CN209444350U - 盾构机始发即下穿既有盾构隧道管棚超前支护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种盾构机始发即下穿既有盾构隧道管棚超前支护结构。所述支护结构包括设置在盾构隧道轮廓线与既有隧道之间的弧形超前大管棚和一字型超前大管棚，所述的弧形超前大管棚至少设有两环，分布在盾构隧道轮廓线上部外侧环向180°范围内，所述一字型超前大管棚至少设有两排，设置在弧形超前大管棚上方；其弧形超前大管棚和一字型超前大管棚的管棚钢管均采用管壁开设有压浆孔的花管，并在管棚打设完成之后，通过每根管棚钢管进行分段压浆。本实用新型结构简单、施工方便，可以确保盾构机在始发时安全、快速、平稳的穿过既有盾构隧道。

Description

盾构机始发即下穿既有盾构隧道管棚超前支护结构

技术领域

本实用新型涉及盾构支护结构，具体是一种盾构机始发即下穿既有盾构隧道管棚超前支护结构，该支护结构适用于地质条件复杂、近距离下穿已有盾构隧道、临近建(构)筑物较多、地面条件限制、对周边沉降要求较严格、施工工期紧等条件下的盾构机近距离下穿已有盾构隧道施工。

背景技术

随着我国经济的快速发展，为了适应现代城市的发展，在各个城市中将会越来越多的出现地铁建设，高标准、高要求也将会成为地铁建设的新名片。土压平衡盾构法施工因其适应性广、对环境影响小、安全性高等特点而得到了广泛的应用。但是随着既有线路的越来越多，在进行新开线路的盾构掘进时将会遇到越来越多的下穿已有盾构隧道的施工情况。在有些地方甚至会出现近距离下穿(始发即下穿)既有盾构隧道的情况，很容易会对既有隧道造成影响。

在盾构机始发就下穿既有线路时，既有线路对于沉降的要求非常严格，如果在盾构掘进过程中由于刀盘在掘进时会对周围土体造成扰动，造成盾构出土超方，有些部位甚至可能形成局部垮塌，这时很容易引起地面沉降，如果位移沉降过大，会对既有线路的地铁运行产生影响，这就对盾构下穿提出了很大难题，对于始发就下穿既有线路，目前国内外还没有十分成熟的方案，这对于建设单位、设计单位、施工单位来说都是一个不小的挑战。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出了一种盾构机始发即下穿既有盾构隧道管棚超前支护结构，该支护结构可以确保盾构机在始发时安全、快速、平稳的穿过既有盾构隧道。

本实用新型提供的技术方案：所述支护结构包括设置在盾构隧道轮廓线与既有隧道之间的弧形超前大管棚和一字型超前大管棚，所述的弧形超前大管棚至少设有两环，分布在盾构隧道轮廓线上部外侧环向180°范围内，所述一字型超前大管棚至少设有两排，设置在弧形超前大管棚上方；其弧形超前大管棚和一字型超前大管棚的管棚钢管均采用管壁开设有压浆孔的花管，并在管棚打设完成之后，通过每根管棚钢管分段压浆。

本实用新型较优的技术方案：所述弧形超前大管棚采用的超前大管棚，设有两环，每环管棚按1.5°倾角向四周发散打设；所述一字型超前大管棚设有两排，均采用的超前大管棚，且两排一字型超前大管棚设置1.5°倾角或水平打设。

本实用新型较优的技术方案：所述两环弧形超前大管棚设置在盾构隧道轮廓线外侧600mm～700mm；所述两排一字型超前大管棚分别设置在盾构隧道拱顶上侧2200mm～2300和2900mm～3000mm的位置

本实用新型较优的技术方案：所述管棚钢管是由多节钢管连接而成，每节钢管的连接管口加工有45°坡口，相邻两节刚管环向焊接后沿着钢管接头纵向焊接加强钢板，其加强钢板的宽度不小于其管棚钢管直径的1/3，长度不小于管棚钢管直径的1.5倍。

本实用新型较优的技术方案：所述管棚钢管加工成花管，其管壁对称并错开设置2排的压浆孔。

本实用新型较优的技术方案：所述弧形超前大管棚和一字型超前大管棚采用导向扩孔顶管施工工艺施工而成，在管棚钢管内安装冲击破碎导向冲击器，通过钻具安装测量水管，管棚钢管在顶进同时冲击、破碎卵石，通过冲击器向前钻进。

本实用新型较优的技术方案：所述两环弧形超前大管棚的内环包括28 根直径为的钢环，外环包括29根直径为的钢管，且内环和外环钢环均等距分布，其打设长度为33m；所述一字型超前大管棚的管钢管打设长度为30m。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型的管棚钢管可作为注浆管进行注浆，其施工完成管棚支架在盾构掘进施工过程中，对盾构隧道起到保护和隔离作用，能有效的保护相应的既有隧道，有效控制地表和周边建(构)筑物的沉降；

2.本实用新型的管棚支护结构在施工过程中实现了破碎冲击卵石、导向、排渣和钢管顶进同步施工，解决卵石地层管棚支护距离短、施工精度低的问题并降低了施工扰动过大引起的沉降变形。

本实用新型结构简单、施工方便，可以确保盾构机在始发时安全、快速、平稳的穿过既有盾构隧道。

附图说明

图1是本实用新型的支护结构分布示意图；

图2是实施例中的管棚支护结构示意图；

图3是图2中AA剖面图；

图4是管棚钢管的多节钢管连接示意图；

图5是管棚钢管的结构示意图。

图中：1—盾构隧道，2—弧形超前大管棚，3—一字型超前大管棚，4—管棚钢管，5—压浆孔，6—既有隧道，7—加强钢板。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。如图1和图2所示的一种盾构机始发即下穿既有盾构隧道管棚超前支护结构包括设置在盾构隧道1轮廓线上部外侧环向180°范围内布设两环弧形超前大管棚2和设置弧形超前大管棚2上方的两排一字型超前大管棚3，所述弧形超前大管棚 2采用的超前大管棚，其两环管棚按1.5°倾角向四周发散打设，设置在盾构隧道1轮廓线外侧600mm～700mm；所述两排一字型超前大管棚3采用的超前大管棚，且两排排一字型超前大管棚3设置1.5°倾角或水平打设，分别设置在盾构隧道1拱顶上侧2200mm～ 2300和2900mm～3000mm的位置。所述两环弧形超前大管棚2的内环包括 28根直径为的钢环，外环包括29根直径为的钢管，且内环和外环钢环均等距分布，其打设长度为33m；所述一字型超前大管棚3 的钢管打设长度为30m。

如图5所示，所述弧形超前大管棚2和一字型超前大管棚3的管棚钢管4均采用花管，其管壁对称并错开设置2排的压浆孔5，并在管棚打设完成之后，通过每根管棚钢管4分段压浆。如图4所示，所述管棚钢管4是由多节钢管连接而成，每节钢管的连接管口加工有45°坡口，相邻两节刚管环向焊接后沿着钢管接头纵向焊接加强钢板7，其加强钢板7的宽度不小于其管棚钢管4直径的1/3，长度不小于管棚钢管4直径的1.5倍。所述弧形超前大管棚2和一字型超前大管棚3采用导向扩孔顶管施工工艺施工而成，在管棚钢管内安装冲击破碎导向冲击器，通过钻具安装测量水管，管棚钢管在顶进同时冲击、破碎卵石，通过冲击器向前钻进。

下面结合实施例对本实用新型进一步说明。实施例如图2和图3所示，是以某铁6号线下穿既有3号线路的施工区间为具体施工场地，该区间左线长823.842，右线长821.940m。该项目的车站与既有3号线路主体外端墙距离为8m,正穿长度20m，1～28环为下穿及高风险区间，下穿处盾构隧道埋深20.39m，与既有线路盾构隧道竖向间距4.065m。下穿区间地下水较丰富，该区间处于岷江水系冲积平原一级阶地，地表水为府河水，地下水主要为赋存于黏土层上填土层中的上层滞水、第四系砂、卵石土层的孔隙潜水以及基岩裂隙水。盾构隧道下穿地层均位于饱和、中密卵石层，地下水较丰富，地质条件自稳性差。地面为主干道，盾构近距离下穿风险很大。

在盾构始发端地下水较丰富，地质条件较差，地层很容易受刀盘扰动，出现超方、地面沉降的几率较大。因此对于常规加固技术，如注浆加固进行端头加固很难保证加固效果，保证盾构机顺利下穿既有盾构隧道。采取本发明中所述的盾构机始发即下穿既有盾构隧道管棚超前支护的施工方法，该施工方法主要是采用超前管棚施工，具体步骤如下：

1.进行施工图纸交底，现场放样确定各个管棚的具体位置；

2.弧形大管棚的布设：

(1)在6号线盾构隧道轮廓线外侧650mm位置环向180°范围内布设两环超前大管棚，两排管棚按1.5°倾角向四周发散打设；

(2)盾构隧道左、右断面外环各布设29根，内环28根，共57根；

(3)管棚由端头井单侧打设长度为33m，管棚总施工量为3762m；

(4)管棚打设完成后及时完成注浆填充，按每两孔进行一次注浆；

(5)钢管入孔孔位偏差控制在±20mm；

(6)盾构隧道管棚施工采用导向扩孔顶管施工工艺，即在管棚钢管内安装冲击破碎导向冲击器，通过钻具安装测量水管，管棚钢管在顶进同时冲击、破碎卵石，通过冲击器向前钻进；

(7)管棚钢管加工成花管，管壁对称并错开设置2排压浆孔；

(8)管口加工成45°坡口，环向焊接后沿钢管接头纵向焊接加强钢板，加强钢板宽度不小于1/3D，长度不小于1.5D(D为管棚钢管直径)；

(9)管棚钢管内插入钢筋笼，灌注填充砂浆；

3.两排一字型超前大管棚的布设：

(1)6号线盾构隧道拱顶上侧2210mm和2980mm位置一字型布设两排超前大管棚，两排管棚可按之前管棚打设经验偏差，设置1.5°倾角或水平打设；

(2)管棚钢管中心间距为1000mm，管棚梅花形布设；

(3)盾构隧道右线布设17根，左线布设15根，共32根；

(4)管棚从竖井基坑围护面单侧打设长度为30m，管棚总施工量为 960m；

(5)管棚打设完成后及时完成注浆填充，按每两孔进行一次注浆；

(6)钢管入孔孔位偏差控制在±20mm；

(7)盾构隧道管棚施工采用导向扩孔顶管施工工艺，即在管棚钢管内安装冲击破碎导向冲击器，通过钻具安装测量水管，管棚钢管在顶进同时冲击、破碎卵石，通过冲击器向前钻进；

(8)管棚钢管加工成花管，管壁对称并错开钻设2排压浆孔；

(9)管棚一侧管口加工成45°坡口，另一侧平直(不打设坡口)，环向焊接后沿钢管接头纵向焊接加强钢板，加强钢板宽度不小于1/3D，长度不小于1.5D(D为管棚钢管直径)；

(10)管棚钢管内采用后退式工艺灌注填充水泥浆，浆液配比为 0.8～1:1。

实施例中的管棚打设具体过程如下：

1.首先根据勘察与现场实际情况确定管棚的设计图、施工步骤等，同时确定管棚施工的各项参数、施工机具、人员配置等。根据实际要求、现场实际情况以及最新施工技术等确定施工工艺为“管内导向破碎、钢管液压顶进”，同时现场放样确定各个管棚的具体施工位置。

2.管棚施工步骤：

(1)顶管钻机进场并安装，各机构功能进行调试；

(2)顶管钻机就位设计孔位，按隧道轴线及坡度要求参数固定钻机；

(3)安装测量水管或传感器并将冲击钻具安装管棚钢管内，校核各项施工参数；

(4)启动钻机和空压机，钢管送至孔口，顶进钢管并旋转钻具；

(5)入孔0.5m复核施工参数，调整完成后启动冲击并钻进；

(6)旋转、冲击、顶进进行管棚施工作业，监控测量数据，适时进行钻进作业；

(7)完成单节钢管钻进后，复核角度参数，安装第二节钢管及钻具，循环顶进、冲击破碎、导向纠偏作业，直至完成设计施工长度；

(8)管棚钢管顶进完成后，回拔冲击钻具，回收测量仪器或装置，复核钢管参数；

(9)移动注浆设施就位下一根，按参数定位并继续施工作业。

3.管棚施工完成后，一字型超前大管棚采用后退式注浆，具体步骤如下：

(1)管棚完成施工后，封闭钢管管口，预留注浆孔和排气孔；

(2)按要求送入后退式注浆钻杆至管内20m位置，钻杆管口外部预留 1m；

(3)沿后退式注浆钻杆轴线在管棚管口预留注浆孔位置安装密封结构并固定；

(4)连接注浆管道并按设计要求参数搅拌水泥浆液；

(5)管棚钢管内按理论注浆量填充；

(6)完成钢管内填充后回拔注浆钻杆2～5m，压紧密封结构，按压力要求继续补注浆；

(7)按间距1m循环后退注浆钻杆并循环注浆补充，直至孔口；

(8)拔出后退式注浆钻杆，关闭孔口阀门，完成单根管棚后退式注浆；

(9)移动钻机就位下一根，按参数定位并继续施工作业。

4.、管棚管内采用先放钢筋笼，再注砂浆的方式，砂浆灌注步骤为：

(1)加工完成的部分钢筋笼内部通长安装砂浆导管，导管与钢筋笼固定；

(2)管棚钢管送入钢筋笼；

(3)封闭钢管管口，砂浆导管穿过封孔板并与封孔板焊接固定，钢管预留排气口；

(4)安装砂浆泵并调试，连接泵管；

(5)管棚钢管内按理论灌注砂浆量的90～95％填充，使用1:1:1砂浆；

(6)完成钢管内砂浆填充后封闭灌注孔，根据充盈程度补充水泥浆；

(7)移动灌注设施就位下一根，按参数定位并继续施工作业。

在具体施工过程中，其管棚施工需分区进行打设，在单个分区内管棚需跳孔施工，由于车站负二层中板环框梁梁离洞门较近，为满足上层管棚施工，将上部Φ146管棚设置在同一高度上打设，并以水平和向上1.5°外插角进行跳孔打设。本实用新型在进行后退式注浆过程中，为保证管棚注浆对既有线路的保护，在进行后退式注浆过程中，需对既有线路进行监控测量，依据监控数据控制施工；同时为保证注浆效果，必须严格控制注浆压力，严禁超压或超量注浆，当完成理论注浆后还需进行适当补注浆。在砂浆灌注时，为保证管棚质量，首先需以现场监测数据为依据进行施工，其次在安装管内钢筋笼时，为保证砂浆灌注效果，需在钢筋笼内部插入砂浆导管，通过导管灌注砂浆，严禁直接从管口进行砂浆灌注，同时在灌注过程中必须控制灌注压力，防止超压和超量；为不使管内砂浆充盈系数过大，需通过现场试验确定，必要时可采用水泥砂浆。

Claims (7)

1.一种盾构机始发即下穿既有盾构隧道管棚超前支护结构，其特征在于：所述支护结构包括设置在盾构隧道(1)轮廓线与既有隧道(6)之间的弧形超前大管棚(2)和一字型超前大管棚(3)，所述的弧形超前大管棚(2)至少设有两环，分布在盾构隧道(1)轮廓线上部外侧环向180°范围内，所述一字型超前大管棚(3)至少设有两排，设置在弧形超前大管棚(2)上方；其弧形超前大管棚(2)和一字型超前大管棚(3)的管棚钢管(4)均采用管壁开设有压浆孔(5)的花管，并在管棚打设完成之后，通过每根管棚钢管(4)分段压浆。

2.根据权利要求1所述的一种盾构机始发即下穿既有盾构隧道管棚超前支护结构，其特征在于：所述弧形超前大管棚(2)采用的超前大管棚，设有两环，每环管棚按1.5°倾角向四周发散打设；所述一字型超前大管棚(3)设有两排，均采用的超前大管棚，且两排一字型超前大管棚(3)设置1.5°倾角或水平打设。

3.根据权利要求1所述的一种盾构机始发即下穿既有盾构隧道管棚超前支护结构，其特征在于：所述管棚钢管(4)是由多节钢管连接而成，每节钢管的连接管口加工有45°坡口，相邻两节刚管环向焊接后沿着钢管接头纵向焊接加强钢板(7)，其加强钢板(7)的宽度不小于其管棚钢管(4)直径的1/3，长度不小于管棚钢管(4)直径的1.5倍。

4.根据权利要求1所述的一种盾构机始发即下穿既有盾构隧道管棚超前支护结构，其特征在于：所述管棚钢管(4)加工成花管，其管壁对称并错开设置2排的压浆孔(5)。

5.根据权利要求1所述的一种盾构机始发即下穿既有盾构隧道管棚超前支护结构，其特征在于：所述弧形超前大管棚(2)和一字型超前大管棚(3)采用导向扩孔顶管施工工艺施工而成，在管棚钢管内安装冲击破碎导向冲击器，通过钻具安装测量水管，管棚钢管在顶进同时冲击、破碎卵石，通过冲击器向前钻进。

6.根据权利要求2所述的一种盾构机始发即下穿既有盾构隧道管棚超前支护结构，其特征在于：所述两环弧形超前大管棚(2)设置在盾构隧道(1)轮廓线外侧600mm～700mm；所述两排一字型超前大管棚(3)分别设置在盾构隧道(1)拱顶上侧2200mm～2300和2900mm～3000mm的位置。

7.根据权利要求2所述的一种盾构机始发即下穿既有盾构隧道管棚超前支护结构，其特征在于：所述两环弧形超前大管棚(2)的内环包括28根直径为的钢环，外环包括29根直径为的钢管，且内环和外环钢环均等距分布，其打设长度为33m；所述一字型超前大管棚(3)的管钢管打设长度为30m。