专利名称：盾构隧道浅覆土始发方法
技术领域：
本发明涉及一种盾构隧道的始发方法，具体地指一种盾构隧道浅覆土始发方法。
背景技术：
近年来国内盾构隧道得到了迅猛发展，包括地铁、公路、市政、铁路、输水、输气等行业。国内业界在盾构隧道的理论及试验研究上也投入了大量的资金，开展了大量的科研课题，譬如在盾构隧道结构力学性能和设计方法方面，取得了一些成绩。但是在超大盾构隧道及复杂环境条件下盾构始发方面的仍然存在一些问题，由于大直径盾构隧道掌子面上下的水土压力差别较大，且掌子面上土层条件也不相同，因此浅覆土始发过程中泥水压力与掌子面水土压力的平衡难以掌控，轻微的泥水压力波动即易引起掌子面土体的坍塌，酿成重大的工程安全事故。针对上述问题，现有技术一般采取增大始发段覆土的厚度，根据经验值选择 0. 5^0. 6倍盾构隧道外径，这样在一定程度上能增大始发段盾构隧道顶部土层抗泥水劈裂能力，降低盾构机泥水压力波动过大而击穿上覆土层，造成地层失稳或坍塌的风险，但却增加了始发工作井和后续明挖段的基坑开挖深度，增大了工程风险和造价；此外，现有技术中多采用单一的地层加固方式，往往难以保证加固质量和效果，始发洞口打开后掌子面土体发生涌水涌泥，或无法承受盾构机泥水仓内的泥水压力而局部出现破坏等等，造成地层失稳或坍塌等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有盾构隧道浅覆土始发过程中地层的稳定性问题，提供一种无需增大始发段覆土的厚度，工程造价低，安全的盾构隧道浅覆土始发方法。为实现上述目的，本发明所设计的盾构隧道浅覆土始发方法，所述方法包括以下步骤I)对始发井外，沿盾构掘进方向的地层进行全断面加固、全断面加固体(2 )的厚度比盾构机长度长2 3米；2)以全断面加固体的末端为界，沿盾构掘进方向，对地层进行门式加固，门式加固体的厚度为3(T55米，并对全断面加固体和门式加固体范围内的地面进行覆土反压；门式加固体沿盾构掘进方向的长度应能覆盖盾构上方覆土厚度不能满足盾构隧道施工期抗浮需要的地段；3 )然后采用冻结法对靠近始发井的洞门处地层进行界面冻结加固，界面冻结加固体厚度为r2米；4)待加固土体和冻结地层达到设计要求，且盾构机组装调试到位后，凿除洞门范围内的工作井围护墙；5)盾构机前推至掌子面建立泥水密封后掘进。优选地，所述全断面加固体的横剖面为宽和高均为D + 6. I米的大矩形和位于其正下方的宽o. 7D - 0. I米、高3飞米的小矩形上下接合而成的不规则多边形，盾构隧道面位于所述上方的大矩形的中心，所述D为盾构机直径。小矩形加固体作为承担盾构机自重荷载的基础。优选地，所述门式加固体的横剖面为宽D + 6. I米，高0. 7D + 2米且下方开有弧形缺口的矩形，所述弧形缺口和盾构隧道面的形状相匹配，且缺口的顶点与所述门式加固体的剖面的宽边的距离为3 3. 4米。优选地，所述界面冻结加固体的横剖面为宽和高均为D + 6. I米的矩形，其盾构隧道面位于界面冻结加固体的横剖面的中心。本发明所述全断面加固、门式加固、界面冻结加固、覆土反压的技术实施过程如下全断面加固是指加固体断面能将掘进轴线方向上盾构机的整个横断面全部包住， 加固方式可以采用旋喷桩或搅拌桩等。门式加固是指加固体断面形状似一个“凯旋门”，位于盾构隧道正上方。界面冻结加固是指在紧邻始发井洞门外侧f 2m范围内的土体采用冻结法加固的方式。覆土反压是指在现状覆土厚度不能满足盾构隧道施工期抗浮要求的地段通过在既有地面堆土的方式使得盾构隧道覆土满足抗浮要求的方式。本发明通过采用覆土反压、局部全断面地层加固和门式地层加固相结合的方法对盾构始发段土体进行加固，以提高地层稳定性和顶部土体抵抗泥水劈裂能力，为了防止盾构始发时洞门打开后掌子面土体破坏和地层发生松动等，造成泥水仓中的泥浆漏浆、地层失稳、涌水涌泥等，采用冻结法加固开洞处一定厚度地层。浅覆土始发方式能减少了始发井基坑开挖深度，降低工程风险和工程造价。本发明的有益效果所提供的盾构隧道浅覆土始发方法，解决了浅覆土条件下始发段地层的稳定问题，同时降低了始发工作井和明挖段深基坑施工风险，降低了工程造价，具有较好的社会及经济效益。
图I为本发明的盾构隧道浅覆土始发方法的平面布置示意图；图2为图I中盾构隧道浅覆土始发方法的纵断面布置示意图；图3为图I中全断面加固体的横剖面图；图4为图I中门式加固体的横剖面图；图5为图I中界面冻结加固体的横剖面图。图中1为明挖盾构分界，2为全断面加固体，3为门式加固体，4为界面冻结加固体，5为盾构隧道管片，6为始发井，7为工作井围护墙，8为工作井内衬墙。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。如图I飞所示，本发明的盾构隧道浅覆土始发方法，包括以下步骤I)采用旋喷桩或搅拌桩对始发段盾构穿越的地层进行全断面加固、全断面加固体2的厚度比盾构机长度长2 3米，本实施例中为16. 4米；2)以全断面加固体2的末端为界，沿盾构掘进方向，对地层进行门式加固，门式加固体3的厚度为55米，并对全断面加固体2和门式加固体3范围内地面进行覆土反压；3)然后采用冻结法对靠近始发井6洞门处地层进行界面冻结加固，界面冻结加固体4厚度为I. 6米；4)待加固土体和冻结地层达到设计要求，且盾构机组装调试到位后，凿除洞门范围内的工作井围护墙7，从而满足盾构始发时顶部地层的稳定和掌子面土体的稳定等要求；5)盾构机前推至掌子面建立泥水密封后，按设定的泥水压力和掘进参数掘进。如图3，盾构机直径为15米。全断面加固体2的横剖面为宽21. I米、高21. I米的大矩形和位于其正下方的宽10. 4米、高5. 2米的小矩形上下接合而成的不规则多边形，盾 构隧道面位于宽21. I米、高21. I米的矩形的中心。如图4，门式加固体3的横剖面为宽21. I米，高12. 5米且下方开有弧形缺口的矩形，弧形缺口和盾构隧道面的形状相匹配，且缺口的顶点与门式加固体3的剖面的宽边的距离为3. 3米。如图5，界面冻结加固体4的横剖面为宽21. I米、高21. I米的矩形，盾构隧道面位于全断面加固体2的横剖面的中心。
权利要求
1.一种盾构隧道浅覆土始发方法，其特征在于所述方法包括以下步骤 1)对始发井外，沿盾构掘进方向的地层进行全断面加固、全断面加固体(2)的厚度比盾构机长度长2 3米； 2)以全断面加固体(2)的末端为界，沿盾构掘进方向，对地层进行门式加固，门式加固体(3)的厚度为3(T55米，并对全断面加固体(2)和门式加固体(3)范围内的地面进行覆土反压; 3)然后采用冻结法对靠近始发井(6)的洞门处地层进行界面冻结加固，界面冻结加固体(4)厚度为1 2米； 4)待加固土体和冻结地层达到设计要求，且盾构机组装调试到位后，凿除洞门范围内的工作井围护墙(7); 5)盾构机前推至掌子面建立泥水密封后掘进。
2.根据权利要求I所述的盾构隧道浅覆土始发方法，其特征在于所述全断面加固体(2)的横剖面为宽和高均为D + 6. I米的大矩形和位于其正下方的宽0. 7D - 0. I米、高:T6米的小矩形上下接合而成的不规则多边形，盾构隧道面位于所述大矩形的中心，所述D为盾构机直径。
3.根据权利要求2所述的盾构隧道浅覆土始发方法，其特征在于所述门式加固体(3)的横剖面为宽D + 6. I米，高0. 7D + 2米且下方开有弧形缺口的矩形，所述弧形缺口和盾构隧道面的形状相匹配，且缺口的顶点与所述门式加固体(3)的剖面的宽边的距离为3 3.4米。
4.根据权利要求2所述的盾构隧道浅覆土始发方法，其特征在于所述界面冻结加固体(4)的横剖面为宽和高均为D + 6. I米的矩形，盾构隧道面位于所述界面冻结加固体(4)的横剖面的中心。
全文摘要
本发明公开了一种盾构隧道浅覆土始发方法，通过采用覆土反压、局部全断面地层加固和门式地层加固相结合的方法对盾构始发段土体进行加固，以提高地层稳定性和顶部土体抵抗泥水劈裂能力，为了防止盾构始发时洞门打开后掌子面土体破坏和地层发生松动等，造成泥水仓中的泥浆漏浆、地层失稳、涌水涌泥等，采用冻结法加固开洞处一定厚度地层。本发明解决了浅覆土条件下始发段地层的稳定问题，同时降低了始发工作井和明挖段深基坑施工风险，降低了工程造价，具有较好的社会及经济效益。
文档编号E21D9/093GK102797468SQ20121030085
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月22日 优先权日2012年8月22日
发明者肖明清, 韩向阳, 刘浩, 宁茂权, 薛光桥 申请人:中铁第四勘察设计院集团有限公司