一种降低地铁盾构隧道洞门施工风险的方法

摘要

本发明公开了一种降低地铁盾构隧道洞门施工风险的方法，施工的地铁盾构隧道分为始发掘进段、主体掘进段和接收洞门掘进段；主体掘进段内位于最前侧的一个管片环为前端管片环；对地铁盾构隧道进行施工时，包括步骤：一、盾构掘进及管片拼装衬砌施工；二、接收洞门掘进段长度确定：前端管片环拼装之前，对接收洞门掘进段的长度L

说明书

技术领域

本发明属于地铁盾构隧道施工技术领域，尤其是涉及一种降低地铁盾构 隧道洞门施工风险的方法。

背景技术

盾构隧道施工完成后需要拆除洞门环，进行后期洞门结构施工。设计 一般要求洞门嵌入长度L需满足：400mm≤L≤800mm，洞门嵌入长度为为 洞门端墙结构内侧到盾构隧道始发洞门管片环或到达洞门管片环之间的 长度。但是实际盾构施工时，由于掘进过程中推力不同、隧道长度各异等 多种因素，往往不能保证洞门环嵌入长度恰好在设计允许范围之内，给盾 构隧道洞门施工与洞门环拆除过程增加了很大的施工风险，相应存在以下 几方面缺陷和不足：第一、洞门环嵌入长度过短或者过长，需要凿除洞门 环，与直接拔除洞门环相比，费用大大增加；第二、地层允许时，洞门环 嵌入长度超过800mm，考虑拔除，但是由于拔除长度较大，对洞门位置处 注浆加固及止水的要求极高，一旦加固及止水效果不好，就会存在较大的 安全风险；第三、地层不允许时，如盾构隧道端头是砂层、地下水丰富、 止水困难等情况，出于无奈，只能与设计沟通变更为外凸式洞门，一方面 不美观，另一方面也增加了沟通与设计变更方面的额外费用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一 种降低地铁盾构隧道洞门施工风险的方法，其方法步骤简单、设计合理且 投入成本较低、使用效果好，通过预先加工的长度调整环简便将洞门环嵌 入长度控制在设计允许范围内。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种降低地铁盾构隧 道洞门施工风险的方法，其特征在于：施工的地铁盾构隧道沿掘进方向由 后向前分为始发掘进段、主体掘进段和接收洞门掘进段，所述主体掘进段 位于所述始发掘进段和接收洞门掘进段之间，地铁盾构隧道前后两端的洞 门分别为接收洞门和始发洞门；所述始发掘进段内安装的管片环为始发洞 门管片环，所述始发掘进段的长度为400mm～800mm；所述主体掘进段内安 装的盾构管片均为主体段管片，所述主体掘进段内的管片环均由多个所述 主体段管片拼装而成；所述主体段管片为长度为1.2m的第一盾构管片或 长度为1.5m的第二盾构管片，所述主体掘进段内位于最前侧的一个管片 环为前端管片环；当所述主体段管片为第一盾构管片时，所述接收洞门掘 进段的长度不大于1.2m；当所述主体段管片为第二盾构管片时，所述接收 洞门掘进段的长度不大于1.5m；对地铁盾构隧道进行施工时，包括以下步 骤：

步骤一、盾构掘进及管片拼装衬砌施工：沿纵向延伸方向，采用盾构 机从始发洞门由后向前对地铁盾构隧道进行掘进施工；掘进施工过程中， 由后向前对所述始发洞门管片和主体段管片进行管片拼装衬砌施工，直至 完成所述始发洞门管片环和所述主体掘进段内位于所述前端管片环后侧 的所有管片环的拼装过程；

步骤二、接收洞门掘进段长度确定：所述前端管片环拼装之前，对所 述接收洞门掘进段的长度L_n进行测量；

步骤三、接收洞门掘进段长度调整判断：根据步骤二中测量得出的长 度L_n，进行管片调整判断：当L_n＝400mm～800mm时，无需对所述接收洞门 掘进段的长度进行调整，所述前端管片环拼装完成后，进入步骤五；否则， 进入步骤四；

步骤四、接收洞门掘进段长度调整：根据步骤二中测量得出的长度L_n和所述主体段管片的长度L_m，通过预先加工成型的长度调整环对所述接收 洞门掘进段的长度进行调整，获得调整后的所述接收洞门掘进段且其长度 记作L_n’，其中L_n’＝400mm～800mm；所述长度调整环为钢筋混凝土环， 所述长度调整环的长度为400mm且其横截面结构和尺寸均与所述主体掘进 段内安装的管片环相同；

当L_m＝1.2m且L_n＜400mm时，将所述前端管片环替换为两个所述长度 调整环，并对两个所述长度调整环分别进行安装；

当L_m＝1.2m且800mm＜L_n≤1200mm时，先对所述前端管片环进行拼装， 再在所述前端管片环前侧安装一个长度调整环；

当L_m＝1.5m且L_n＜100mm时，将所述前端管片环替换为两个所述长度 调整环，并对两个所述长度调整环分别进行安装；

当L_m＝1.5m且100mm≤L_n＜400mm时，将所述前端管片环替换为三个长 度调整环，并对三个所述长度调整环分别进行安装；

当L_m＝1.5m且800mm＜L_n≤1200mm时，先对所述前端管片环进行拼装， 再在所述前端管片环前侧安装一个长度调整环；

当L_m＝1.5m且1200mm＜L_n≤1500mm时，先对所述前端管片环进行拼装， 再在所述前端管片环前侧安装两个所述长度调整环；

步骤五、接收洞门管片环拼装施工：对接收洞门管片环进行拼装；所 述接收洞门管片环为位于步骤三中所述接收洞门掘进段内或步骤四中调 整后的所述接收洞门掘进段内的管片环；

步骤六、洞门施工：先分别拆除步骤一中拼装的始发洞门管片环和步 骤五中拼装的接收洞门管片环，再对地铁盾构隧道的始发洞门和接收洞门 分别进行施工。

上述一种降低地铁盾构隧道洞门施工风险的方法，其特征是：步骤四 中所述长度调整环为由多个长度为400mm的盾构管片拼装而成的管片环。

上述一种降低地铁盾构隧道洞门施工风险的方法，其特征是：步骤一 中所述始发洞门管片环的长度与所述主体掘进段内管片环的长度相同；所 述始发洞门管片环由多个所述主体段管片拼装而成，所述始发洞门管片环 嵌入地铁盾构隧道内的长度与所述始发掘进段的长度相同。

上述一种降低地铁盾构隧道洞门施工风险的方法，其特征是：步骤五 中所述接收洞门管片环的长度与所述主体掘进段内管片环的长度相同，所 述接收洞门管片环由多个所述主体段管片拼装而成，所述接收洞门管片环 嵌入地铁盾构隧道内的长度与步骤三中所述接收洞门掘进段或步骤四中 调整后的所述接收洞门掘进段内的长度相同。

上述一种降低地铁盾构隧道洞门施工风险的方法，其特征是：步骤二 中对所述接收洞门掘进段的长度L_n进行测量时，长度L_n为从所述前端管片 环的后端面安装位置处至地铁盾构隧道的前端洞口之间的距离。

上述一种降低地铁盾构隧道洞门施工风险的方法，其特征是：步骤二 中对所述接收洞门掘进段的长度L_n进行测量时，根据步骤一中所述盾构机 的切口里程，并结合测量得出的所述接收洞门的端墙里程，对长度L_n进行 预测。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、方法步骤简单、设计合理且投入成本较低。

2、施工简单且实现方便。

3、所采用长度调整环预先加工成型，加工精度高且加工精度易于保 证，施工现场仅需安装即可，操作简便且实现方便，投入施工成本较低， 并且施工速度快，不会影响施工工期，经济性好。

4、所采用长度调整环的通用性好，能对不同地区所施工不同类型盾 构隧道的接收洞门掘进段进行有效调整，主要原因分析如下：实际进行盾 构施工时，各地区所采用盾构管片的设计虽都有一些差异，但对长度调整 环通用性要求影响较大的主要有以下三个方面：第一、单环管片(即管片 环)的长度，有些地区所采用管片环的长度为1.2m，有些地区所采用管片 环的长度为1.5m，有些地区将长度1.2m与1.5m的两种管片混用，一般而 言，在直线及大半径平曲线位置采用长度为1.5m的管片，在小半径平曲 线位置采用长度为1.2m的管片；第二、管片螺栓位置不同，有些地区是 纵向10条螺栓，螺栓孔之间的夹角为36°；有些地区是纵向16条螺栓， 螺栓孔之间的夹角为22.5°；第三、管片外径及厚度不同，有些地区使用 管片的外径为6.2m且其厚度为350mm，有些地区使用管片的外径为6m且 其厚度为300mm。通过分析可看出，上述第一方面的问题最常见，但是对 长度调整环的使用不会造成影响，400mm长的长度调整环对于长度为1.2m 和1.5m的管片是通用的。上述第二方面和第三方面的问题仅在于需对长 度调整环进行单独生产，对长度调整环的厚度和外径进行调整，但差异性 不是很大；从国内管片类型来看，涉及不同类型的管片，在6.2m及6m外 径这种常用外径的管片中，差异性不超过4种。因而，所采用长度调整环 具有较大的通用性，具有较好的经济价值。实际施工时，通过长度调整环 调整，避免了洞门环嵌入长度不在设计范围之内的问题，不管洞门位置是 怎样的地质条件，只要按照常规的施工方法，进行洞门注浆封闭及渗漏水 与加固质量检查合格后，均可直接拔除洞门环，不用凿除管片，也不用与 设计单位联系进行外凸式洞门设计等繁琐的工作。最重要的是，通过长度 调整环进行调整后，使得洞门嵌入长度在设计要求范围之内，洞门施工时， 直接拔除洞门环效率高，洞门施工快速，有效降低了洞门环拆除过程中的 风险。

5、使用效果好，通过预先加工的长度调整环简便将洞门环嵌入长度 控制在设计允许范围内，能有效降低盾构隧道洞门施工与洞门环拆除过程 中存在的施工风险。实际施工时，始发洞门按照400mm≤L≤800mm控制洞 门环嵌入长度，贯通前最后2环管片环拼装之前，通过盾构机显示的切口 里程并辅以人工测量，接收洞门端墙里程测量成果，预测接收洞门一侧洞 门环嵌入长度，若不满足400mm≤L≤800mm的设计要求，则通过长度为 400mm的长度调整环进行调整，使接收洞门测的洞门环嵌入长度满足设计 要求。通过长度调整环进行调整后，洞门施工时只需按照最常规的方法， 拔除洞门环管片，随即进行洞门结构施工，有效避免了洞门管片长度过大 或者需要搭设脚手架进行管片凿除等带来的安全风险，也提高了施工效 率。本发明对国内洞门施工而言，是通用的，是一种经济性和安全性均较 高的改进方法。

综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理且投入成本较低、使用效 果好，通过预先加工的长度调整环简便将洞门环嵌入长度控制在设计允许 范围内，能有效降低盾构隧道洞门施工与洞门环拆除过程中存在的施工风 险。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的方法流程框图。

图2-1为当L_m＝1.2m且L_n＜400mm时地铁盾构隧道接收洞门一侧的施工 状态图。

图2-2为采用本发明对图2-1中接收洞门掘进段长度进行调整后的结 构示意图。

图3-1为当L_m＝1.2m且800mm＜L_n≤1200mm时地铁盾构隧道接收洞门一 侧的施工状态图。

图3-2为采用本发明对图3-1中接收洞门掘进段长度进行调整后的结 构示意图。

图4-1为当L_m＝1.5m且L_n＜100mm时地铁盾构隧道接收洞门一侧的施工 状态图。

图4-2为采用本发明对图4-1中接收洞门掘进段长度进行调整后的结 构示意图。

图5-1为当L_m＝1.5m且100mm≤L_n＜400mm时地铁盾构隧道接收洞门一 侧的施工状态图。

图5-2为采用本发明对图5-1中接收洞门掘进段长度进行调整后的结 构示意图。

图6-1为当L_m＝1.5m且800mm＜L_n≤1200mm时地铁盾构隧道接收洞门一 侧的施工状态图。

图6-2为采用本发明对图6-1中接收洞门掘进段长度进行调整后的结 构示意图。

图7-1为当L_m＝1.5m且1200mm＜L_n≤1500mm时地铁盾构隧道接收洞门 一侧的施工状态图。

图7-2为采用本发明对图7-1中接收洞门掘进段长度进行调整后的结 构示意图。

附图标记说明:

1—地铁盾构隧道；   2-1—第一盾构管片；   2-2—第二盾构管片； 3—长度调整环。

具体实施方式

如图1所示的一种降低地铁盾构隧道洞门施工风险的方法，施工的地 铁盾构隧道1沿掘进方向由后向前分为始发掘进段、主体掘进段和接收洞 门掘进段，所述主体掘进段位于所述始发掘进段和接收洞门掘进段之间， 地铁盾构隧道1前后两端的洞门分别为接收洞门和始发洞门；所述始发掘 进段内安装的管片环为始发洞门管片环，所述始发掘进段的长度为 400mm～800mm；所述主体掘进段内安装的盾构管片均为主体段管片，所述 主体掘进段内的管片环均由多个所述主体段管片拼装而成；所述主体段管 片为长度为1.2m的第一盾构管片2-1或长度为1.5m的第二盾构管片2-2， 所述主体掘进段内位于最前侧的一个管片环为前端管片环；当所述主体段 管片为第一盾构管片2-1时，所述接收洞门掘进段的长度不大于1.2m；当 所述主体段管片为第二盾构管片2-2时，所述接收洞门掘进段的长度不大 于1.5m；对地铁盾构隧道1进行施工时，包括以下步骤：

步骤一、盾构掘进及管片拼装衬砌施工：沿纵向延伸方向，采用盾构 机从始发洞门由后向前对地铁盾构隧道1进行掘进施工；掘进施工过程中， 由后向前对所述始发洞门管片和主体段管片进行管片拼装衬砌施工，直至 完成所述始发洞门管片环和所述主体掘进段内位于所述前端管片环后侧 的所有管片环的拼装过程；

步骤二、接收洞门掘进段长度确定：所述前端管片环拼装之前，对所 述接收洞门掘进段的长度L_n进行测量；

步骤三、接收洞门掘进段长度调整判断：根据步骤二中测量得出的长 度L_n，进行管片调整判断：当L_n＝400mm～800mm时，无需对所述接收洞门 掘进段的长度进行调整，所述前端管片环拼装完成后，进入步骤五；否则， 进入步骤四；

步骤四、接收洞门掘进段长度调整：根据步骤二中测量得出的长度L_n和所述主体段管片的长度L_m，通过预先加工成型的长度调整环3对所述接 收洞门掘进段的长度进行调整，获得调整后的所述接收洞门掘进段且其长 度记作L_n’，其中L_n’＝400mm～800mm；所述长度调整环3为钢筋混凝土 环，所述长度调整环3的长度为400mm且其横截面结构和尺寸均与所述主 体掘进段内安装的管片环相同；

当L_m＝1.2m且L_n＜400mm时，将所述前端管片环替换为两个所述长度 调整环3，并对两个所述长度调整环3分别进行安装，详见图2-1和图2-2；

当L_m＝1.2m且800mm＜L_n≤1200mm时，先对所述前端管片环进行拼装， 再在所述前端管片环前侧安装一个长度调整环3，详见图3-1和图3-2；

当L_m＝1.5m且L_n＜100mm时，将所述前端管片环替换为两个所述长度 调整环3，并对两个所述长度调整环3分别进行安装，详见图4-1和图4-2， 两个所述长度调整环3由后向前进行安装；

当L_m＝1.5m且100mm≤L_n＜400mm时，将所述前端管片环替换为三个长 度调整环3，并对三个所述长度调整环3分别进行安装，详见图5-1和图 6-2，三个所述长度调整环3由后向前进行安装；

当L_m＝1.5m且800mm＜L_n≤1200mm时，先对所述前端管片环进行拼装， 再在所述前端管片环前侧安装一个长度调整环3，详见图6-1和图6-2；

当L_m＝1.5m且1200mm＜L_n≤1500mm时，先对所述前端管片环进行拼装， 再在所述前端管片环前侧安装两个所述长度调整环3，详见图7-1和图 7-2，两个所述长度调整环3由后向前进行安装；

步骤五、接收洞门管片环拼装施工：对接收洞门管片环进行拼装；所 述接收洞门管片环为位于步骤三中所述接收洞门掘进段内或步骤四中调 整后的所述接收洞门掘进段内的管片环，详见图2-1和图2-2；

步骤六、洞门施工：先分别拆除步骤一中拼装的始发洞门管片环和步 骤五中拼装的接收洞门管片环，再对地铁盾构隧道1的始发洞门和接收洞 门分别进行施工。

实际施工时，所述始发洞门管片环和接收洞门管片环均为洞门环且二 者嵌入地铁盾构隧道1内的长度(即洞门环嵌入长度)均为400mm～800mm， 在设计允许范围内。

本实施例中，步骤一中对地铁盾构隧道1进行掘进施工时，按照常规 盾构掘进施工工艺进行掘进施工；步骤一中进行管片拼装衬砌施工时，按 照常规管片拼装衬砌施工工艺进行施工。

步骤三中对所述前端管片环进行拼装、步骤四中对所述前端管片环和 长度调整环3进行拼装以及步骤五中对所述接收洞门管片环进行拼装时， 均按照常规管片拼装衬砌施工工艺进行施工。

本实施例中，步骤四中所述长度调整环3为由多个长度为400mm的盾 构管片拼装而成的管片环。

实际施工过程中，所述长度调整环3也可以采用一个整体式钢筋混凝 土环。

本实施例中，所述始发洞门管片环、所述接收洞门管片环、所述长度 调整环3和所述主体掘进段内的管片环的横截面结构和尺寸均相同。

并且，所述始发洞门管片环、所述接收洞门管片环、所述长度调整环 3和所述主体掘进段内的管片环均为钢筋混凝土圆环，所述钢筋混凝土圆 环的内经与地铁盾构隧道1的成型直径相同。

为施工方便，本实施例中，步骤一中所述始发洞门管片环的长度与所 述主体掘进段内管片环的长度相同；所述始发洞门管片环由多个所述主体 段管片拼装而成，所述始发洞门管片环嵌入地铁盾构隧道1内的长度与所 述始发掘进段的长度相同。

本实施例中，步骤五中所述接收洞门管片环的长度与所述主体掘进段 内管片环的长度相同，所述接收洞门管片环由多个所述主体段管片拼装而 成，所述接收洞门管片环嵌入地铁盾构隧道1内的长度与步骤三中所述接 收洞门掘进段或步骤四中调整后的所述接收洞门掘进段内的长度相同。

实际施工时，所述始发洞门管片环的长度也可以不与所述主体掘进段 内管片环的长度相同，但所述始发洞门管片环的长度不小于所述始发掘进 段的长度。所述接收洞门管片环的长度也可以不与所述主体掘进段内管片 环的长度相同，但所述接收洞门管片环的长度不小于步骤三中所述接收洞 门掘进段或步骤四中调整后的所述接收洞门掘进段内的长度。

本实施例中，步骤二中对所述接收洞门掘进段的长度L_n进行测量时， 长度L_n为从所述前端管片环的后端面安装位置处至地铁盾构隧道1的前端 洞口之间的距离。其中，当前端洞口洞门为端墙式洞门时，长度L_n为从所 述前端管片环的后端面安装位置处至地铁盾构隧道1的前端洞口洞门端墙 结构内侧(即前端洞口的洞门端墙内侧壁)之间的距离。

并且，步骤二中对所述接收洞门掘进段的长度L_n进行测量时，根据步 骤一中所述盾构机的切口里程，并结合测量得出的所述接收洞门的端墙里 程，对长度L_n进行预测。

本实施例中，步骤六中对始发洞门管片环和接收洞门管片环进行拆除 时，对始发洞门管片环和接收洞门管片环分别进行拔除，拔除过程简便， 所需费用低，并且施工风险小。

并且，步骤六中对始发洞门管片环和接收洞门管片环进行拔除，均按 照常规的洞口环拔除方法进行施工；之后，按照常规的洞门施工方法，对 对地铁盾构隧道1的始发洞门和接收洞门分别进行施工。

结合图2-1、图2-2、图3-1和图3-2，当地铁盾构隧道1内安装长度 为1.2m的第一盾构管片2-1且需对接收洞门掘进段的长度进行调整时， 调整方法详见表1：

表1  长度1.2m管片的洞门环嵌入长度调整方法

L_n(mm) 长度调整环3的数量 L_n’(mm) L_n＜400 2 400～800 800＜L_n≤1200 1 400～800

由表1可知，当地铁盾构隧道1内安装长度为1.2m的第一盾构管片 2-1且预测出贯通面洞门嵌入长度(即长度L_n)小于400mm时，不拼装最 后一环(即所述前端管片环)，而拼装两个长度为400mm的长度调整环3 进行调整，调整后的洞门环嵌入长度(即长度L_n’)为400mm～800mm，满 足设计要求。当地铁盾构隧道1内安装长度为1.2m的第一盾构管片2-1 且预测出贯通面洞门嵌入长度(即长度L_n)大于800mm且不大于1200mm 时，需拼装所述前端管片环，并拼装一个长度为400mm的长度调整环3进 行调整，调整后的洞门环嵌入长度(即长度L_n’)为400mm～800mm，满足 设计要求。

结合图4-1、图4-2、图5-1、图5-2、图6-1、图6-2、图7-1和图 7-2，当地铁盾构隧道1内安装长度为1.5m的第二盾构管片2-2且需对接 收洞门掘进段的长度进行调整时，调整方法详见表2：

表1  长度1.2m管片的洞门环嵌入长度调整方法

L_n(mm) 长度调整环3的数量 L_n’(mm) L_n＜100 2 700～800 100≤L_n＜400 3 400～700 800＜L_n≤1200 1 400～800 1200＜L_n≤1600 2 400～700

由表2可知，当地铁盾构隧道1内安装长度为1.5m的第二盾构管片 2-2且预测出贯通面洞门嵌入长度(即长度L_n)小于100mm时，不拼装最 后一环(即所述前端管片环)，而拼装两个长度为400mm的长度调整环3 进行调整，调整后的洞门环嵌入长度(即长度L_n’)为700mm～800mm，满 足设计要求。当地铁盾构隧道1内安装长度为1.5m的第二盾构管片2-2 且预测出贯通面洞门嵌入长度(即长度L_n)不小于100mm且小于400mm时， 不拼装最后一环(即所述前端管片环)，而拼装三个长度为400mm的长度 调整环3进行调整，调整后的洞门环嵌入长度(即长度L_n’)为400mm～ 700mm，满足设计要求。当地铁盾构隧道1内安装长度为1.5m的第二盾构 管片2-2且预测出贯通面洞门嵌入长度(即长度L_n)大于800mm且不大于 1200mm时，需拼装所述前端管片环，并拼装一个长度为400mm的长度调整 环3进行调整，调整后的洞门环嵌入长度(即长度L_n’)为400mm～800mm， 满足设计要求。当地铁盾构隧道1内安装长度为1.5m的第二盾构管片2-2 且预测出贯通面洞门嵌入长度(即长度L_n)大于1200mm且不大于1500mm 时，需拼装所述前端管片环，并拼装两个长度为400mm的长度调整环3进 行调整，调整后的洞门环嵌入长度(即长度L_n’)为400mm～700mm，满足 设计要求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是 根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构 变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。