卡阻，其管节直径大于盾构机10螺旋机叶片和外筒之间的间隙，降低了注浆管节91进入螺旋机叶片和外筒的间隙卡阻叶片的风险，其拉伸强度和屈服强度均小于盾构机10螺旋机的扭矩，且连接箍92的拉伸强度和屈服强度小于注浆管节91的拉伸强度和屈服强度，注浆管节91为直径30mm，壁厚2.5mm的Q235钢管，单节长度为450mm，在管节中部开设有3组直径5mm的孔作为注浆孔93，连接箍92为5052-H112型号的铝合金材料，在盾构机10刀盘开挖牵拉装置9时，铝合金连接箍92的拉伸强度和屈服强度小于注浆管节91，易折式注浆管的杆体易于在连接箍92处断开成为单段注浆管节91，万一有注浆管节91进入螺旋机叶片和外筒间隙，壁厚2.5mm的Q235钢管可以被螺旋机叶片挤压变形，无法对螺旋机形成卡阻；
所述附加止水装置7包括前后间隔设置的两道，附加止水装置7为2mm厚不锈钢板，直径0.3mm不锈钢丝，0.167mm厚碳纤维布组成的复合止水结构，碳纤维布设置在不锈钢板和不锈钢丝中间，附加止水装置7安装在洞口预埋钢环4内弧面上，附加止水装置7的不锈钢板和不锈钢丝具有阻水性，碳纤维布增强了装置的整体阻水性，附加止水装置7外形呈L形折板状，不锈钢板和不锈钢丝具有弹性，在自由状态下装置的有效高度为390mm，在极限压缩状态下高度为30mm，在盾构机10接收过程中，随着盾构机10前推，附加止水装置7先后与盾体和隧道管片11的外表面接触，附加止水装置7被盾体和隧道管片11挤压，并在其弹性作用下，与盾体和隧道管片11外表面紧密贴合，共同形成阻水结构；
所述固定装置8采用避免卡阻盾构机10螺旋机的设计方案制作，在盾构机10刀盘推动初支洞门5前移时，固定装置8能够自行受力解除固定并脱落，固定装置8包括钢制U型座81、四边形木块82、连接杆83、钉销84和木楔85，所述钢制U型座81固定安装在内侧道的附加止水装置7的内侧，间隔45°圆心角安装，共安装八处，钢制U型座81开口朝向预埋钢环4的轴心设置，其底座板为带有斜面的楔形板，且其底座板的厚度随着与初支洞门5之间距离的变小而逐渐变薄，其两侧板为10mm厚钢板，其两侧板之间通过连接杆83转动安装有四边形木块82，且连接杆83对应设置于钢制U型座81远离初支洞门5的一侧，所述连接杆83采用直径12mm圆钢制作，两端开有直径5mm的钻孔以方便钉销84插入，连接杆83两端延伸至钢制U型座81两侧板之外并通过钉销84固定，所述四边形木块82设置于钢制U型座81的U型槽内，且其靠近钢制U型座81底座板的一面对应设置为与钢制U型座81底座板相匹配的斜面，其靠近初支洞门5的一面与初支洞门5之间留有一定间隙，且四边形木块82与初支洞门5之间通过楔入的木楔85卡紧固定，木楔85、四边形木块82、连接杆83、钢制U型座81共同受力，利用洞口预埋钢环4提供反力对初支洞门5形成固定，在盾构机10前推时，刀盘推动初支洞门5前移，固定装置8受盾构机10推力作用，后端木楔85产生径向分力，木楔85易于脱落，四边形木块82与钢制U型座81底部存在斜面，在盾构机10推力作用下四边形木块82易于沿斜面滑动脱落，钢制U型座81侧边采用10mm钢板，四边形木块82滑动时钢制U型座81侧边钢板和连接杆83易于变形，对连接杆83两端钉销84产生破坏，使四边形木块82脱落，而且木材材料强度低，避免了四边形木块82及木楔85脱落后对盾构机10产生卡阻的问题。
如图11-23所示，本发明还提供了上述一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系的施工方法，包括如下步骤：
步骤一，施作牵拉装置9，在接收洞口范围内的初支结构2上钻孔，用5052-H112型号的铝合金材料连接箍92把单根注浆管节91连接成长管结构的易折式注浆管，在钻孔内打入易折式注浆管并通过易折式注浆管向周边土体注入固结型浆液，使易折式注浆管与周边土体固结在一起；
步骤二，安装可调支顶装置6，在暗挖横通道1内安装固定可调支顶装置6的支撑外壳和伸缩杆，支撑外壳前端与暗挖横通道1结构连接固定，支撑外壳后端开口一侧与接收洞口处的预埋钢环4密封固定，打开后端外壳64顶部的工作口69，并在支撑外壳的壳体上方安装固定平衡液注入管68；
步骤三，通过液压站67调整液压伸缩杆66的长度，使液压伸缩杆66的杆头支顶到接收洞口范围内的初支结构2上；
步骤四，初支洞门5切割，在可调支顶装置6的支撑外壳内沿预埋钢环4内缘将接收洞口范围内的初支结构2整体切割分离使其与周侧的初支结构2脱离形成初支洞门5，并将切割缝隙回填封闭，初支洞门5的整体切割从其底部开始向上分段采用连续钻孔切割的方式进行，每一孔成孔提钻后在原孔位重新塞入孔芯混凝土柱12或定型圆木13，并在孔间隙内塞入土工布和薄片钢楔保持切割过程中和切割完成后初支洞门5的受力稳定和其对地层中水土的封闭作用，孔芯混凝土柱12和定型圆木13间隔设置，最终分段钻孔连接成环，实现初支洞门5与周边初支结构2的完全脱离，完成初支洞门5的切割；
步骤五，随初支洞门5切割进展，在已完成切割部位对应的预埋钢环4内弧面上同步安装附加止水装置7和固定装置8，附加止水装置7沿预埋钢环4形成两道封闭环；
步骤六，通过折页式弧形封板610关闭工作口69以封闭可调支顶装置6的支撑外壳，并在支撑外壳内侧密封腔室内通过平衡液注入管68注入平衡液，平衡液含有水和黏土基矿物和高分子聚合物，比重为1.05，漏斗粘度计粘度指标19~20秒，用以平衡盾构机10推进过程中接收洞口附近地层中的水土压力；
步骤七，盾构机10向前掘进，盾构机10刀盘切除初支洞门5迎土侧牵拉装置9范围内的固结体；
步骤八，盾构机10维持正常的掘进土压向前掘进，盾构机10刀盘顶到初支洞门5迎土侧的表面；
步骤九，盾构机10顶着初支洞门5继续前推，此时，可调支顶装置6的液压伸缩杆66同步回缩，液压伸缩杆66与盾构机10对初支洞门5产生约束将初支洞门5夹住，防止初支洞门5在前移过程中倾倒，盾构机10前推过程中，支撑外壳内侧密封腔室中的平衡液通过初支洞门5外周切割缝隙与盾构机土仓联通，随着盾构机10的前推，间断性地打开盾构机10螺旋机闸门，并间断性排出密封腔室里的平衡液，平衡液的排出速度与盾构机10前推速度相匹配，通过维持平衡液的液面标高稳定来维持平衡压力的稳定，进而在盾构机10前推过程中保持平衡液压力与接收洞口附近地层中的水土压力平衡；
步骤十，盾构机10继续前推，盾构机10盾体外壳接触到附加止水装置7并与压紧的附加止水装置7共同形成阻水结构，阻止接收洞口处地层中的水土流失；
步骤十一，在盾构机10前推过程中，利用盾构机10盾尾处的同步注浆管和隧道管片11的注浆孔进行同步注浆和壁后注浆，此时，盾体与附加止水装置7形成的阻水结构将阻止同步注浆和壁后注浆的浆液向盾构机10前方流失；
步骤十二，盾构机10继续推进，液压伸缩杆66缩回到极限状态，整块圆形洞心的初支洞门5被盾构机10刀盘和液压伸缩杆66约束在前端外壳63与后端外壳64的接缝位置；
步骤十三，确认接收洞口内表面和盾构机10盾体外壳外表面之间的建筑间隙已被同步注浆和壁后注浆形成的注浆固结体以及附加止水装置7完全填充封闭后，拆开可调支顶装置6的前端外壳63与后端外壳64接缝位置的连接螺栓，将前端外壳63连同液压伸缩杆66整体平移吊装出井，并移除初支洞门5；
步骤十四，在遗留的后端外壳64前端安装临时止水挡板14；
步骤十五，盾构机10继续前推，在遗留的后端外壳64内继续拼装隧道管片11直至临时止水挡板14与隧道管片11外表面贴紧，并用钢丝绳拉紧；
步骤十六，向由临时止水挡板14、后端外壳64内表面、隧道管片11外表面、预埋钢环4内弧面和暗挖横通道1初支结构2形成的环形密闭腔内注入凝结性浆液填充上述环形密闭腔对应的建筑间隙；
步骤十七，凝结性浆液固化达标后拆除遗留部分的支撑外壳和凸出暗挖横通道1初支结构2部分的隧道管片11管节，利用暗挖横通道1内的空间将盾构机10解体并平移吊装出井；
步骤十八，施作接收洞口的洞门环梁15完成盾构接收施工。
通过采用以上技术方案，可以安全高效地完成复杂地层、复杂工程周边环境下的暗挖横通道1内凿除接收洞口初支结构2工作及接收盾构机10的高风险作业。本发明亦可在地层风险、周边环境风险性较大情况下，安全凿除明挖或暗挖盾构接收洞口桩、连续墙等围护结构，以及在上述条件下安全接收盾构机10的高风险作业。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系，其特征在于：包括预埋钢环（4），所述预埋钢环（4）锚固在盾构接收洞口外侧暗挖横通道（1）的二衬结构（3）内，其钢环内弧面固定安装有附加止水装置（7），其外环面上密封固定有可调支顶装置（6），其内环面内径范围内的暗挖横通道（1）的初支结构（2）与周侧的初支结构（2）整体切割分离形成初支洞门（5），且初支洞门（5）内侧设置有牵拉装置（9），所述可调支顶装置（6）包括筒体状的支撑外壳，所述支撑外壳固定安装在暗挖横通道（1）内，其开口一侧与预埋钢环（4）密封相连，且支撑外壳与预埋钢环（4）在初支洞门（5）外侧形成一密封腔室，支撑外壳内部固定安装有支顶在初支洞门（5）上的伸缩杆，且支撑外壳的壳体上设置有与密封腔室内部空间连通的平衡液注入管（68），所述牵拉装置（9）包括若干根间隔穿设在初支洞门（5）混凝土体上的易折式注浆管，所述易折式注浆管延伸至初支洞门（5）迎土侧土体内并通过注入的固结型浆液与其杆体周侧的土体固结为一体，易折式注浆管采用避免卡阻盾构机（10）螺旋机的设计方案制作，其管体能够被盾构机（10）螺旋机铰断并挤压变形。
2.根据权利要求1所述的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系，其特征在于：所述初支洞门（5）周侧边缘处间隔设置有若干组固定装置（8），所述固定装置（8）采用避免卡阻盾构机（10）螺旋机的设计方案制作，在盾构机（10）刀盘推动初支洞门（5）前移时，固定装置（8）能够自行受力脱落。
3.根据权利要求2所述的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系，其特征在于：所述固定装置（8）包括钢制U型座（81）、四边形木块（82）、连接杆（83）、钉销（84）和木楔（85），所述钢制U型座（81）固定安装在预埋钢环（4）的内弧面上，其开口朝向预埋钢环（4）的轴心设置，其底座板为带有斜面的楔形板，且其底座板的厚度随着与初支洞门（5）之间距离的变小而逐渐变薄，其两侧板之间通过连接杆（83）转动安装有四边形木块（82），且连接杆（83）对应设置于钢制U型座（81）远离初支洞门（5）的一侧，所述连接杆（83）两端延伸至钢制U型座（81）两侧板之外并通过钉销（84）固定，所述四边形木块（82）设置于钢制U型座（81）的U型槽内，且其靠近钢制U型座（81）底座板的一面对应设置为与钢制U型座（81）底座板相匹配的斜面，其靠近初支洞门（5）的一面与初支洞门（5）之间留有一定间隙，且四边形木块（82）与初支洞门（5）之间通过楔入的木楔（85）卡紧固定。
4.根据权利要求1所述的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系，其特征在于：所述支撑外壳包括密封拼装的前端盖（62）、前端外壳（63）和后端外壳（64），所述前端外壳（63）内侧通过固定架（65）安装有若干根液压伸缩杆（66），且平衡液注入管（68）对应设置于前端外壳（63）顶部，所述液压伸缩杆（66）通过贯穿前端盖（62）的液压管线与支撑外壳外侧的液压站（67）相连，其缸筒固定安装在固定架（65）上，其活塞杆支顶在初支洞门（5）上，且其活塞杆完全收纳至其缸筒内时，其活塞杆的杆头位于前端外壳（63）范围内，所述后端外壳（64）与预埋钢环（4）密封相连，其顶部两侧对应开设有工作口（69），且工作口（69）处安装有折页式弧形封板（610）。
5.根据权利要求4所述的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系，其特征在于：所述前端盖（62）与暗挖横通道（1）的二衬结构（3）之间固定安装有加固斜撑（61）。
6.根据权利要求1所述的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系，其特征在于：所述易折式注浆管由若干段注浆管节（91）通过连接箍（92）拼接而成，单段注浆管节（91）的长度小于盾构机（10）螺旋机的叶片节距，其管节直径大于盾构机（10）螺旋机叶片和外筒之间的间隙，其拉伸强度和屈服强度均小于盾构机（10）螺旋机的扭矩，且连接箍（92）的拉伸强度和屈服强度小于注浆管节（91）的拉伸强度和屈服强度。
7.根据权利要求1所述的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系，其特征在于：所述附加止水装置（7）呈L形折板状，为不锈钢板、不锈钢丝和碳纤维布组成的复合止水结构。
8.根据权利要求1所述的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系，其特征在于：所述附加止水装置（7）包括前后间隔设置的两道。
9.一种适用于复杂地层内的盾构接收施工方法，用于如权利要求1-8任意一项所述的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工体系的施工过程之中，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，施作牵拉装置（9），在接收洞口范围内的初支结构（2）上钻孔，在钻孔内打入易折式注浆管并通过易折式注浆管向周边土体注入固结型浆液；
步骤二，安装可调支顶装置（6），在暗挖横通道（1）内安装固定可调支顶装置（6）的支撑外壳和伸缩杆，支撑外壳前端与暗挖横通道（1）结构连接固定，支撑外壳后端开口一侧与接收洞口处的预埋钢环（4）密封固定，并在支撑外壳的壳体上安装固定平衡液注入管（68）；
步骤三，调整伸缩杆的长度，使伸缩杆杆头支顶到接收洞口范围内的初支结构（2）上；
步骤四，初支洞门（5）切割，在可调支顶装置（6）的支撑外壳内沿预埋钢环（4）内缘将接收洞口范围内的初支结构（2）整体切割分离使其与周侧的初支结构（2）脱离形成初支洞门（5），并将切割缝隙回填封闭；
步骤五，随初支洞门（5）切割进展，在已完成切割部位对应的预埋钢环（4）内弧面上同步安装附加止水装置（7）；
步骤六，封闭可调支顶装置（6）的支撑外壳，并在支撑外壳内侧密封腔室内通过平衡液注入管（68）注入平衡液，用以平衡盾构机（10）推进过程中接收洞口附近地层中的水土压力；
步骤七，盾构机（10）向前掘进，盾构机（10）刀盘切除初支洞门（5）迎土侧牵拉装置（9）范围内的固结体；
步骤八，盾构机（10）维持正常的掘进土压向前掘进，盾构机（10）刀盘顶到初支洞门（5）迎土侧的表面；
步骤九，盾构机（10）顶着初支洞门（5）继续前推，此时，可调支顶装置（6）的伸缩杆同步回缩，伸缩杆与盾构机（10）对初支洞门（5）产生约束，防止初支洞门（5）在前移过程中倾倒，盾构机（10）前推过程中，支撑外壳内侧密封腔室中的平衡液通过初支洞门（5）外周切割缝隙与盾构机土仓联通，随着盾构机（10）的前推，间断性地打开盾构机（10）螺旋机闸门，并间断性排出密封腔室里的平衡液，平衡液的排出速度与盾构机（10）前推速度相匹配，通过维持平衡液的液面标高稳定来维持平衡压力的稳定，进而在盾构机（10）前推过程中保持平衡液压力与接收洞口附近地层中的水土压力平衡；
步骤十，盾构机（10）继续前推，盾构机（10）盾体外壳接触到附加止水装置（7）并与压紧的附加止水装置（7）共同形成阻水结构，阻止接收洞口处地层中的水土流失；
步骤十一，在盾构机（10）前推过程中，利用盾构机（10）盾尾处的同步注浆管和隧道管片（11）的注浆孔进行同步注浆和壁后注浆，此时，盾体与附加止水装置（7）形成的阻水结构将阻止同步注浆和壁后注浆的浆液向盾构机（10）前方流失；
步骤十二，盾构机（10）继续推进，伸缩杆缩回到极限状态；
步骤十三，确认接收洞口内表面和盾构机（10）盾体外壳外表面之间的建筑间隙已被同步注浆和壁后注浆形成的注浆固结体以及附加止水装置（7）完全填充封闭后，拆除初支洞门（5）远离预埋钢环（4）一侧的支撑外壳，将拆除部分的支撑外壳连同伸缩杆整体平移吊装出井，并移除初支洞门（5）；
步骤十四，在遗留部分的支撑外壳前端安装临时止水挡板（14）；
步骤十五，盾构机（10）继续前推，在遗留部分的支撑外壳内继续拼装隧道管片（11）直至临时止水挡板（14）与隧道管片（11）外表面贴紧，并用钢丝绳拉紧；
步骤十六，向由临时止水挡板（14）、遗留部分的支撑外壳内表面、隧道管片（11）外表面、预埋钢环（4）内弧面和暗挖横通道（1）初支结构（2）形成的环形密闭腔内注入凝结性浆液填充上述环形密闭腔对应的建筑间隙；
步骤十七，凝结性浆液固化达标后拆除遗留部分的支撑外壳和凸出暗挖横通道（1）初支结构（2）部分的隧道管片（11），利用暗挖横通道（1）内的空间将盾构机（10）解体并平移吊装出井；
步骤十八，施作接收洞口的洞门环梁（15）完成盾构接收施工。
10.根据权利要求9所述的一种适用于复杂地层内的盾构接收施工方法，其特征在于：所述步骤四中，初支洞门（5）的整体切割从其底部开始向上分段采用连续钻孔切割的方式进行，每一孔成孔提钻后在原孔位重新塞入孔芯混凝土柱（12）或定型圆木（13），并在孔间隙内塞入土工布和薄片钢楔，孔芯混凝土柱（12）和定型圆木（13）间隔设置，最终分段钻孔连接成环，实现初支洞门（5）与周边初支结构（2）的完全脱离。
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|---|---|
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