三面封闭已建结构下盾构进出洞施工方法

摘要

本发明提出一种三面封闭已建结构下盾构进出洞施工方法，包括以下步骤：（1）对洞门外土体进行前期加固，所述前期加固在洞门上部结构施工前实施。（2）对土体加固效果进行检测，所述检测在洞门上部结构施工后实施。（3）若土体未达到强度和止水要求，则采用水平冻结法对洞门外土体进行补充加固。（4）实施盾构进出洞掘进施工。本发明具备适应性强、止水效果好、安全可靠等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，特别涉及一种三面封闭已建结构下盾构进出洞施工方法。 

背景技术

随着城市建设的迅速发展，轨道交通建设迎来了快速发展的步伐。目前我国轨道交通建设中大量采用了盾构法施工技术建造地铁隧道。而盾构进出洞施工技术作为盾构法隧道施工的重要组成部分，在施工中至关重要。 

为保证盾构进出洞的安全，进出洞口土体必须要有良好的稳定性和止水性，使盾构进出洞时洞口土体不坍塌、防止地下水涌入盾构工作井内。以往盾构进出洞时，洞门外土体一般是由地面上进行加固处理，待盾构进出洞前进行土层加固效果检测；当发现洞门外土层加固效果不佳时，可从地面上进行补充加固，以满足盾构进出洞施工要求。比如由地面进行垂直旋喷、搅拌或冷冻法对洞门外土体进行补充加固。 

但是城市地下空间的开发正在向密集化方向发展，地铁隧道建设环境也正在变得越加复杂，目前这种由地面进行洞口加固处理的方式有时无法满足施工的要求。 

如图1所示，其为一种地下隧道环境结构的示意图，其中盾构隧道11与地下道路12共线，盾构隧道11位于地下道路12的下方。从盾构隧道11的周围结构来看，上方是已建成的地下道路结构底板13，两侧有基坑围护结构14（如地下连续墙），形成上部和左右两侧均有连续结构的三面封闭环境。而在三面封闭环境下，洞门外土层的前期加固与补充加固均会受到已施工的结构影响，无法从地面上直接进行施工，加固施工需贯穿地下道路结构，无法实施。 

又如图8所示，其是另一种地下隧道环境结构的示意图。此图中的盾构隧道81的上部和左右两侧同样也形成了三面封闭环境，洞门外土层的前期加固与补充加固也无法从地面上直接进行施工。 

由此可见，在洞门外土层上部和左右两侧均有结构的三面封闭环境下的盾构进出洞施工与以往常规施工不同。然而，目前在国内外还未见类似工程案例，必须采用新的施工方法解决三面封闭已建结构下的盾构进出洞施工技术难题。 

发明内容

本发明的目的是提供一种三面封闭已建结构下盾构进出洞施工方法，以解决三面封闭环境下的盾构进出洞施工无法采用地面加固与地面补充加固的问题。 

本发明提出一种三面封闭已建结构下盾构进出洞施工方法，包括以下步骤：（1）对洞门外土体进行前期加固，所述前期加固在洞门上部结构施工前实施。（2）对土体加固效果进行检测，所述检测在洞门上部结构施工后实施。（3）若土体未达到强度和止水要求，则采用水平冻结法对洞门外土体进行补充加固。（4）实施盾构进出洞掘进施工。 

依照本发明较佳实施例所述的三面封闭已建结构下盾构进出洞施工方法，补充加固时具体包括以下步骤：（1）在洞门外土体上水平钻孔。（2）在水平孔中埋设冻结管。（3）对洞门外土体进行积极冻结，形成冻结加固体。 

依照本发明较佳实施例所述的三面封闭已建结构下盾构进出洞施工方法，在采用冻结补充加固条件下盾构进出洞掘进施工完成后还包括步骤：（1）对冻结土体实施强制解冻。（2）拔除冻结管，并向拔管形成的孔洞内及时注浆。 

依照本发明较佳实施例所述的三面封闭已建结构下盾构进出洞施工方法，对土体加固效果进行检测具体包括步骤：（1）在土体上开设取样孔。（2）对取样孔中的取样土进行强度检测。（3）根据取样土的检测结果判断土体的加固效果。 

依照本发明较佳实施例所述的三面封闭已建结构下盾构进出洞施工方法，对土体加固效果进行检测还包括：观察取样孔内是否有渗漏水或泥浆。 

依照本发明较佳实施例所述的三面封闭已建结构下盾构进出洞施工方法，在实施盾构进出洞掘进施工时具体包括步骤：（1）实时测量冻结土体的温度。（2）根据温度变化判断冻结加固体是否达到强度要求。（3）若达到强度要求，则实施盾构进出洞掘进施工。 

依照本发明较佳实施例所述的三面封闭已建结构下盾构进出洞施工方法，对洞门外土体采用高压旋喷或搅拌桩进行前期加固。 

本发明的有益效果是：本发明采用水平冻结法对洞门外土体进行补充加固，使洞门加固土体具备适应性强、止水效果好、安全可靠等优点的前提下，更可以对洞口周围环境结构，尤其是上部和左右两侧已建结构起到良好的保护作用，解决了现有洞口加固技术所无法处理的难题。 

附图说明

图1为一种地下隧道环境结构的示意图； 

图2为本发明三面封闭已建结构下盾构进出洞施工方法的一种实施例流程图；

图3为本发明采用水平冻结法进行补充加固的一种实施例流程图；

图4为本发明在洞门外土体中埋设冻结管的一种实施例示意图；

图5为本发明盾构掘进施工时的一种实施例流程图；

图6为盾构出洞的示意图；

图7为盾构进洞的示意图；

图8为另一种地下隧道环境结构的示意图。

具体实施方式

本发明的主要思想是采用水平冻结法对三面封闭环境下的洞门外土体进行补充加固，使盾构进出洞段土体达到设计强度和止水效果，为盾构进出洞施工提供了一个安全可靠的工作环境，且能够对周围环境，尤其是上部和左右两侧已建结构起到良好的保护作用。本发明的方法在软土、高水压等恶劣复杂的地质条件下均能实施，尤其适用于城市密集区复杂环境下的盾构进出洞施工。 

以下结合附图具体说明本发明。 

请参见图2，其为本发明三面封闭已建结构下盾构进出洞施工方法的一种实施例流程图，其包括以下步骤： 

S201，对洞门外土体进行前期加固。

S202，施工洞门上部结构。 

S203，对土体加固效果进行检测。若检测通过，则进入步骤S207；若检测不通过，则进入S204。 

S204，采用水平冻结法对洞门外土体进行补充加固。 

S205，实施盾构进出洞掘进施工。 

S206，对冻结加固体进行强制解冻（仅在有S204时实施该步骤）。 

S207，实施盾构进出洞掘进施工。 

在上部结构施工前，首先对洞门外土体进行预加固（即步骤S201，）。加固方法可采用高压旋喷或搅拌桩，较佳的加固区厚度为洞门外沿盾构轴线方向延伸6m，洞门左右两侧各向两边延伸3m，深度方向由洞门下方3m至洞门上方的结构底板以下。洞门外左右两侧的基坑围护结构可在预加固之前或之后施工均可。预加固应在盾构进出洞施工前一定时间内实施，从而保证盾构进出洞施工时已达到预期设计强度要求。 

盾构进出洞段洞门土体加固结束后，可实施上部结构的正常施工（即步骤S202）。这里所说的上部结构是指洞门上方的地下建筑结构，如地下道路等。上部结构的施工应符合相关设计与施工规范要求，且在施工过程尽量避免破坏预加固土体。如上部结构基坑开挖时的超挖、坑底集水等都会影响下方预加固土体的实际加固效果。 

盾构进出洞施工前，必须对洞门外土体加固效果进行检测（即步骤S203），判断其是否具备盾构进出洞施工条件。土体加固效果检测可以由盾构工作井内在混凝土洞门上开设取样孔，先观察是否有渗漏水或泥浆现象，再进行钻孔取样，并对取样土进行强度检测，判断加固土体是否达到设计强度要求。同时，取样后的孔内是否有渗漏水或泥浆也需要实时观察。开孔数量及位置应按照相关设计与施工规范实施，以达到全面了解土体加固整体效果。 

根据开孔观察和取样土体强度测试情况，判断盾构进出洞洞门外土体加固效果，决定是否对土体进行补充加固。如果土体强度和止水效果达到了设计要求，则可以直接实施盾构进出洞掘进施工（即步骤S207）。如取样土体强度未能达到其应具备的设计强度要求、开孔处有较连续的渗漏水或泥浆现象，则说明洞门外土体加固强度为不满足设计要求、加固体止水效果不佳，不具备盾构进出洞施工条件，应确定为需要对土体进行补充加固处理。 

在确定要进行补充加固后，考虑到洞门外土体上方已有地下结构底板，本发明采用水平冻结法实施补充加固（即步骤S204）。其中，采用水平冻结法进行补充加固较佳的实现方式具体可以采取以下步骤，如图3所示： 

S301，在洞门外土体上水平钻孔。

S302，在水平孔中埋设冻结管。 

S303，对洞门外土体进行积极冻结，形成冻结加固体。 

值得注意的是，要根据土体加固效果检测情况，结合洞门外土层地质条件、地下水位及周边荷载情况，进行水平冻结加固设计计算，确定冻结加固体厚度及加固范围，明确水平冻结管的布置及冻结管长等。在洞门上按设计要求开孔，并向洞门外土体中钻孔埋设冻结管。 

请参见图4，其为在洞门外土体中埋设冻结管的一种示意图。其中，多根冻结管41水平埋设在洞门42外的土体中，并将埋设的水平冻结管41依次通过管路43连接至冻结设备（由于冻结设备通常置于地面上，因而图中未绘示），并配合冻结测温管及测温传感器等设备，对洞门42外的土体进行积极冻结，并形成加固土体44，具备止水效果和一定强度，为盾构进出洞施工提供可靠的工作环境。其中，可以采用盐水或液氮作为冻结设备的循环冷冻液。 

在洞门外土体满足强度要求后，便可以实施盾构进出洞掘进施工（即步骤S205）。而为了确保施工的安全性，还要对加固土体44进行实时监测，请参见图5，盾构掘进施工时具体可以包括以下步骤： 

S501，实时测量冻结土体的温度。

S502，根据温度变化判断冻结加固体是否达到强度要求。 

S503，若达到强度要求，则实施盾构进出洞掘进施工。 

根据温度的监测，当加固土体44达到设计要求后，使冻结设备进行维持冻结，并在维持冻结状态下实施洞门的常规凿除、盾构刀盘靠上冻结加固体、盾构刀盘切削加固土体44、洞门密封，完成盾构进出洞掘进施工。请分别参见图6和图7，图6为盾构出洞的示意图，图7为盾构进洞的示意图。盾构出洞前，首先盾构机61应在始发工作井62中准备就绪，当加固土体44满足强度和止水要求后，凿除洞门，盾构机61的刀盘便可以切削并穿越加固土体44，进而进行隧道的掘进施工。盾构进洞前，盾构机61是位于已掘进的隧道施工段，当加固土体44满足强度和止水要求后，盾构机61便可以切削并穿越加固土体44，并从洞口42进入接受工作井72中，完成隧道的掘进施工。由于加固土体44的存在，为盾构进出洞施工提供了一个安全可靠的工作环境，尤其是对上部和左右两侧已建结构起到良好的保护作用。 

当盾构正常穿越冻结加固体，洞门密封安装到位且密封效果安全可靠后，停止维护冻结，对冻结土体实施强制解冻（即步骤S206）。强制解冻结束后，应拔除冻结管，并向拔管形成的孔洞内及时注浆，避免坍孔造成的土体变形，同时还可避免土体发生融沉，有效控制地层变形。 

本发明采用水平冻结法实现了对三面封闭环境下的洞门外土体的补充加固，具有适应性强、止水效果好、安全可靠等优点，能够适用于各种复杂地质条件，在城市繁华地区的复杂环境中实施盾构进出洞施工具有明显的技术优势。以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保护范围内。