CN207728377U - 一种用于地铁盾构区间的隧道结构及地层加固结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于地铁盾构区间的隧道结构及地层加固结构，用于地铁盾构区间下穿河流的隧道结构包括多层衬砌、注浆管和加固层；用于地铁盾构区间侧穿高架桥的地层加固结构包括深注浆管和加固层。本实用新型结构能够提高隧道承载性能、减少对地面既有河流和高架桥影响，具有很高的推广价值。

Description

一种用于地铁盾构区间的隧道结构及地层加固结构

技术领域

本实用新型涉及城市地铁区间隧道施工技术领域，具体涉及一种用于地铁盾构区间的隧道结构及地层加固结构。

背景技术

随着城市地铁建设的快速发展，城市中地铁路网的密度也越来越高。由于我国城市地铁建设往往是在旧城区或新城区地面土地利用和建筑规划已有或完成的情况下进行，因此地铁线路的设置通常要受到现有城市中复杂地面环境和地下建、构物的影响。当地铁线路在城市中心区敷设时，其要不可避免地下穿或侧穿各种既有的地面建、构筑物，如城市快速路、高架桥、城市河流以及地面高层建筑物等。尤其是当地铁区间线路同时下穿城市河流和侧穿高架桥时，不仅要考虑地铁区间隧道本身在施工和运营期间的安全，更需要考虑区间隧道在下穿或侧穿既有地面建、构物时对既有建、构筑物安全的影响。

由于地铁区间隧道下穿既有建、构筑物的区域往往又是地面环境和地下地质条件复杂的区域，对地铁区间隧道安全施工以及地面既有建、构筑物的保护均带来困难。如何合理与安全地下穿既有地面建、构筑物是地铁区间隧道在设计和施工中所面临的主要技术难题。为确保下穿隧道以及下穿区域地面既有建、构筑物的安全，对地铁区间隧道穿越区域的地层进行处理是常用的方法。但由于受到地面既有建、构筑物不同形态、不同功能和复杂环境的制约，从地面对地层进行处理的传统方法又往往难以实施。

此外，当地铁盾构区间隧道穿越砂卵石土地层时，由于地层中所含有的砂卵石粒径大小不一，较大粒径的砂卵石会使盾构机开挖后的隧道壁面呈现出凹凸不平的现象，个别地段还存在较大的空洞，从而在盾构机尾部拼装完预制管片衬砌后极易在管片衬砌与周围地层之间形成空洞，易引起空洞部位土体的坍塌，对盾构隧道以及地面既有建、构筑物安全使用构成威胁。尤其是当地铁盾构区间隧道在砂卵石土地层中下穿既有河流或侧穿高架立交桥时，要从地面对区间隧道周围地层进行处理的难度极大。此外，目前国内地铁盾构区间隧道通常采用单层的预制管片作为衬砌结构，单层管片在隧道运营期间易发生渗漏水等现象，由于隧道衬砌仅有一层，隧道在长期地下环境中受到列车振动和地下水腐蚀影响下的寿命将会缩短，而且隧道结构在下穿或侧穿地面既有建、构筑物时需要承受更大的荷载，因此单层衬砌的隧道结构在施工和长期运营期间本身的安全风险也极高。因此需要寻求一种结构简单、施工简便、性能可靠和造价相对较低的隧道结构与地层加固方法，不仅要保障地铁盾构区间在下穿既有河流和侧穿高架桥时既有建、构筑物的安全，而且还要确保地铁盾构区间隧道本身在施工和长期运营期间的安全与可靠。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的上述不足，提供了一种提高隧道承载性能、减少对地面既有河流和高架桥影响的用于地铁盾构区间的隧道结构及地层加固结构。

为解决上述技术问题，本实用新型采用了下列技术方案：

本实用新型提供了一种用于地铁盾构区间下穿河流的隧道结构，其包括隧道管，隧道管上包括外层衬砌，外层衬砌上设置有若干加注孔，在外层衬砌上沿隧道管外朝向地层一侧方向通过加注孔安装有注浆管，注浆管包括内层管和外层套管，内层管上设置有扩散孔，外层套管上设置有注浆孔；注浆管外侧设置有覆盖外层衬砌的加固层。

上述技术方案中，优选的，隧道管包括隔离层，隔离层设置于外层衬砌靠近隧道洞内的一侧；隔离层靠近隧道洞内的一侧设置有内层衬砌。

上述技术方案中，优选的，内层管的管壁外侧等间距套设有球形支座，相邻球形支座之间的管壁上开设有至少一个扩散孔，内层管远离隧道的一端固定设置有圆锥头。

上述技术方案中，优选的，注浆管包括相互交错设置的长注浆管和短注浆管。

上述技术方案中，优选的，短注浆管的总长度为隧道直径的二分之一；长注浆管的总长度为隧道直径的四分之三。

上述技术方案中，优选的，加固层的外侧边缘呈波浪形。

上述技术方案中，优选的，隔离层包括具有防水隔热功能的卷材和隔离板，内层衬砌为钢筋混凝土。

本实用新型还提供了一种用于地铁盾构区间侧穿高架桥的地层加固结构，其包括设置于邻近高架桥桩基的地面上的加注孔，加注孔下端沿平行于高架桥桩基轴线方向安装有深注浆管，深注浆管包括内层管和外层套管；内层管的管壁外侧等间距套设有球形支座，相邻球形支座之间的管壁上开设有至少一个扩散孔，内层管远离隧道的一端固定设置有圆锥头；外层套管上设置有若干注浆孔；内层管上设置有扩散孔，外层套管上设置有注浆孔；注浆管外侧设置有覆盖外层衬砌的加固层；深注浆管外侧设置有加固层。

上述技术方案中，优选的，深注浆管的深度应不小于高架桥桩基的深度。

上述技术方案中，优选的，加注孔设置有若干个，各加注孔沿高架桥桩基纵向间距相等，且相邻加注孔间的间距相等。

本实用新型提供的上述用于地铁盾构区间下穿河流的隧道结构的主要有益效果在于：

通过将地铁盾构区间隧道设计为包括外层衬砌、中间的隔离层和内层衬砌的结构，与常用的单层衬砌相比，能有效提高隧道的承载能力；同时，通过在外层衬砌和内层衬砌之间设置隔离层，起到防水隔热的作用，进而能提高地铁盾构区间隧道衬砌的抗渗、防水和隔热等性能，有利于延长地铁隧道的使用年限。

通过从地铁盾构区间隧道洞内等间距设置的注浆管，并通过注浆管向下穿河流的地铁盾构区间隧道的周围地层压注固化浆液，并在内层管上套设球形支座，使内层管能在外层套管内保持位置的稳定，以便于向周围地层注入浆液，进而提高地层的抗剪强度，并在隧道外侧地层中形成一定范围的加固层，从而能有效防止地层在隧道施工期间发生过大的沉降和变形，保障上部河流的安全使用。

本实用新型提供的上述用于地铁盾构区间侧穿高架桥的地层加固结构的主要有益效果在于：

通过在高架桥桩基侧边设置深注浆管，并通过深注浆管压注固化浆液，进而形成加固层，能够有效增强高架桥桩基外侧地层的抗剪强度，与现有的盾构地层加固结构相比，具有结构简单、施工简便、施工工艺少、造价低、减少隧道施工期间对其侧部高架桥及其桩基等地面既有建、构筑物影响的特点，使用范围广。

附图说明

图1为盾构隧道结构的横截面示意图。

图2为盾构隧道结构的轴向剖视图。

图3为内层管和外层套管的结构示意图。

图4为沿图3中B-B面的剖视图。

图5为内层管的沿图3中C-C面的剖视图。

图6为深注浆管与加固层的结构示意图。

图7为盾构隧道结构与现有河流和高架桥的位置关系示意图。

其中，1、注浆管，11、内层管，111、球形支座，112、扩散孔，113、管壁，114、圆锥头，12、注浆孔，13、外层套管，14、加注孔，2、加固层，3、隧道管，31、隔离层，32、内层衬砌，33、外层衬砌，4、隧道，5、深注浆管，6、高架桥桩基，7、河流。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，其为盾构隧道结构的横截面示意图。

如图1和图2所示，本实用新型提供的用于地铁盾构区间下穿河流的隧道结构包括隧道管3，隧道管3包括隔离层31，隔离层31设置于外层衬砌33靠近隧道4的一侧；隔离层31包括具有防水隔热功能的卷材和隔离板，卷材和隔离板的材质为高分子类卷材、不锈钢或合金，以保证耐腐蚀、防水抗渗和隔热效果；靠近隧道4洞内的一侧设置有内层衬砌32，内层衬砌32的材质为钢筋混凝土。

外层衬砌33上设置有若干加注孔14，加注孔12在外层衬砌33上沿圆周方向均匀分布并构成环形，沿隧道4径向相邻两组加注孔12的间距相同，以便于保证加注浆液能够相对于外层衬砌33均匀分布。

在外层衬砌33上沿隧道管3外朝向地层一侧方向通过加注孔14安装有注浆管1，注浆管1包括长注浆管和短注浆管，短注浆管的总长度为隧道4直径的二分之一；长注浆管的总长度为隧道4直径的四分之三；同一圈内环向相邻两个短注浆管和长注浆管之间分别按照60°夹角进行均匀设置，短注浆管和与其相邻的一个长注浆管之间相互交错30°进行设置。

注浆管1包括内层管11和外层套管13，如图3所示，内层管11上设置有扩散孔112，外层套管13上设置有注浆孔12；内层管11的管壁113外侧等间距套设有球形支座111，如图4所示，球形支座111可遇水膨胀，当无水时，球形支座111的直径小于外层套管13的内径，以便在外层套管13内安装内层管11；当球形支座111遇水后，其直径膨胀至与外层套管13相同，以便固定内层管11的位置，同时膨胀后的球形支座111将内层管11与外层套管13之间的空隙封闭，隔断浆液沿内层管11轴线方向上的窜流，确保浆液能均匀地注入到地层中。

相邻球形支座111之间的管壁113上开设有至少一个扩散孔112，一般的，相邻球形支座111之间扩散孔112可以沿管壁113的圆周方向均匀开设四个，如图5所示；内层管11远离隧道4的一端固定设置有圆锥头114，用于封堵内层管11的端部。

注浆管1外侧设置有覆盖外层衬砌33的加固层2，加固层2由注浆管1向周围地层注入的固化浆液与周围土体混合而成，通过长短两种不同长度的注浆管1，使加注浆液后形成的加固层2的外侧边缘呈波浪形，如图1所示，这一结构有利于保证加固层2的稳定性，防止隧道4发生轴向转动，进而从轴向保证了隧道结构的稳定性。

通过将地铁盾构区间隧道4设计为包括外层衬砌33、中间的隔离层31和内层衬砌32的结构，与常用的单层衬砌相比，能有效提高隧道的承载能力；同时，通过在外层衬砌33和内层衬砌32之间设置隔离层，起到防水隔热的作用，进而能提高地铁盾构区间隧道衬砌的抗渗、防水和隔热等性能，有利于延长地铁隧道的使用年限。

通过从地铁盾构区间隧道4内等间距设置的注浆管1，并通过注浆管1向下穿有河流的地铁盾构区间隧道4的周围地层压注固化浆液，并在内层管11上套设球形支座111，使内层管11能在外层套管13内保持位置的稳定，以便于向周围地层注入浆液，进而提高地层的抗剪强度，并在隧道外侧地层中形成一定范围的加固层2，从而能有效防止地层在隧道施工期间发生过大的沉降和变形，保障上部方既有河流的安全使用。

下面是上述隧道加固结构的隧道加固方法如下步骤：

步骤1、在既有河流7的下方开挖地铁盾构区间隧道4，并用预制的钢筋混凝土管片拼装形成具有圆形横截面隧道的外层衬砌33。

如图7所示，地铁盾构区间隧道4位于既有河流7的下方。外层衬砌33即现有隧道4结构中的单一衬砌结构，通过在现有衬砌结构的基础上对隧道结构进行加固，相对于更换隧道结构的设计，能够方便施工，且便于对现有的隧道结构进行改造，更具实用性。

步骤2、在隧道4内沿隧道径向在外层衬砌33上开设加注孔14，并通过加注孔14安装注浆管1。

进一步地，当所述注浆管1包括外层套管13和内层管11时，在隧道4内沿隧道径向在外层衬砌33上开设加注孔14，并通过加注孔14安装注浆管1的方法又包括如下步骤：

步骤2-1、在隧道洞内沿隧道圆周方向均匀开设若干个贯穿外层衬砌33的加注孔12。

加注孔12在外层衬砌33上沿圆周方向均匀分布并构成环形，沿隧道4径向相邻两组加注孔12的间距相同，以便于保证加注浆液能够相对于外层衬砌33均匀分布。

步骤2-2、在加注孔12内安装注浆管1的外层套管13。

注浆管1包括外层套管13和内层管11，外层套管13的作用是便于确定注浆管1的位置，并保护内层管11；从加注孔12中向外打设外层套管13，使将外层套管13的末端与加注孔12的位置对齐，以便于安装内层管11。

步骤2-3、调整外层套管13的角度，使同一圆周内的相邻的外层套管13间的夹角相等。

同一环的一组注浆管1之间的夹角应相同，以保证注浆效果，并使浆液沿外层套管13均匀分布。

进一步地，注浆管1可以包括长度不同的长注浆管和短注浆管两种，对应的外层套管13也分为长短两种不同的结构，将长短不同的两种外层套管13沿同一环的加注孔14交错设置，进而使长注浆管与短注浆管沿外层衬砌33的圆周方向间隔设置。通过将注浆管1设置为长度不同的两种结构，可以使加注浆液后形成的加固层2的外侧边缘呈波浪形，如图1所示，这一结构有利于保证加固层2的稳定性，防止隧道4发生轴向转动，进而从轴向保证了隧道结构的稳定性。

进一步地，同一圈内环向相邻两个短注浆管和长注浆管之间分别按照60°夹角进行均匀设置，短注浆管和与其相邻的一个长注浆管之间相互交错30°进行设置，此时同一环组内短注浆管和长注浆管的数量均为六个。短注浆管的总长度宜为隧道4直径的二分之一；长注浆管的总长度为隧道4直径的四分之三。

步骤2-4、在外层套管13内安装内层管11。

将内层管11沿外层套管13伸入，直到内层管11的前端与外层套管13的前端相接，即完成注浆管1的安装。

步骤3、通过注浆孔14向注浆管1内注入浆液，使浆液在盾构区间隧道外部的地层中形成一圈加固层2。

外层套管13上开设有若干注浆孔12，内层管11上开设有扩散孔112，通过向内层管11内注入浆液，使浆液从扩散孔112、注浆孔12向外部地层中扩散。

步骤4、在外层衬砌33内依次设置隔离层31和内层衬砌32。

进一步地，在外层衬砌33内依次设置隔离层31和内层衬砌32的方法包括：

步骤4-1、当注浆管1加注浆液完毕后，在加注孔14所在位置处铺设用于防水或隔热的隔热板。

当注浆管1加注浆液完毕后，保留注浆管1在加固层2中的位置，以保证加固层2结构的稳定性，同时，为防止浆液通过注浆管1回流至隧道4内，当加注浆液完毕后，立即在注浆管1对应的加注孔14位置处铺设隔离板以堵住加注孔14，隔离板可选用高分子类卷材、不锈钢或合金，以保证耐腐蚀、防水抗渗和隔热效果。

步骤4-2、沿外层衬砌33靠洞内一侧的壁面上加注孔14所在位置以外的位置处铺设卷材，使卷材与隔离板共同形成隔离层31。

在外层衬砌33内部，继续铺设卷材，使卷材和隔离板共同构成一个均匀的隔离层31，以将外层衬砌33靠隧道4洞内的一侧壁面封闭；卷材与隔离板材质相同。

步骤4-3、在隔离层31靠洞内一侧现场再浇筑一圈钢筋混凝土，形成内层衬砌32。

隔离层31铺设完毕后，在隔离层31朝向隧道4洞内的内侧面再浇筑一圈钢筋混凝土结构的内层衬砌32，以提高隧道4的承载能力。

通过从隧道4内向周围地层的注浆，能够避免传统方法中从河床底部对地层进行加固时必须截断河流的常规做法，从而减少了隧道工程施工的难度，降低了隧道施工对河流周边环境以及河流正常使用的影响，能保护环境和节省工程造价。

下面是本实用新型提供的一种用于地铁盾构区间侧穿高架桥的地层加固结构，如图6所示。

本实用新型提供的用于地铁盾构区间侧穿高架桥的地层加固结构，包括设置于邻近高架桥桩基6的地面上的加注孔14，加注孔14设置有若干个，各加注孔14沿高架桥桩基6纵向间距相等，且相邻加注孔14间的间距相等；加注孔14下端沿平行于高架桥桩基6轴线方向安装有深注浆管5，深注浆管5与高架桥桩基6的纵向轴线相平行，且深度应不小于高架桥桩基6的深度。

如图3至图5所示，深注浆管5与注浆管1的结构相同，深注浆管5也包括内层管11和外层套管13，内层管11的管壁113外侧等间距套设有球形支座111，相邻球形支座111之间的管壁113上开设有至少一个扩散孔112，内层管11远离隧道4的一端固定设置有圆锥头114；外层套管13上设置有若干注浆孔12。

内层管11上设置有扩散孔112，外层套管13上设置有注浆孔12；注浆管1外侧设置有覆盖外层衬砌33的加固层2；深注浆管5外侧设置有加固层2。

通过在高架桥桩基侧边设置深注浆管5和加固层2，并通过深注浆管5压注固化浆液，进而形成加固层2，能够有效增强高架桥桩基6外侧地层的抗剪强度，与现有的盾构地层加固结构相比，具有结构简单、施工简便、施工工艺少、造价低、减少隧道施工期间对其侧部高架桥及其桩基等地面既有建、构筑物影响的特点，使用范围广。

下面是应用上述地层加固结构的地层加固方法，如图6和图7所示，其如下步骤：

步骤1、在高架桥桩基6远离盾构区间隧道4一侧的地面打设加注孔14。

加注孔14的位置设置在高架桥桩基6远离河流7和盾构区间隧道4一侧的地面上，加注孔14设置有若干个，各加注孔14绕高架桥桩基6呈等间距分布。

步骤2、在加注孔14内安装深注浆管5。

在加注孔14内安装深注浆管5，深注浆管5与注浆管1结构相同；深注浆管5与高架桥桩基6的纵向轴线相平行，且深度应不小于高架桥桩基6的深度。

步骤3、通过深注浆管5向地层压注固化浆液，形成加固层2。

通过深注浆管5上的注浆孔12向周围地层压住固化浆液，进而形成包裹深注浆管5侧面和底面的一个加固层2。

通过在高架桥桩基础6一侧设置加固层2，有利于减少因地铁盾构区间隧道4侧穿高架桥桩基础6而引起的地层侧向变形和沉降，确保高架桥的使用安全。

上面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

Claims (10)

1.一种用于地铁盾构区间下穿河流的隧道结构，其特征在于，包括隧道管(3)，所述隧道管(3)包括外层衬砌(33)，外层衬砌(33)上设置有若干加注孔(14)，在外层衬砌(33)上沿隧道管(3)外朝向地层一侧方向通过加注孔(14)安装有注浆管(1)，所述注浆管(1)包括内层管(11)和外层套管(13)，所述内层管(11)上设置有扩散孔(112)，所述外层套管(13)上设置有注浆孔(12)；所述注浆管(1)外侧设置有覆盖外层衬砌(33)的加固层(2)。

2.根据权利要求1所述的用于地铁盾构区间下穿河流的隧道结构，其特征在于，所述隧道管(3)包括隔离层(31)，隔离层(31)设置于外层衬砌(33)靠近隧道(4)洞内的一侧；隔离层(31)靠近隧道(4)洞内的一侧设置有内层衬砌(32)。

3.根据权利要求1所述的用于地铁盾构区间下穿河流的隧道结构，其特征在于，所述内层管(11)的管壁(113)外侧等间距套设有球形支座(111)，相邻球形支座(111)之间的管壁(113)上开设有至少一个扩散孔(112)，内层管(11)远离隧道(4)的一端固定设置有圆锥头(114)。

4.根据权利要求1所述的用于地铁盾构区间下穿河流的隧道结构，其特征在于，所述注浆管(1)包括相互交错设置的长注浆管和短注浆管。

5.根据权利要求4所述的用于地铁盾构区间下穿河流的隧道结构，其特征在于，所述短注浆管的总长度为隧道(4)直径的二分之一；长注浆管的总长度为隧道(4)直径的四分之三。

6.根据权利要求4或5所述的用于地铁盾构区间下穿河流的隧道结构，其特征在于，所述加固层(2)的外侧边缘呈波浪形。

7.根据权利要求2所述的用于地铁盾构区间下穿河流的隧道结构，其特征在于，所述隔离层(31)包括具有防水隔热功能的卷材和隔离板，所述内层衬砌(32)的为钢筋混凝土。

8.一种用于地铁盾构区间侧穿高架桥的地层加固结构，其特征在于，包括设置于邻近高架桥桩基(6)的地面上的加注孔(14)，加注孔(14)下端沿平行于高架桥桩基(6)轴线方向安装有深注浆管(5)，深注浆管(5)包括内层管(11)和外层套管(13)；

内层管(11)的管壁(113)外侧等间距套设有球形支座(111)，相邻球形支座(111)之间的管壁(113)上开设有至少一个扩散孔(112)，内层管(11)远离隧道(4)的一端固定设置有圆锥头(114)；外层套管(13)上设置有若干注浆孔(12)；

内层管(11)上设置有扩散孔(112)，所述外层套管(13)上设置有注浆孔(12)；所述注浆管(1)外侧设置有覆盖外层衬砌(33)的加固层(2)；深注浆管(5)外侧设置有加固层(2)。

9.根据权利要求8所述的用于地铁盾构区间侧穿高架桥的地层加固结构，其特征在于，所述深注浆管(5)的深度应不小于高架桥桩基(6)的深度。

10.根据权利要求8所述的用于地铁盾构区间侧穿高架桥的地层加固结构，其特征在于，所述加注孔(14)设置有若干个，各加注孔(14)沿高架桥桩基(6)纵向间距相等，且相邻加注孔(14)间的间距相等。