一种空间受限条件下盾构端头始发的施工结构的制作方法

1.本实用新型属于隧道工程技术领域，具体涉及一种空间受限条件下盾构端头始发的施工结构。


背景技术：

2.盾构法已成为城市地铁建设的主要工法，在软土地区，由于土质松散且透水，在盾构始发阶段，为避免产生涌砂、塌陷等事故，需要进行端头加固以提高端头地基承载力，并起到车站洞门处止水作用。常规的软土地区端头加固多采用搅拌桩进行，搅拌桩加固长度由盾构机机械尺寸及掌子面土体稳定性控制，需有一定长度范围，但在端头井空间受限条件下，如临河、靠近不能拆迁的建构筑物或管线无法进行迁改时，现场往往不具备地面加固的施做空间，而近年来类似的工程中，在加固施工比较困难时越来越多的采用钢套筒替代端头地面加固，虽然适应性强，但也有安装工期长、储运困难、造价高等不可回避的缺点，同时前方土体仍存在涌水涌砂等风险。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种空间受限条件下盾构端头始发的施工结构，解决在端头井空间受限条件下，如临河、靠近不能拆迁的建构筑物、管线无法进行迁改时无加固空间的问题。
4.本实用新型所采用的技术方案为：
5.一种空间受限条件下盾构端头始发的施工结构，其特征在于：
6.所述结构包括水泥加固体系和简易短套筒；
7.水泥加固体系包括搅拌桩，搅拌桩内侧为旋喷桩；
8.简易短套筒位于旋喷桩内侧并纵向布置，包括与旋喷桩连接的过渡环，过渡环内侧上部依次为中部上半圆环和尾端上半圆环，下部依次为尾端下半圆环和中部下半圆环。
9.旋喷桩内侧面设置有预埋环板，过渡环焊接固定到预埋环板上。
10.中部上半圆环与尾端上半圆环之间、中部上半圆环与过渡环之间均通过接合面处设置的法兰和螺栓连接固定，中间夹设橡胶垫；
11.尾端下半圆环与中部下半圆环之间、尾端下半圆环与过渡环之间均通过接合面处设置的法兰和螺栓连接固定，中间夹设橡胶垫。
12.中部上半圆环和尾端上半圆环组成上半圆环筒体，尾端下半圆环与中部下半圆环组成下半圆环筒体，上半圆环筒体和下半圆环筒体通过螺栓连接固定。
13.半圆环包括环向的两层端板，端板之间设置有横向的底板和纵向肋板，底板上设置有纵向螺栓孔；
14.半圆环分成多节，各节端面的肋板上设置有环向螺栓连接。
15.下半圆环筒体底部由底座支撑。
16.中部上半圆环由纵向的钢支撑连接固定到过渡环。
17.过渡环与预埋环板之间设置有始发止水装置，始发止水装置包括垫圈和扇形的圆环板，通过螺栓和螺母固定到预埋环板上，垫圈与预埋环板之间设置有帘布橡胶板，圆环板上铰接有翻板。
18.简易短套筒内底面设置有两道轨道，向外连接导轨。
19.本实用新型具有以下优点：
20.本实用新型在实现空间受限条件下的盾构端头加固及始发方法中采用简易短套筒拼装，采用止水帘布进行封闭止水，采用搅拌桩进行地基加固、旋喷桩进行接头止水，以上涉及的钢材、水泥浆、搅拌所用的机械、台车、焊接设备及固定锚栓等均为常规材料或设备，其相应尺寸为工程中的常规类型，便于加工制造及采购。在端头空间受限条件下，搅拌加固长度可根据前方土体稳定性和现场地质条件动态调整浆液配比加工，根据接口止水效果进行多点位补充加固，进行动态优化调整，具备很强的操作性。
21.由于盾构法是修建城市轨道交通工程中的一种常见工法，本实用新型同时具备钢套筒和水泥系加固的诸多优点，在空间受限时采用简易拼装的短套筒延长始发空间，而地面加固使端头范围土体得到改良，主动隔断水力联系，避免涌水涌砂，进而提高了始发安全度，同时采用简易短套筒减少了不必要的储运风险，降低了工程造价，缩短了工期，具备明显优势，适应性很强。采用常规搅拌桩进行土体加固，主动改良土体以提高稳定性和抗渗性，采用旋喷桩封闭水流渗透的接口，主动隔离水力联系以避免涌水涌砂，提高始发安全度；其次，采用简易短套筒的方法延长盾构始发空间，解决在端头井空间受限条件下，如临河、靠近不能拆迁的建构筑物或管线无法进行迁改时无加固空间的问题。
22.该实用新型应用条件灵活，具备较强的适应性，还能满足周边环境保护的苛刻要求，因此，本实用新型具有较高的经济效益和社会效益，在城市轨道交通行业有着广泛的应用前景。
附图说明
23.图1为简易短套筒结构示意图。
24.图2为钢套筒尾端上半环及支撑加固纵向示意图。
25.图3为钢套筒尾端上半环及支撑加固剖面示意图。
26.图4为简易短套筒过渡环结构图。
27.图5为简易短套筒上半环结构图。
28.图6为简易短套筒下半环结构图。
29.图7为盾构始发止水装置示意图。
30.图8为盾构始发止水装置结构详图。
31.图9为弧形钢板封堵结构图。
32.图10为单块弧形钢板。
33.图11为搅拌桩大样。
34.图12为旋喷桩大样。
35.图中，1
‑
过渡环，2
‑
预埋环板，3
‑
始发托架，4
‑
反力架，5
‑
负环，6
‑
工字钢，7
‑
尾端上半圆环，8
‑
尾端下半圆环，9
‑
搅拌桩，10
‑
旋喷桩，11
‑
钢支撑，12
‑
底座，13
‑
螺旋焊管，14
‑
帘布橡胶板，15
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翻板，16
‑
螺栓，17
‑
垫圈，18
‑
圆环板，19
‑
螺母，20
‑
弧形钢板，21
‑
管片，22
‑
地
连墙，23
‑
端板，24
‑
肋板，25
‑
纵向螺栓孔，26
‑
环向螺栓连接，27
‑
单块弧形钢板，28
‑
中部上半圆环，29
‑
中部下半圆环，30
‑
环向连接钢板。
具体实施方式
36.下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细的说明。
37.本实用新型涉及一种空间受限条件下盾构端头始发的施工结构，同时具备水泥系加固和钢套筒的诸多优点，在空间受限时采用简易短套筒延长始发空间，大大减少了常规钢套筒工法不必要的储运风险，降低了工程造价，缩短了工期，采用水泥系加固使端头范围土体得到改良，主动隔断水力联系，避免涌水涌砂，进而提高了始发安全度，具备明显优势，适应性很强。
38.所述结构包括水泥加固体系和简易短套筒；水泥加固体系包括搅拌桩9，搅拌桩9内侧为旋喷桩10；简易短套筒位于旋喷桩10内侧并纵向布置，包括与旋喷桩10连接的过渡环1，过渡环1内侧上部依次为中部上半圆环28和尾端上半圆环7，下部依次为尾端下半圆环8和中部下半圆环29。
39.旋喷桩10内侧面设置有预埋环板2，过渡环1焊接固定到预埋环板2上。中部上半圆环28与尾端上半圆环7之间、中部上半圆环28与过渡环1之间均通过接合面处设置的法兰和螺栓连接固定，中间夹设橡胶垫；尾端下半圆环8与中部下半圆环29之间、尾端下半圆环8与过渡环1之间均通过接合面处设置的法兰和螺栓连接固定，中间夹设橡胶垫。
40.中部上半圆环28和尾端上半圆环7组成上半圆环筒体，尾端下半圆环8与中部下半圆环29组成下半圆环筒体，上半圆环筒体和下半圆环筒体通过螺栓连接。
41.半圆环包括环向的两层端板23，端板23之间设置有横向的底板和纵向肋板24，底板上设置有纵向螺栓孔25；半圆环分成多节，各节端面的肋板24上设置有环向螺栓连接26。
42.下半圆环筒体底部由底座12支撑。中部上半圆环28由纵向的钢支撑11连接固定到过渡环1。
43.过渡环1与预埋环板2之间设置有始发止水装置，始发止水装置包括垫圈17和扇形的圆环板18，通过螺栓16和螺母19固定到预埋环板2上，垫圈17与预埋环板2之间设置有帘布橡胶板14，圆环板18上铰接有翻板15。
44.简易短套筒内底面设置有两道轨道，向外连接导轨。
45.参见附图对本实用新型进行进一步详细说明：
46.简易短套筒包括过渡环1、下半圆环、上半圆环等主要拼装构件及简易套筒尾部止水构件；水泥加固体系包括搅拌桩9加固、旋喷桩10接头止水；
47.过渡环1用于与简易短套筒与地连墙22的端头连接，在车站围护结构预埋环板2上焊接安装过渡环1，在过渡环1与预埋环板2焊接的外侧涂抹聚氨酯加强防水，出现过渡环1与预埋环板2出现较大空隙处于空隙处填充钢板并再次焊接牢固；
48.上半圆环用于拼装简易短套筒的中间主体钢套筒，分为中部上半圆环28与尾端上半圆环7，盾体、尾端上半圆环7和过渡环1、与下半圆环接合面均焊接有圆法兰，上半圆环钢筒体与过渡环1、下半圆环筒体利用圆法兰通过螺栓连接，中间加橡胶垫密封；
49.下半圆环用于拼装简易短套筒的中间主体钢套筒，分为中部下半圆环29与尾端下半圆环8，其端头和过渡环1、与上半圆环接合面均焊接有圆法兰，下半圆环钢筒体与过渡环
1、上半圆环筒体利用圆法兰通过螺栓连接，中间加橡胶垫密封；
50.简易套筒尾部止水装置包括帘布橡胶板14、扇形圆环板18、连接螺栓16、螺母19和垫圈17。简易钢套筒的尾部环板预留有72只螺栓孔，先安装帘布橡胶板14，后圆形扇形板，压板螺栓应尽可能拧紧，使帘布橡胶板14紧贴钢套筒，然后将扇形板向钢套筒内翻入，安装前用丝攻逐个清理螺孔内螺纹，在其内侧均匀地涂上黄油；
51.水泥系搅拌桩9用于围护结构外侧端头的土体改良及隔离贯通水系，避免盾构机开洞门后出现涌水涌砂及土体稳定型不足的情况，加固长度及咬合度根据受限空间尺寸、土质情况、周边建构筑物分布等进行灵活布置处理；
52.旋喷桩10用于水泥系搅拌桩9与车站围护结构相接处的接头止水，旋喷桩10施作咬合度和深度可根据现场土质情况、隔离贯通水系、周边建构筑物分布灵活布置处理，目的是隔断接口处存在的水流渗径，避免出现涌水涌砂情况，提高盾构始发安全度。
53.本实用新型的盾构加固及始发方法具有以下特点：
54.本实用新型首先采用常规搅拌桩9进行掌子面土体加固，主动改良土体以提高稳定性和抗渗性，采用旋喷桩10封闭水流渗透的接口，主动隔离水力联系以避免涌水涌砂，提高盾构始发安全度。在车站盾构井内拼装简易短套筒延长始发空间，采用上半圆环、下半圆环、过渡环1等主要构件拼装，不同构件间通过圆法兰、螺栓等构件连接，通过在简易套筒上布置帘布橡胶板14及翻板15进行止水，大大减少了常规钢套筒工法不必要的储运风险，降低了工程造价，缩短了工期，适应性更强。
55.上述实现空间受限条件下的盾构端头始发方法，包括以下步骤：
56.步骤一：按端头含水层分布及土体稳定性计算开展搅拌桩9加固，最后于车站围护结构与搅拌桩9加固体间设置一排旋喷桩10体，起到接口止水作用，水泥系加固旨在改良土体，并隔断断头范围内的水力联系，隔离保护建构筑物，其加固长度可根据端头空间尺寸灵活布置；
57.步骤二：加固完成后，确定盾构井口盾体中心线，在车站围护结构预埋环板上焊接安装过渡环1，在过渡环1与预埋环板焊接的外侧涂抹聚氨酯加强防水，如出现过渡环1与预埋环板出现较大空隙处于空隙处填充钢板并再次焊接牢固；安装简易套筒的下半圆环，使其中心线与盾体中心线重合，下半圆环与过渡环1采用螺栓连接；
58.步骤二：在安装的简易钢套筒下方60
°
圆弧内平均分布安装2根43公斤钢轨，钢轨从下半圆环钢套筒后端铺设至过渡环1内，钢轨采用压板固定，压板焊接在下半圆环筒体上。根据盾构机标高，在洞门下部安装2根导轨，靠近盾构机端制作成斜坡，导向轨与基座上轨面高度坡度一致。为确保底部砂层提供充足的防盾构机扭转摩擦反力，在钢套筒底部2根钢轨之间铺砂并压实，每个位置的铺砂高度高出相应钢轨的高度15mm，待盾构机放去上后，进一步压实；
59.步骤三：安装盾构机前盾、中盾，均放置于下半圆环钢套筒内，前盾与中盾安装完毕，确保前盾前端与拼装的简易钢套筒尾部有50cm的操作空间，便于橡胶帘布板和帘布压板的安装。
60.步骤四：简易钢套筒下半圆内导轨安装填料完毕，即可开始钢套筒尾端上半圆环7及支撑的11安装。钢套筒的尾端上半圆环7与钢套筒的下半圆采用螺栓连接，尾端上半圆环7与洞门钢环之间2.5米的距离，采用5根18a工字钢11进行支撑加固；
61.步骤五：在钢套筒尾部安装始发止水装置，止水装置包括帘布橡胶板14、扇形圆环板、连接螺栓、螺母和垫圈；钢套筒的尾部环板预留有72只螺栓孔。安装前测量螺孔的位置偏差，如发现偏差过大的，应相应调整帘布橡胶板14上孔的位置，同时，逐个清理螺孔内螺纹，在其内侧均匀地涂上黄油。安装时，先安装帘布橡胶板14，后圆形扇形板，压板螺栓应尽可能拧紧，使帘布橡胶板14紧贴钢套筒，然后将扇形板向钢套筒内翻入。
62.橡胶帘布板及压板安装完毕，待盾构机前盾利用千斤顶顶入钢套筒后，焊接钢套筒下半圆的弧形钢板20，提前做好预控措施。
63.步骤六：待橡胶帘布板安装完毕，采用两个200t千斤顶将前盾和中盾顶入钢套筒内，位置到位后，方可拆除上部18a工字钢6支撑。随即吊装刀盘，在钢套筒内安装盾构机主体，并与连接桥和后配套台车连接。洞门钢环内引轨长度为20cm，预留60cm空间，确保刀盘的旋转及顺利调试。待盾构机调试完成，方可安装简易钢套筒的上半圆；
64.步骤七：钢套筒、反力架4安装完毕，盾构机调试完成后，安装负环5、盾构机向前推进至刀盘面板贴近洞门掌子面但不切削掌子面。第一环负环5在盾尾内拼装成型后，通过千斤顶整体向后顶推至紧贴反力架4，管片21与反力架4之间采用螺栓连接。
65.步骤八：盾构机安装调试完毕，方可安装简易钢套筒的上半圆。简易钢套筒上半圆安装好以后，调整压紧螺栓，检验连接安装部位，确保其连接完好性。钢套筒的上下半圆连接处，内侧贴遇水膨胀止水条，内外侧涂抹聚氨酯防渗漏。
66.步骤九：简易钢套筒尾部与管片21的封堵。待盾尾进入钢套筒后，用弧形钢板20将钢套筒端部与
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2环含背覆式钢板的管片21的背弧面焊接，确保满焊；可在弧形钢板20外部加设15cm长d28mm的钢筋作为斜撑，进行加固。
67.步骤十：盾构机向前推进至刀盘面板贴近加固区边缘即0环管片21拼装完毕,即通过钢套筒上部的进料口向钢套筒内进行第二次填砂，本次填料在钢套筒与盾构之间的间隙内填充砂。在填充的过程中适当加水，并通过钢套筒下部的排水孔排出，保证砂的密实。
68.在此阶段，盾构机继续掘进，填砂同步进行，直至0环管片21脱离盾尾。为保证简易钢套筒内的管片21不下沉，钢套筒内的填料必须密实均匀，填料过程中要在多个填料孔分别填充，保证分配均匀，填充过程分阶段进行，派人在填料孔观察，填至一定高度时需要进行平整密实，平整后再继续填料直至完全充满整个简易钢套筒。
69.步骤十一：盾构推进过程中，待盾尾脱离钢套筒，利用盾构机的注浆管同步注入可硬性浆液，填充空隙。
70.待刀盘掘进至 18环管片21拼装完毕时，此时应停机，利用管片21的注浆孔，分别在0环、2环、4环、6环、8环进行二次注浆，注水泥水玻璃双液浆。注意控制注浆压力，避免破坏盾尾密封措施，通过检测孔观察注浆效果，确保不渗水，以利钢套筒拆除和洞圈封闭施工作业面的安全可靠。
71.步骤十二：待盾构机掘进至100环，进行简易钢套筒的拆除。拆除前，通过检测孔检查洞门封堵情况，确保注浆效果满足要求。按照“随割随封”的原则，通过弧形钢板20与 1环管片21的背覆钢板进行焊接。
72.本实用新型成功的关键是快速有效的拼装简易短套筒，封闭盾构始发空间，快速有效的建立起土仓应力平衡，另外，主动采取水泥系加固措施起到隔断水流贯通的作用，能够有效提高始发安全度。简易短套筒包括上半圆环、下半圆环、过渡环等主要构件，各类构
件通过圆法兰、螺栓等构件连接，通过帘布橡胶板及压板等构件止水。本实用新型简易短套筒涉及的钢材、法兰、螺栓、圆法兰拼装所用的机械、用于止水隔断的水泥系加固材料等均为常规材料或设备，可根据所需进行动态优化调整，具备很强的操作性。拼装延长盾构始发空间，解决在端头井空间受限条件下，如临河、靠近不能拆迁的建构筑物、管线无法进行迁改时无加固空间的问题，该实用新型具备钢套筒和水泥系加固的诸多优点，在空间受限时采用自制的拼装简易短套筒延长始发空间，而地面加固使端头范围土体得到改良，主动隔断水力联系，避免涌水涌砂，进而提高了始发安全度，同时大大减少了常规钢套筒工法不必要的储运风险，降低了工程造价，缩短了工期，适应性很强，具备明显优势。因此，本实用新型具有较高的经济效益和社会效益，在城市轨道交通行业有着广泛的应用前景。
73.本实用新型的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。