专利名称：盾构机掘进范围内冲击钻超前处理风化球形成的加固结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种在盾构机掘进范围内冲击钻超前处理风化球形成的加固结构。
背景技术：
在盾构法隧道施工过程中，经常会遇到随机分布的风化球，且风化球形状大小各异、强度不一。在这类地层中掘进效率低，刀盘刀具磨损严重，易产生卡刀、斜刀、掉刀、刀具偏磨等，处理速度比较慢，严重影响施工进度，有的甚至因施工无法进展而不得不变更设计；怎样处理好盾构掘进过程中所遇到的风化球，是当前盾构法施工中一个较大的技术难 题。在硬土层中滚刀对风化球破碎通常比较有效，滚刀随着刀盘的转动而滚动或滑过较硬的土层直接撞击和切割遇到的风化球。滚刀以点载荷作用于风化球，使岩石碎片剥落，直到风化球破碎。如果岩石碎片较小，就可以穿过刀盘进入土仓；如果岩石碎片仍很大，就必须由滚刀进一步破碎。如果石头是埋在土层中被牢牢地固定在其位置上，滚刀就能够冲击和破坏较坚硬的风化球。但是，有时滚刀破碎不了风化球，风化球被刀盘的旋转推力弹开或被推向隧道旁边。若风化球处在盾构的外侧，可能会挤压盾构使其偏离方向。如果隧道左侧土壤软弱，而右侧是坚硬的风化球，盾构将被挤向阻力较小的左侧，如果这种情况过于严重，则隧道的轴线将发生偏斜。若土质太软弱，固定不住风化球，不能产生足够的破碎反力，风化球就会随着土体的破坏而移动或被刀具挤偏，或者会在刀盘前面循环，挡在刀盘前面并损坏刀具。在这种情况下，操作工人必须进入开挖面人工清除风化球，严重影响了施工进度。
实用新型内容本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种盾构机掘进范围内冲击钻超前处理风化球形成的加固结构，以提高施工效率，保证施工安全性。本实用新型盾构机掘进范围内冲击钻超前处理风化球形成的加固结构特点是在地面上利用冲击钻对风化球冲击形成钻孔，自钻孔的孔底部向隧顶以上的2m范围内回填混凝土，以上部分回填粘土，形成钻孔桩；在所述钻孔桩的周边设置旋喷桩形成加固区。与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在I、本实用新型不受风化球位置和深度的限制；2、本实用新型通过提前处理风化球，保障盾构机顺利通过，减少换刀程序；3、本实用新型避免了工作人员与风化球的直接接触，有效保障人员施工安全； 4、本实用新型加固区的形成使风化球破碎残块得以加固定位，避免风化球破碎残块被盾构机刀盘的旋转推向隧道旁边，由此可以大大提高盾构机的工作效率；5、本实用新型以旋喷桩和满堂钻孔桩形成的地下结构物为盾构机刀盘进入其中进行刀具检查或更换提供了有利环境。
图I为针对块径小于2m的单体存在的风化球的本实用新型方法示意图；图2为针对块径不小于2m的单体存在的风化球的本实用新型方法示意图；图3为针对窝状风化球群的本实用新型方法示意图；图中标号1旋喷桩；2钻孔桩；3风化球；4注浆孔。
具体实施方式
本实施例中盾构机掘进范围内冲击钻超前处理风化球的施工方法是按如下步骤进行I、在地面上利用钻探探测隧道中风化球3的位置、大小和埋深； 当以5m的间隔钻孔发现风化球3时，在原钻孔的基础上以O. 3-0. 5m的间隔进行十字方向补孔，补孔时还发现有风化球存在时继续向往围补孔，直至钻探到风化球边缘为止，然后根据钻孔的情况描绘出风化球的大小、形状和位置。2、根据风化球3位置、大小和埋深在地面上利用冲击钻对风化球进行冲击形成钻孔，在钻孔中，自钻孔的孔底部向隧顶以上的2m范围内采用混凝土回填，以上部分采用粘土回填，形成钻孔桩2;3、在钻孔桩2的周边补设旋喷桩I形成作为加固区，加固区用于固定冲击残留碎块，防止盾构掘进至此处时发生碎块跟随盾构刀盘滚动的情况。具体实施中，存在如下几种情况如图I所示，对于块径小于2m的单体存在的风化球3，单个钻孔桩2形成在单体风化球的中心,具体施工可以是采用直径为2m的锤头在风化球的正上方一次冲击破碎即可，破碎完成后采用MlO砂浆回填冲击孔至隧道顶部以上2m，上部采用素土回填并注浆形成冲击孔桩。旋喷桩I形成在冲击孔桩的两侧。如图2所示，对于块径不小于2m的单体存在的风化球3，多个钻孔桩2形成对单体风化球的分解，两排旋喷桩I形成在由多个钻孔桩构成的钻孔桩群的外围两侧。图2所示的具体施工是采用直径为2m的锤头进行三次破碎，三次破碎是在第一孔冲击完后回填孔位，隔天进行第二孔冲击破碎及回填孔位，第二孔完成后隔天进行第三孔的冲击破碎并回填孔位，其中第一孔、第二孔和第三孔为等边三角形布置，孔中心间距为
2. 2mο如图3所示，对于窝状风化球群，在风化球群中进行满堂冲击，形成满堂钻孔桩2，旋喷桩I以加固帷幕的形式形成在满堂钻孔桩的四周，构成可供盾构机刀盘进入其中进行刀具检查或更换的地下结构物。图3所示的窝状风化球群是指在隧道范围内的风化球3呈层叠状态及相邻风化球间距很小时，满堂冲击是指在风化球群的区域内采用两排2m直径的冲击钻沿隧道轴线方向密排冲击，钻孔间距设置为2. 3m，尽量采用跳孔施工，无法跳孔的相邻孔需隔天施工，每孔冲击完成时即回填；对于图2和图3所示的形式，还可以在各钻孔桩之间通过注浆孔4进行分层注浆，进一步固定冲击残留碎块。[0029]本实施例中盾构机掘进范围内冲击钻超前处理风化球形成的加固结构是在地面上利用冲击钻对风化球冲击形成钻孔，自钻孔的孔底部向隧顶以上的2m范围内回填混凝土，以上部分回填粘土，形成钻孔桩；在钻孔桩的周边设置旋喷桩形成加固区。图I所示的结构形式是对于块径小于2m的单体存在的风化球3，单个钻孔桩形2成在单体风化球的中心，旋喷桩I形成在单个钻孔桩的两侧；图2所示的结构形式是对于块径不小于2m的单体存在的风化球3，多个钻孔桩2形成对单体风化球的分解，两排旋喷桩I形成在由多个钻孔桩构成的钻孔桩群的外围两侧。在图I和图2所示的两种结构形式中，以旋喷桩和钻孔桩共同形成加固区，以使盾构机作业时能够产生足够的破碎反力，防止发生碎块跟随盾构刀盘滚动，避免损坏刀具，保证施工进度。图3所示的是对于窝状风化球3形成的窝状风化球群，在风化球群中通过满堂冲击形成满堂钻孔桩，旋喷桩I以加固帷幕的形式形成在满堂钻孔桩2的四周，构成可供盾构机刀盘进入其中进行刀具检查或更换的地下结构物。以旋喷桩和钻孔桩共同形成加固区，这一形式的加固区一方面可以使盾构机作业时能够产生足够的破碎反力，保证施工进度； 另一方面为盾构机刀盘进入其中进行刀具检查或更换提供有利环境。
权利要求1.一种盾构机掘进范围内冲击钻超前处理风化球形成的加固结构，其特征是在地面上利 用冲击钻对风化球冲击形成钻孔，自钻孔的孔底部向隧顶以上的2m范围内回填混凝土，以上部分回填粘土，形成钻孔桩；在所述钻孔桩的周边设置旋喷桩形成加固区。
专利摘要本实用新型公开了一种盾构机掘进范围内冲击钻超前处理风化球形成的加固结构，其特征是在地面上利用冲击钻对风化球冲击形成钻孔，自钻孔的孔底部向隧顶以上的2m范围内回填混凝土，以上部分回填粘土，形成钻孔桩；在钻孔桩的周边设置旋喷桩形成加固区。本加固结构可以有效提高施工效率，保证施工安全性。
文档编号E21D9/08GK202690065SQ201220240848
公开日2013年1月23日 申请日期2012年5月25日 优先权日2012年5月25日
发明者李仲峰, 邓能伟, 顾剑刚, 陈兆强, 冯海珍, 崔振东, 张永翔, 闫高闯, 朱朝辉 申请人:中铁四局集团有限公司