一种富水砂层地质盾构接收端头的加固方法及加固结构与流程

1.本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种富水砂层地质盾构接收端头的加固方法及加固结构。


背景技术：

2.随着我国城市轨道交通的不断发展，城市地下空间得到了快速的开发和利用，地下隧道建设进入了高峰期，盾构施工具有安全性好、机械化程度高、掘进速度快、对环境扰动小、地层适应性广等优点，在城市轨道交通、公路隧道、市政管线等领域得到迅速的推广及应用，大量工程建设中都采用盾构法施工。盾构施工过程中，需要对盾构隧道端头部位进行加固。在高富水地层常常发生因加固质量不好发生涌漏水现象，严重的导致土体坍塌，盾构始发接收失败。
3.传统的盾构端头加固方法存在以下不足：1富水砂卵石层的特点是高富水、渗透系数大、卵石强度大、级配不均等，采用旋喷桩或者注浆加固地层，由于成孔困难、地下水稀释、串浆和注浆体难以均匀等原因，导致加固效果不理想；2完全采用高压旋喷桩或者注浆加固地层，若想达到加固效果，投入成本较高，不够经济；3止水、防水效果差，容易漏水、涌砂，加大了盾构施工的风险，增加了盾构施工工期。


技术实现要素：

4.针对上述技术背景中的问题，本发明的一个目的在于提供一种富水砂层地质盾构接收端头的加固方法。
5.为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：
6.一种富水砂层地质盾构接收端头的加固方法，具体包括以下步骤：
7.(一)围护结构的设计：在盾构接收端头外围浇注素混凝土形成外围呈凹形结构的地下连续墙；
8.(二)分层加固设计：
9.在盾构隧道拱顶3
‑
5m至拱底3
‑
5m的深度方向长度方向实施局部冻结设计；在地面下方至盾构隧道拱顶3
‑
5m的深度方向长度方向进行三轴搅拌桩加固设计；
10.s1、冷冻设计：在盾构接收端头设置水平方向的冷冻管，所述冷冻管与盾构前进方向平行，冷冻管与外部冷冻源相连接，在冷冻管周边区域形成水平冷冻加固区；
11.位于盾构隧道轮廓线外围的冷冻管布设长度在10
‑
18m，在位于盾构隧道轮廓线以内的冷冻管布设长度在1.5
‑
3m，以形成截面呈凹形的水平冷冻加固区；
12.所述冻结管呈圆形等间距设置有多道，且多道所述冷冻管同圆心不同半径分布；每道所述冻结管之间的间距为700
‑
900mm，两道冷冻管之间的间距为800
‑
1000mm；
13.在水平冷冻加固区达到冷冻要求时，在盾构到达前，将位于盾构隧道轮廓线以内的冷冻管拔出，位于盾构隧道轮廓线外围的冷冻管继续工作，进行二次冻结，在盾构机全部穿越过加固区后停止冷冻，并将冷冻管全部拔除；
14.s2、高压旋喷加固设计：在地下连续墙的内部设置三轴搅拌桩加固结构，在地下连续墙的围护结构与三轴搅拌桩加固结构之间采用高压旋喷桩搭接。
15.进一步地，所述地下连续墙的深度至盾构隧道底部以下5m。
16.进一步地，在水平冷冻加固区范围内布置多口降水井及观测井，在盾构机到达时利用降水井对端头进行降水。
17.本发明的另一目的在于，还提供一种富水砂层地质盾构接收端头的加固结构，包括位于盾构接收端头外围的围护结构，所述围护结构为素混凝土浇注形成的呈凹形结构的地下连续墙，在围护结构的内部设置三轴搅拌桩加固结构，在所述盾构接收端头设置水平冷冻加固区，在所述水平冷冻加固区内水平设置有多道冷冻管，所述冷冻管包括设置在盾构隧道轮廓线外围的冷冻长管与设置在盾构隧道轮廓线以内的冷冻短管，所述水平冷冻加固区的截面呈凹形结构。
18.进一步地，所述冷冻长管的布设长度在10
‑
18m，所述冷冻短管的布设长度在1.5
‑
3m。
19.进一步地，所述冻结管呈圆形等间距设置有多道，且多道所述冷冻管同圆心不同半径分布；每道所述冻结管之间的间距为700
‑
900mm，两道冷冻管之间的间距为800
‑
1000mm。
20.进一步地，在所述水平冷冻加固区设置有温度监测点，对冷冻区温度进行监测，温度监测点的数量为6
‑
8个，外圈均匀布设4
‑
6个，中圈与内圈之间以及内圈与洞门中心之间各布设1
‑
2个。
21.进一步地，在围护结构与三轴搅拌桩加固结构之间采用高压旋喷桩搭接。
22.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
23.本发明中对盾构接收端头周围土体进行分层加固，首先设计水平冷冻加固方式，利用长短冷冻管配合将盾构端头周围土体冻结呈凹形结构的冷冻加固区，提高周围土体强度，起到止水作用，且有助于提高注浆或旋喷加固效果，因此在冷冻加固区上方设置三轴搅拌桩加固区，对盾构端头进行进一步的加固，以避免冷冻结束后土体中水分再次影响盾构端头的加固效果。
24.对盾构接收端头的周围的土体进行分层加固，上层的三轴搅拌桩加固区域的施工与水平冷冻加固区区域的施工相互之间不会产生影响，相比垂直冷冻加固方式加固效果更高，加固效率更高，确保盾构机安全接收。
25.盾构机可直接破除冷冻短管周围的冻结土体形成洞门，减少了人工提前破桩导致地层失稳的风险，对周围环境扰动小，且起到了很好的防水效果，大大降低盾构端头接收时因涌水涌砂发生的危险。
附图说明
26.图1为本发明富水砂层地质盾构接收端头加固结构的平面图；
27.图2为本发明富水砂层地质盾构接收端头加固结构的立面图；
28.图3为本发明中冷冻管的分布结构示意图。
29.其中，围护结构1、三轴搅拌桩加固结构2、高压旋喷桩3、水平冷冻加固区4、冷冻管5、盾构隧道轮廓线6、冷冻长管7、冷冻短管8、温度监测点9。
具体实施方式
30.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
31.如图1
‑
3所示，一种富水砂层地质盾构接收端头的加固结构，包括位于盾构接收端头外围的围护结构1，所述围护结构1为素混凝土浇注形成的呈凹形结构的地下连续墙，在围护结构1的内部设置三轴搅拌桩加固结构2，在所述盾构接收端头设置水平冷冻加固区4，在所述水平冷冻加固区4内水平设置有多道冷冻管5，所述冷冻管5包括设置在盾构隧道轮廓线6外围的冷冻长管7与设置在盾构隧道轮廓线6以内的冷冻短管8，所述水平冷冻加固区4的截面呈凹形结构。
32.本发明中对盾构接收端头周围土体进行分层加固，首先设计水平冷冻加固方式，利用设置在盾构隧道轮廓线6外围的冷冻长管7与设置在盾构隧道轮廓线6以内的冷冻短管8配合将盾构端头周围土体冻结呈凹形结构的冷冻加固区4，提高周围土体强度，起到止水作用，且有助于提高注浆或旋喷加固效果，因此在冷冻加固区4上方设置三轴搅拌桩加固区2，对盾构端头进行进一步的加固，以避免冷冻结束后土体中水分再次影响盾构端头的加固效果。
33.对盾构接收端头的周围的土体进行分层加固，上层的三轴搅拌桩加固区2的施工与水平冷冻加固区4区域的施工相互之间不会产生影响，相比垂直冷冻加固方式加固效果更高，加固效率更高，确保盾构机安全接收。
34.盾构机可直接破除冷冻短管8周围的冻结土体形成洞门，减少了人工提前破桩导致地层失稳的风险，对周围环境扰动小，且起到了很好的防水效果，大大降低盾构端头接收时因涌水涌砂发生的危险。
35.在本实施例中，所述冷冻长管7的布设长度在10
‑
18m，所述冷冻短管8的布设长度在1.5
‑
3m。
36.如图3所示，在本实施例中，所述冻结管5呈圆形等间距设置有多道，且多道所述冷冻管5同圆心不同半径分布；每道所述冻结管5之间的间距为800mm，两道冷冻管5之间的间距为800mm。
37.如图3所示，在本实施中，在所述水平冷冻加固区4设置有温度监测点9，对冷冻区温度进行监测，温度监测点的数量为6
‑
8个，外圈均匀布设4
‑
6个，中圈与内圈之间以及内圈与洞门中心之间各布设1
‑
2个。
38.如图2所示，在围护结构1与三轴搅拌桩加固结构2之间采用高压旋喷桩3搭接。提高土体强度，提高加固效果。
39.实施例2
40.一种富水砂层地质盾构接收端头的加固方法，具体包括以下步骤：
41.(一)围护结构的设计：在盾构接收端头外围浇注素混凝土形成外围呈凹形结构的地下连续墙；
42.(二)分层加固设计：
43.在盾构隧道拱顶3
‑
5m至拱底3
‑
5m的深度方向长度方向实施局部冻结设计；在地面下方至盾构隧道拱顶3
‑
5m的深度方向长度方向进行三轴搅拌桩加固设计；
44.s1、冷冻设计：在盾构接收端头设置水平方向的冷冻管，所述冷冻管与盾构前进方
向平行，冷冻管与外部冷冻源相连接，在冷冻管周边区域形成水平冷冻加固区；
45.位于盾构隧道轮廓线外围的冷冻管布设长度在10
‑
18m，在位于盾构隧道轮廓线以内的冷冻管布设长度在1.5
‑
3m，以形成截面呈凹形的水平冷冻加固区；以便在盾构刀盘未破除冷冻加固区中部时其前盾尾后方形成有效的隔水环境。冷冻加固区平均温度设计要求为≤
‑
10℃，盾构管片与冻土界面处平均温度设计要求为≤
‑
5℃，设计冻结天数不低于30天。
46.所述冻结管呈圆形等间距设置有多道，且多道所述冷冻管同圆心不同半径分布；每道所述冻结管之间的间距为700
‑
900mm，两道冷冻管之间的间距为800
‑
1000mm；
47.盾构机推进至冷冻加固区区域而刀盘尚未抵达加固区时，先进行停机检查并安装蒸汽发生器，试用之后继续推进，此时水平冷冻加固区达到冷冻要求，将位于盾构隧道轮廓线以内的冷冻短管8拔出，位于盾构隧道轮廓线外围的冷冻长管7继续工作，进行二次冻结。
48.盾构机推进至水平冷冻加固区区域时，可直接破除冷冻短管8周围的冻结土体形成洞门，减少了人工提前破桩导致地层失稳的风险，对周围环境扰动小。
49.推进速度控制在1cm/min并随时观测渣土温度，排出渣土的温度低于0℃，应当立刻打开蒸汽发生器防止刀盘被冻土抱死；此时，在拼装管片时，盾构机应转换为推进模式，盾构机刀盘推出冷冻体后，盾尾进入加固区，同步注浆浆液改为水泥砂浆；当盾构机尾部脱离洞门后，停止同步注浆；盾构刀盘掘进至距离地下连续墙0.3
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0.5m时，掘进速度控制在5mm/min，掘进压力控制在0.3mpa，扭矩保持在7
×
103
‑
104kn
·
m，刀盘转速为0.9rpm，切口水压为0，靠盾构顶推力进入，推出盾尾后对洞门进行封死，且在盾构机全部穿越过加固区后停止冷冻，并将冷冻管全部拔除。
50.s2、高压旋喷加固设计：在地下连续墙的内部设置三轴搅拌桩加固结构，在地下连续墙的围护结构与三轴搅拌桩加固结构之间采用高压旋喷桩搭接。
51.其中，所述地下连续墙的深度至盾构隧道底部以下5m。
52.其中，在水平冷冻加固区范围内布置多口降水井及观测井，在盾构机到达时利用降水井对端头进行降水。
53.在土体加固区内设置降水井，在对土体中水分进行疏干，能够有效减少加固范围内的土体含水量，可以有效的提高盾构端头的土体强度。
54.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。