一种盾构进洞的辅助结构及施工方法 |
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| 申请号 | CN201710431197.8 | 申请日 | 2017-06-09 | 公开(公告)号 | CN107387091A | 公开(公告)日 | 2017-11-24 |
| 申请人 | 上海市机械施工集团有限公司; | 发明人 | 毛轶; 沈伟城; 俞嫒妍; 金中林; 姚伟峰; 朱洪江; 李冀清; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了盾构进洞的辅助结构及施工方法，属于地下空间开发的技术领域。该辅助结构包括洞 门 加固冻结和 钢 套箱，洞门加固冻结包括在接收井一侧的洞门周圈纵向同轴设置的洞圈外冻土帷幕和洞圈内冻结板 块 ；钢套箱安装于接收井内，钢套箱为一端开口且带有空腔的拼装式钢结构，钢套箱的内径大于盾构的外径，钢套箱开口的一端与洞门固定连接。该施工方法包括如下步骤：首先进行洞门加固冻结，同时对盾构的 姿态 进行人工复核测量；其次在接收井内安装一与洞门固接的钢套箱；然后在洞门上安装引桥，并在钢套箱内壁底部上安装接收 基座 ；接着凿除洞门；接着在钢套箱内填料夯实；接着盾构进洞；接着洞门密封；最后拆除钢套箱、解体盾构。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种盾构进洞的辅助结构，适用于隧道不利土层或无法施工水泥土洞门加固条件下的所述盾构进洞，其特征在于，包括洞门加固冻结和钢套箱，所述洞门加固冻结包括在接收井一侧的洞门周圈纵向同轴设置的洞圈外冻土帷幕和洞圈内冻结板块；所述钢套箱安装于所述接收井内，所述钢套箱为一端开口且带有空腔的拼装式钢结构，所述钢套箱的内径大于所述盾构的外径，所述钢套箱开口的一端与所述洞门固定连接。 |
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| 说明书全文 | 一种盾构进洞的辅助结构及施工方法技术领域[0001] 本发明属于地下空间开发的技术领域，尤其涉及一种盾构进洞的辅助结构及施工方法。 背景技术[0002] 随着经济增长和城市化进程的加速，以及土地资源的日趋紧张，城市中地下空间建设的需求量越来越大。在沿海经济发达地区，盾构广泛用于城市地下给排水管道、天然气石油管道、通讯电缆等各种管道的非开挖铺设。采用盾构施工，能节约一大笔征地拆迁费用，减少环境污染和道路堵塞，具有显著的经济效益和社会效益。 [0003] 然而，由于受到周边环境的限制，盾构进洞区域的地质条件和施工条件也越来越苛刻，尤其是洞口段土体不能满足盾构接收对防水、防坍的安全要求或者是无法进行水泥土加固洞门施工时，如何提供一种可靠的盾构进洞的辅助结构及施工方法，是本领域技术人员亟需解决的技术难题。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种适用于洞口段土体不能满足盾构接收的安全性要求或者洞门无法进行水泥土加固时盾构进洞的辅助结构及施工方法，以解决现有技术中盾构不能顺利进洞的问题。 [0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是： [0006] 一种盾构进洞的辅助结构，适用于隧道不利土层或无法施工水泥土洞门加固条件下的所述盾构进洞，包括洞门加固冻结和钢套箱，所述洞门加固冻结包括在接收井一侧的洞门周圈纵向同轴设置的洞圈外冻土帷幕和洞圈内冻结板块；所述钢套箱安装于所述接收井内，所述钢套箱为一端开口且带有空腔的拼装式钢结构，所述钢套箱的内径大于所述盾构的外径，所述钢套箱开口的一端与所述洞门固定连接。 [0007] 进一步地，所述洞圈外冻土帷幕的深度大于所述洞圈内冻结板块的深度。 [0008] 进一步地，所述洞圈内冻结板块包括同轴设置的中圈冻结板块、内圈冻结板块以及中心冻结板块，所述中圈冻结板块、内圈冻结板块以及中心冻结板块分别通过在所述中圈冻结孔、内圈冻结孔和中心冻结孔插入含有冷冻液的冻结管形成；所述洞圈外冻土帷幕通过在所述外圈冻结孔中插入含有冷冻液的冻结管形成。 [0010] 进一步地，所述筒体由至少两节标准环拼接形成，每节标准环由上段标准环和下段标准环拼接形成，所述上段标准环和所述下段标准环之间通过螺栓连接。 [0011] 进一步地，所述筒体外周设置加劲结构，所述加劲结构为横向筋板和纵向筋板交叉形成的网状结构。 [0012] 一种盾构进洞的施工方法，包括如下步骤： [0013] 步骤一：进行洞门加固冻结，包括在接收井一侧的洞门周圈纵向同轴设置的洞圈外冻土帷幕和洞圈内冻结板块；同时对所述盾构的姿态进行人工复核测量； [0014] 步骤二：在所述接收井内安装一钢套箱，所述钢套箱为一端开口且带有空腔的拼装式钢结构，所述钢套箱的内径大于所述盾构的外径，所述钢套箱包括依次同轴固接的调整环、筒体以及后端盖，所述调整环的一端与所述洞门焊接连接，所述调整环的另一端与所述筒体螺栓连接； [0017] 步骤五：在所述钢套箱内填料：先对所述钢套箱进行密封性实验，待确认达到密封要求后再通过所述钢套箱顶部的送料管向所述钢套箱内填入填料； [0018] 步骤六：所述盾构进洞：所述盾构低速穿越所述洞门的加固冻结结构后进入所述钢套箱内接收； [0019] 步骤七：所述洞门密封：包括在所述洞门的洞圈上焊接洞门钢环，并注浆加固； [0020] 步骤八：拆除所述钢套箱、解体所述盾构：包括首先使得所述钢套箱上半部分分段解体并分段吊出；然后清理所述钢套箱内渣土；接着所述盾构分段解体并分段吊出；最后所述钢套箱下半部分分段解体并分段吊出。 [0021] 进一步地，所述步骤三中所述接收基座为混凝土结构，所述接收基座的中心轴线与所述隧道轴线一致。 [0022] 进一步地，所述步骤三还包括待所述接收基座安装就位后，在所述钢套箱四周设置支撑加以固定，所述支撑为工字钢或槽钢。 [0023] 本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果： [0024] 1、本发明的盾构进洞的辅助结构，适用于隧道不利土层或无法施工水泥土洞门加固条件下的盾构进洞。该盾构进洞的辅助结构包括洞门加固冻结和钢套箱，洞门加固冻结包括在接收井一侧的洞门周圈纵向同轴设置的洞圈外冻土帷幕和洞圈内冻结板块；钢套箱安装于接收井内，钢套箱为一端开口且带有空腔的拼装式钢结构，钢套箱的内径大于盾构的外径，钢套箱开口的一端与洞门固定连接。本发明的盾构进洞的辅助结构通过设置洞门加固冻结和与洞门固定连接的钢套箱，解决了接收井一侧的洞门段土体处于不利土层或该洞门无法进行水泥土加固时盾构安全进洞的施工难题。 [0025] 2、本发明的盾构进洞的施工方法，可适用于洞口段土体不能满足盾构接收的安全性要求或洞门无法进行水泥土加固时盾构的进洞施工。本发明的盾构进洞的施工方法，首先对接收洞门段土体进行冻结加固；然后在接收井内安装水密性的钢套箱作为外延接受体，并在钢套箱内填料夯实为盾构进洞时提供一个模拟的土中推进环境；接着在接收洞门处焊接止水洞门钢环并在盾构穿过洞门后注浆加固，以阻挡流水流砂；接着用钢板封堵洞圈与管片的间隙保证洞门封闭后进行分段解体和分段吊装钢套箱和盾构。本发明的盾构进洞的施工方法，适用于隧道不利土层或无法施工水泥土洞门加固条件下的盾构进洞，施工方便，安全可靠，保证了复杂条件下的盾构的安全进洞。附图说明 [0026] 本发明的盾构进洞的辅助结构及施工方法由以下的实施例及附图给出。 [0027] 图1是本发明一实施例盾构进洞的辅助结构中洞门加固冻结的平面示意图； [0028] 图2是图1的A-A剖视图； [0029] 图3是本发明一实施例中盾构进洞的辅助结构中钢套箱的结构示意图。 具体实施方式[0030] 以下结合附图和具体实施例对本发明提出的盾构进洞的辅助结构及施工方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需另外说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。 [0031] 本实施例中，需要在地下修建一条通道，为了减少施工对地面建筑造成的影响，采用盾构掘进施工。由于隧道接收井一侧的洞门处为不利土层，也就是说，洞门段土体不能满足盾构接收对防水、防坍的安全要求，无法进行水泥土洞门加固施工，这会导致盾构无法安全进洞。为了保证盾构安全进洞，需要采取其他措施对洞门段土体进行加固施工，并同时在接收井内安装辅助机构辅助盾构安全进洞。 [0032] 实施例一 [0033] 下面结合图1至图3详细说明本发明的盾构进洞的辅助结构。 [0034] 如图1至图3所示，一种盾构1进洞的辅助结构，适用于隧道不利土层或无法施工水泥土洞门2加固条件下的盾构进洞，包括洞门加固冻结和钢套箱6，洞门加固冻结包括在接收井3一侧的洞门2周圈纵向同轴设置的洞圈外冻土帷幕和洞圈内冻结板块；钢套箱6安装于接收井3内，钢套箱6为一端开口并带有空腔的拼装式水密性钢结构，钢套箱6的内径大于盾构1的外径，钢套箱6开口的一端与洞门2固定连接。 [0035] 继续参考图1和图2，具体来说，接收井3的内衬31为钢筋混凝土结构，其外侧为混凝土地下连续墙32围护。由于受场地限制，接收井3上方的地面没有施工条件，而且洞门段土体处于不利土层，因而本实施例中通过设置洞门加固冻结对洞门段土体进行加固，即采用水平冻结法，通过钻孔设备在洞门2周圈土体中打冻结孔，在冻结孔内对应设置含有冷冻液的冻结管(图中未示出)进行土体冻结加固。即洞门2周圈纵向设置洞圈外冻结孔41和洞圈内冻结孔，即从洞门2往隧道轴线方向打冻结孔，其中洞圈内冻结孔包括中圈冻结孔42、内圈冻结孔43以及中心冻结孔44，从而形成洞圈内冻结板块和洞圈外冻土帷幕。考虑到既要满足洞门2周圈土体的强度要求，又要保证盾构安全通过洞门加固冻结土体。因此，洞圈外冻土帷幕的深度大于洞圈内冻结板块的深度。洞圈内冻结板块包括同轴设置的中圈冻结板块、内圈冻结板块以及中心冻结板块，中圈冻结板块、内圈冻结板块以及中心冻结板块分别通过在中圈冻结孔42、内圈冻结孔43和中心冻结孔44插入含有冷冻液的冻结管形成；洞圈外冻土帷幕通过在外圈冻结孔41中插入含有冷冻液的冻结管形成。 [0036] 继续参考图3，为了保证盾构安全进洞，本实施例在接收井3内安装钢套箱6用于辅助盾构1进洞。也就是说，在盾构1进洞之前，在接收井3内提前安装一个大于盾构外径且设有空腔的拼装式水密性钢结构即钢套箱6，并在钢套箱6的筒体空腔内填入填料，形成一个外延接受体，密闭后以抵抗和平衡地下水土压力，从而保证盾构1的安全接收。钢套箱6包括依次同轴固接的调整环61、筒体62以及后端盖63，调整环61一端与洞门2钢圈焊接连接，调整环61另一端与筒体62螺栓连接，即调整环61用于钢套箱6与洞门2的洞圈(钢圈)的连接。 [0037] 筒体62由至少两节标准环拼接形成，单节标准环下部设有支座621，单节标准环平均分为上、下两半，即上段标准环和下段标准环，上段标准环和下段标准环之间通过螺栓连接。当然，为了保证筒体62的刚度，筒体62外周设置加劲结构。加劲结构为横向筋板和纵向筋板交叉形成的网状结构。可选地，本实施例中根据盾构1的长度，单节标准环的长度为2.5m，四节标准环依次固接形成筒体62。后端盖63用于封闭钢套箱6，并作为承受反力系统支撑的部件，该后端盖63也是由上、下两半拼接形成，后端盖63与筒体62螺栓连接。钢套箱6拼接完成后，以后端盖63作为支撑部件布置反力系统，并施加预应力。 [0038] 实施例二 [0039] 下面继续结合图1至图3详细说明盾构进洞的施工方法。盾构进洞的施工方法，包括如下步骤： [0040] 继续参考图1和图2，步骤一、进行洞门加固冻结，包括在接收井3一侧的洞门2周圈纵向同轴设置的洞圈外冻土帷幕和洞圈内冻结板块；同时对盾构1的姿态进行人工复核测量。 [0041] 具体来说，通过设置洞门加固冻结对洞门段土体进行加固，即采用水平冻结法，通过钻孔设备在洞门2周圈土体中打冻结孔，在冻结孔内对应设置含有冷冻液的冻结管(图中未示出)进行土体冻结加固。即洞门2周圈纵向设置四圈冻结孔，洞圈外即第一圈有效冻结长度(沿隧道轴线的长度)为5m,洞圈内即第二圈、第三圈以及中心点有效冻结长度为3m，设计冻结时间为30-40天。当然，根据施工要求还需要在洞门加固冻结后的土体中布设合适数量、合适深度的测温孔。根据盾构1进洞的安全性以及洞门段土体的情况，计算得出洞圈内冻结板块的有效厚度和洞圈外冻土帷幕的有效厚度,并将平均温度控制在0℃～-5℃之间为宜，以能保证水呈固态，且盾构1总推力不至于过大，从而保证盾构1能够顺利推进。根据设计要求，冷冻液可以选择盐水或液氮。在确认冻结帷幕达到设计厚度及强度后，可以在洞门2上开设若干探孔，以了解冻结土体与冻结壁5的胶结情况，从而得以判断洞门加固冻结土体的冻结效果以及是否存在渗漏水或者泥沙流出现象。此外，由于盾构1在加固区即洞门加固冻结土体中很难进行纠偏，因此必须保证盾构1以良好的姿态进入加固区。当盾构1推进至接收井前一定距离时，必须对盾构1的位置进行准确的测量，明确隧道中心轴线与隧道设计中心轴线的关系，同时对接收洞门2的位置进行复核测量，确定盾构1的贯通状态及掘进纠偏计划。 [0042] 继续参考图3，步骤二、在接收井3内安装一钢套箱6，钢套箱6为一端开口且带有空腔的拼装式水密性钢结构，钢套箱6的内径大于盾构1的外径，钢套箱6包括依次同轴固接的调整环61、筒体62以及后端盖63，调整环61的一端与洞门2焊接连接，调整环61的另一端与筒体62螺栓连接。 [0043] 也就是说，在盾构1进洞之前，在接收井3内提前安装一个大于盾构外径且带有空腔的的拼装式钢结构即钢套箱6，并在钢套箱6的筒体空腔内填入填料，形成一个外延接受体，密闭后以抵抗和平衡地下水土压力，从而保证盾构1的安全接收。 [0044] 继续参考图3，步骤三、在洞门2上安装引桥(图中未示出)，并在钢套箱6内壁底部上安装接收基座(图中未示出)。 [0045] 较佳地，为了防止盾构2进洞时因为洞圈与隧道高差不同而发生“叩头”，钢套箱6内壁底部还设有接收基座。接收基座的中心轴线与隧道设计轴线一致，同时还要兼顾盾构1进洞的姿态。当然，考虑到接收基座的轨面标高要适应盾构的推进线路，同时为满足盾构1刀盘贯通后拼装管片有足够的反力，可考虑将接收基座以盾构1进洞方向设置一定的坡度进行安装。同时，为了防止钢套箱6在盾构1进洞时盾构1与钢套箱6的摩擦而带动钢套箱6移动，接收基座就位后，在钢套箱四周设置支撑64加以固定，支撑64可以为工字钢或槽钢，确保施工过程中钢套箱6接收基座不产生位移及变形。 [0046] 继续参考图1和图2，步骤四、凿除洞门2：先凿除洞门2内的钢筋混凝土至内层钢筋，待洞圈内的冻结管和测温管拔除后，再凿除洞门2内剩余的钢筋混凝土。 [0047] 为了保证施工安全，首先在洞圈内搭设扣件式脚手架吊架，然后通过洞门2上的探孔观测洞门围护结构区域的土体渗漏情况，当盾构1进洞区域土体的实际加固效果满足盾构安全进洞要求时，方可凿除洞门2的混凝土，反之，则应采取补救措施。洞门2凿除时，先凿除洞门2内的钢筋混凝土至内层钢筋，待洞圈内的冻结管和测温管拔除后，再凿除洞门2内剩余的钢筋混凝土。凿除洞门2时，要避免破坏冻结管，例如可以采取板材覆盖措施，以防止洞门2凿除时掉落的混凝土碎块损坏冻结管。盾构1刀盘进入外圈洞门加固冻结土体后，通过设置的探孔探查分析冻土帷幕的状态，确认冻土帷幕与冻结壁5胶结良好后，即可对洞圈内洞门加固冻结土体进行拔除冻结管以及测温管施工，以保证盾构1的正常推进。拔除冻结管时依照先拔除中圈冻结管、再拔除内圈冻结管，最后拔除中心冻结管的顺序进行拔除冻结管施工。拔管施工前，需要对待拔除冻结管对应的冻结孔实施局部解冻，以方便冻结管的顺利拔除。而且，在拔除每圈冻结管时，要间隔拔除冻结管，未拔除的相邻冻结孔应维持冻结，直到全部拔除该圈上所有的冻结管。冻结管拔除时应避免损坏周边的冻结管，并维持其余冻结管的冻结状态。当出现冻结管拔断的情形时，应及时套管钻孔取出冻结管，从而保证整个拔管工作按期完成。 [0048] 继续参考图3，步骤五、在钢套箱6内填料夯实：先对钢套箱6进行密封性实验，待确认达到密封要求后再通过钢套箱6顶部的送料管向钢套箱6内填入填料。 [0049] 当钢套箱6安装完成后，对钢套箱6内注水进行密封性实验，确保钢套箱6的密闭效果。待确认钢套箱6的密闭效果符合施工要求后，排空钢套箱6内积水，并通过钢套箱6顶部的送料管向钢套箱6内填入填料，并封闭填土口。为了模拟盾构1在土中推进的效果，钢套箱6内的填料可以为盾构土和水。 [0050] 继续参考图3，步骤六、盾构1进洞：盾构1低速穿越洞门2的加固冻结结构后进入钢套箱6内接收。 [0051] 考虑到盾构1通过洞门加固冻结土体时，需要对洞门加固冻结土体进行切削，因此需要在盾构1刀盘上安装先行刀，使得先行刀的切削轨迹与主切削刀的切削轨迹完全重合，同时要降低盾构1的推进速度，保证盾构1在洞门加固冻结土体内持续推进的能力。盾构1在洞门加固冻结土体推进过程中，应将盾构1刀盘系统与其他系统解锁，确保盾构1刀盘始终保持旋转而不被冻住。与此同时，还要严格控制刀盘切割土体的进刀量，以防刀盘切入洞门加固冻结土体过深而被卡住。因此，盾构1低速穿越洞门加固冻结土体，并进入钢套箱6中进行接收。 [0052] 继续参考图3，步骤七、洞门2密封：包括在洞门2的洞圈上焊接洞门钢环，并注浆加固。 [0053] 洞门2的洞圈上焊接洞门钢环，盾构1进洞时，该洞门钢环能够紧密包裹盾构1，阻挡流水流砂。盾构1穿过洞门2后，对洞门2的洞圈注浆加固。具体来说，洞门周圈处拼装的管片为特制的注浆管片，该注浆管片上设置有注浆孔。盾构1进入钢套箱6后及时将该管片进行壁后注浆。注浆施工时，按照少量多次的原则，间隙式注浆。 [0054] 继续参考图3，步骤八、拆除钢套箱6、解体盾构1：包括首先使得钢套箱6上半部分分段解体并分段吊出；然后清理钢套箱内渣土；接着盾构1分段解体并分段吊出；最后钢套箱6下半部分分段解体并分段吊出。 [0055] 通过钢套箱6的各处泄压孔和管片中预留的注浆孔观测无渗漏后，反力架卸压，从上至下逐块割除与洞门2连接的钢套箱6的调整环61，并用钢板依次封堵洞圈与管片的间隙，即通过钢板将注浆管片外侧预埋的背负钢板和洞门钢环焊接连接。具体来说，首先使得钢套箱6上半部分分段解体并分段吊出；然后清理钢套箱6内渣土；接着盾构1分段解体并分段吊出；最后钢套箱6下半部分分段解体并分段吊出。 [0056] 综上所述，本发明的盾构进洞的辅助结构，适用于隧道不利土层或无法施工水泥土洞门加固条件下的盾构进洞。该盾构进洞的辅助结构包括施工洞门加固冻结和钢套箱，洞门加固冻结包括在接收井一侧的洞门周圈纵向同轴设置的洞圈外冻土帷幕和洞圈内冻结板块；钢套箱安装于接收井内，钢套箱为一端开口且带有空腔的拼装式密闭钢结构，钢套箱的内径大于盾构的外径，钢套箱开口的一端与洞门固定连接。本发明的盾构进洞的辅助结构通过设置洞门加固冻结和与洞门固定连接的钢套箱，解决了接收井一侧的洞门段土体处于不利土层或该洞门无法进行水泥土加固时盾构安全进洞的施工难题。本发明的盾构进洞的施工方法，可适用于洞口段土体不能满足盾构接收的安全性要求或洞门无法进行水泥土加固时盾构的进洞施工。本发明中盾构进洞的施工方法首先对接收洞门段土体进行冻结加固；然后在接收井内安装水密性的钢套箱作为外延接受体，并在钢套箱内填料夯实为盾构进洞时提供一个模拟的土中推进环境；接着在接收洞门处焊接止水洞门钢环并在盾构穿过洞门后注浆加固，以阻挡流水流砂；接着用钢板封堵洞圈与管片的间隙保证洞门封闭后进行分段解体和分段吊装钢套箱和盾构。本发明的盾构进洞的施工方法，适用于隧道不利土层或无法施工水泥土洞门加固条件下的盾构进洞，施工方便，安全可靠。 [0057] 上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定。本领域的技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求的保护范围。 |
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