一种smw工法桩盾构洞门防渗水结构及其施工方法
【专利摘要】本发明提供一种SMW工法桩盾构洞门防渗水结构及其施工方法。所述防渗水结构的施工如下：在车站主体结构对应盾构洞口的部位施工完成后或在整个车站主体结构施工完成之后，在洞门钢环内焊接双层钢筋网片，并封模采用地泵浇筑混凝土形成一道临时封堵墙，待车站主体结构和临时封堵墙达到设计强度时，在对应盾构隧道洞口部位的SMW工法桩上沿H型钢壁面钻孔并插入聚氯乙烯塑料袖阀管，在拔起该部位的H型钢同时使用袖阀管注浆工艺同步向H型钢插孔中注入水泥浆液形成水泥填充层。本发明结构简单、施工方便，可以很好的防止了盾构隧道洞口的渗漏水现象，降低了盾构机进出洞的安全风险，缩短SMW工法桩H型钢租赁周期，节约施工成本。
【专利说明】—种SMW工法粧盾构洞门防渗水结构及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及软土层地铁盾构隧道洞口防漏水技术，具体是一种采用SMW工法桩作为盾构隧道端头井的围护结构时，对于盾构隧道洞门加固防渗水结构及其施工方法。
【背景技术】
[0002]SMW工法桩是在连续套接的三轴水泥土搅拌桩内插入型钢形成的复合挡土止水结构，将原土加固一次成墙的施工方式，施工工艺简单，工期较短，在不回收型钢的前提下，其围护本身的费用仅为地下连续墙的70%，若考虑型钢的回收，费用可降到60%以下。虽然型钢水泥土搅拌墙已具有较好的经济效益和社会效益，但国内一直对该工法的作用机理、设计理论缺乏研究，缺乏可依据的型钢水泥土搅拌墙设计规范和理论著作，以及型钢回收困难等问题，制约了型钢水泥土搅拌墙在我国的推广应用，不过SMW工法桩的使用已经相对比较广泛。
[0003]将SMW工法桩用于盾构隧道的始发、到达站竖井的围护结构中已经是比较常见的施工方法，具体是采用SMW工法桩将盾构隧道始发站围护起来，然后开挖建站，始发站建好之后，再将SMW工法桩内的H型钢拔出，而对应盾构隧道洞口处的H型钢继续留置在桩体内起到隧道洞口的围护作用，当盾构机邻近隧道洞口时，便将洞口处水泥桩内的H型钢拔出。采用这种方式，盾构隧道洞口的H型钢需要在桩体内滞留很长时间，一般的隧道施工至少需要停留半年，对于一些特殊的施工场地甚至会停留I年以上，由于现有的施工过程H型钢一般是采用租赁的方式，这样便会大大增加租金，提高施工成本；除此之外，将桩内的H型钢拔出后，便会在桩体内留出一个与H型钢体积相等的空腔，地下水便会顺着空腔渗入，导致盾构隧道洞口渗水现象，增加盾构机进出洞安全隐患。
【发明内容】
[0004]本发明根据现有地铁基坑SMW工法桩基坑围护结构、盾构隧道端头井加固体、力口固体与围护结构之间缝隙处理方法及SMW工法桩H型钢起拔回收后渗漏水的问题，提供一种改进SMW工法桩盾构洞门防渗水结构及其施工方法。改进的盾构隧道洞门渗漏水结构简单，其施工对环境污染少、水文地质情况针对性强，并提高了盾构进出洞安全系数、缩短H型钢租赁周期，降低了施工成本。
[0005]本发明提供的技术方案:所述一种SMW工法桩盾构洞门防渗水结构包括盾构端头井的SMW工法桩围护结构，在SMW工法桩围护结构对应盾构隧道洞口部分的外侧设有盾构端头加固结构，其特征在于:该防渗水结构还包括设置在盾构隧道洞口处的临时封堵墙，所述临时封堵墙由固定在洞口的钢筋网片和浇筑在钢筋网片上的混凝土密封层组成；在SMW工法桩围护结构对应盾构隧道洞口部分的H型钢拔起过程中通过同步灌注水泥浆的方式在H型钢插孔内形成与H型钢形状相同的水泥填充层。
[0006]本发明进一步的技术方案:在SMW工法桩围护结构与盾构端头加固结构之间的间隙中通过三重管高压旋喷的方式形成三重管高压旋喷桩咬合墙体。[0007]本发明较优的技术方案:所述临时封堵墙厚600-800_，设置有两层钢筋网片，两层钢筋网片的边缘均焊接在盾构隧道洞口的洞门钢环内。
[0008]本发明较优的技术方案:所述盾构端头加固结构为三轴水泥土搅拌桩加固体。
[0009]本发明提供的一种SMW工法桩盾构洞门防渗水结构的施工方法，其具体步骤如下:
[0010]本发明提供一种SMW工法桩盾构洞门防渗水结构的施工方法，其具体步骤如下:
[0011](I)在盾构端头井基坑的SMW工法桩围护结构和传统水泥土搅拌体盾构端头井加固体的施工完成后进行车站主体结构施工，盾构端头井加固体采用三轴搅拌桩与三重管高压旋喷桩相结合的方式施工，在车站主体结构对应盾构洞口的部位施工完成后(即洞门钢环的安装和洞门周围的墙体)或在整个车站主体结构施工完成之后，在洞门钢环内焊接双层钢筋网片，并用模板封闭洞门，采用地泵向钢筋网片上浇筑混凝土，将钢筋网片完全覆盖，待混凝土凝固后拿掉模板，便在盾构隧道洞口形成一道临时封堵墙；
[0012](2)待车站主体结构和步骤(I)中的临时封堵墙施工完成并达到设计强度时，开始拔起SMW工法桩围护结构中的H型钢，先将SMW工法桩围护结构对应车站墙体部位桩体内的H型钢直接拔出，在拔起对应盾构隧道洞口部位的SMW工法桩H型钢之前，先从该部位的每个桩体上端面沿着该桩体内的H型钢的横向板两侧壁面分别向桩体底部钻孔形成两个上下通畅的水泥注浆引孔，每个桩体上的两个水泥注浆引孔紧贴H型钢的钢壁，并使该H型钢拔出之后，该桩体上的水泥注浆引孔与该H型钢插入桩体后在桩体形成的插孔连通；
[0013](3)待步骤(2)完成之后，便开始拔起对应盾构隧道洞口部位的SMW工法桩内的H型钢，在每根SMW工法桩的H型钢拔起过程中同时使用袖阀管注浆工艺通过水泥注浆引孔向该桩体内H型钢插孔中同步注入水泥浆液，在桩体内的H型钢完全拔出时，其H型钢插孔中同时注满水泥浆液，待水泥浆液干固后，便与SMW工法桩形成一体，在所有的H型钢拔起之后，对应盾构隧道洞口部位每个SMW工法桩的H型钢插孔均通过水泥浆液填满，形成一道完成的墙体。其中袖阀管注浆工艺具体做法是:在步骤(2)钻孔的同时向每个注浆引孔中灌入封闭泥浆，并插入单向密封的聚氯乙烯塑料袖阀管，待封闭泥浆凝固后向聚氯乙烯塑料袖阀管内插入密封注浆芯管，连接注浆管路，便开始拔起对应盾构隧道洞口部位的SMW工法桩内的H型钢，在每根SMW工法桩的H型钢拔起过程中同时通过注浆芯管注入水泥浆液并分节移动注浆芯管，在桩体内的H型钢完全拔出时，其H型钢插孔中同时注满水泥浆液，待水泥浆液干固后，便与SMW工法桩形成一体，聚氯乙烯塑料袖阀管停留在桩体内；其中单向密封袖阀管的主要作用是保证浆液按规定的要求分清层次，并保证浆液只从阀管中喷出，而防止逆流入阀管中，为二次甚至多次注浆创造条件，并可以在注浆过程中对土体起到一定的稳定作用。
[0014]本发明还包括以下步骤:在步骤(3)完成之后盾构机到达隧道洞门前2个月，采用三重管高压旋喷桩穿透微承压含水层处理加固体与SMW工法桩墙体之间的缝隙；并在三重管高压旋喷桩达到设计强度后在洞门临时封堵墙上取多个直径为2-3cm水平探测孔，至少六个，均匀分布在临时封堵墙上，每个水平探测孔深入水泥土加固体内，并通过观察水平探测孔的渗水现象来判断加固防水质量，如果加固防水质量不达标水平探测孔的渗水就会比较严重，如果出现不达标的情况，便采取聚氯乙烯塑料袖阀管二次注浆的方式，或再次采用三重管高压旋喷桩处理加固体与SMW工法桩墙体之间的缝隙部位。[0015]SMW工法桩是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘，同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌，在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，然后在水泥土混合体未结硬前插入H型钢或钢板作为其应力补强材，至水泥结硬，便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。SMW工法最常用的是三轴型钻掘搅拌机。
[0016]本发明的有益效果:
[0017]1.本发明在车站主体结构施工完成后拔出SMW工法桩防护结构中的H型钢之前，先在盾构隧道洞门形成一睹临时防护墙，该防护墙可以对盾构隧道洞口进行防护，可以将SMW工法桩防护结构中所有的H型钢一起拔出，此防护墙可以对洞口部位起到支撑防护的作用，所述SMW工法桩围护结构墙体H型钢起拔时间提前，减少了盾构隧道洞口处H型钢的埋设时间，降低了此部位H型钢的租赁期，从而节约施工成本；
[0018]2.本发明的临时防护墙是由钢筋网和混凝土形成，其施工简单，成本低廉，而且设置两层钢筋网，增加了其稳定效果，钢筋网从盾构端头井内侧布设，在盾构机即将到达此位置时，可以将钢筋网凿开，也不会影响盾构机的正常盾构，为H型钢起拔同步注浆提供封闭环境，而且降低了因洞门渗漏水导致的盾构机进出洞风险；
[0019]3.本发明在拔出对应盾构隧道洞口处的SMW工法桩防护结构内的H型钢之前，从每根桩体上端紧贴H型钢的外壁向下钻孔，并引入聚氯乙烯塑料袖阀管，在拔出H型钢的同时，通过该管道向桩体原本放置H型钢的空腔中注入水泥浆液，填充H型钢起拔后空隙，阻断地下水渗流通道，使H型钢拔出后的防护结构任然是一个完整的密封腔体，避免出现渗漏水现象，同时也增加了该防护结构的稳定性，将每根桩体中空部分填满，而聚氯乙烯塑料袖阀管可以置于桩体内，并不影响盾构机进出洞刀盘正常掘进；
[0020]本发明结构简单、地质情况针对性强、施工方便、环境污染少，可以很好的防止了盾构隧道洞口的渗漏水现象，降低了盾构机进出洞的安全风险，缩短SMW工法桩H型钢租赁周期，节约施工成本，实现经济、环保效益的双赢。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是地铁车站端头井围护结构及盾构洞门加固体平面示意图；
[0022]图2是端头井及盾构隧道纵断面结构示意图；
[0023]图3是H型钢起拔同步注浆袖阀管引孔埋设位置示意图；
[0024]图4是埋设H型钢起拔同步注浆袖阀管后的桩体俯视图；
[0025]图5是拔出H型钢后未灌浆的桩体剖面图；
[0026]图6是拔出H型钢后灌入水泥浆液的桩体俯视图；
[0027]图7是盾构隧道洞门封堵墙的平面图；
[0028]图8是盾构隧道洞门封堵墙的纵向剖面图。
[0029]图中:1一地铁车站盾构始发到达端头井,2—SMW工法桩围护结构,3—H型钢,4一盾构端头加固结构，5一二重管闻压旋喷桩叹合墙体，6一盾构隧道,7一临时封堵墙,7-1 一钢筋网片，7-2—混凝土密封层，8—洞门钢环，9一水泥填充层，10—袖阀管，11 一水泥浆液引孔，12 — H型钢插孔。【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，图1中，所述一种SMW工法桩盾构洞门防渗水结构，包括盾构端头井的SMW工法桩围护结构2，SMW工法桩围护结构2采用SMW工法桩的施工个工艺完成，在SMW工法桩围护结构2对应盾构隧道洞口部分的外侧设有盾构端头加固结构4，盾构端头加固结构4采用三轴搅拌桩与三重管高压旋喷桩相结合的加固方式，其特征在于:该防渗水结构还包括设置在盾构隧道洞口处的临时封堵墙7，如图6所示，所述临时封堵墙7由固定在洞口的钢筋网片7-1和浇筑在钢筋网片上的混凝土密封层7-2组成，如图7所示，所述临时封堵墙7厚度为600_，设置有两层钢筋网片，两层钢筋网片的边缘均焊接在盾构隧道洞口的洞门钢环8内，然后采用加模板并通过地泵浇筑混凝土的方式形成；在SMW工法桩围护结构2对应盾构隧道洞口部分的H型钢拔起过程中通过同步灌注水泥浆的方式在H型钢插孔内形成与H型钢形状相同的水泥填充层9，其注浆方式是在H型钢拔起之前，如图3所示，从每个桩体上端紧贴H型钢中间横向板的两侧分别向桩体底部钻孔，形成一个水泥注浆引孔，然后在每个桩体的泥注浆引孔中插入单向密封的聚氯乙烯塑料袖阀管，并在聚氯乙烯塑料袖阀管内插入注浆芯管，在拔起H型钢的同时，通过注浆芯管向H型钢插孔中注入水泥浆液，当H型钢完全拔起时，H型钢插孔中已同时注满水泥浆液，待水泥浆液凝固后便形成水泥填充层9 ;在SMW工法桩围护结构2与盾构端头加固结构4之间的间隙中通过三重管高压旋喷的方式形成三重管高压旋喷桩咬合墙体5。
[0031]下面将结合实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0032]实施例:本实施例具体是以某市地铁2号线A站为单层车站，车站端头井处采用SMW工法桩围护结构，端头井基坑深度为11.9m,桩长21.4m,工法桩H型钢插入深度9.6m,插入比0.81。端头井加固采用三轴搅拌桩与三重管高压旋喷桩相结合的加固方案，加固体积9m (沿线路方向宽度)X21.4m(沿端墙方向长度)X 12.2m (深度)。A站西端头井将作为B站施工单位盾构机的调头和始发井使用，A车站70m端头井主体结构于2010年7月底封顶，计划8月中旬开始围护结构SMW工法桩H型钢拔除。B站因管线迁改等因素影响，盾构机在B站始发后于2012年12月底才能到达A站端头井。如按照常规施工工艺，盾构机到达A站端头井洞门前进行H型钢拔除，则端头井位置密插H型钢需要在在围护结构内埋设16个月，按照合同，H型钢超期租金至少40万元，而且采用常规施工工艺还出现漏水现象，影响盾构机的正常盾构。
[0033]为此施工单位与设计单位采用本发明所述的SMW工法桩盾构洞门防渗水结构的施工方法，其具体步骤如下:
[0034](I)施工单位在A站的盾构端头井基坑的SMW工法桩围护结构和传统水泥土搅拌体盾构端头井加固体的施工完成后开始进行车站主体结构施工，并在A站车站主体结构施工完成之后，在B站至A站的盾构隧道洞口的洞门钢环内焊接双层钢筋网片，并用模板封闭洞门，采用地泵向钢筋网片上浇筑混凝土，将钢筋网片完全覆盖，待混凝土凝固后拿掉模板，便在盾构隧道洞口形成一道厚度为600mm临时封堵墙；
[0035](2)待车站主体结构和步骤(I)中的临时封堵墙施工完成并达到设计强度时，便将A站围护结构中除了洞门部位桩体外的其它SMW工法桩内的H型钢直接拔出，然后对于洞门部位SMW工法桩进行特殊处理，具体是在每个桩体上端面沿着该桩体内的H型钢横向板两侧的壁面向桩体底部钻孔形成一个上下通畅的水泥注浆引孔，并确保每个桩体上的两个水泥注浆引孔在拔出该H型钢之后，能与该H型钢插入桩体后在桩体形成的插孔连通，然后在每个水泥注浆引孔内插入用于注入水泥浆液的单向密封的聚氯乙烯塑料袖阀管，并在聚氯乙烯塑料袖阀管内注浆芯管
[0036](3)待步骤(2)完成之后，便开始拔起对应盾构隧道洞口部位的SMW工法桩内的H型钢，在每根SMW工法桩的H型钢拔起过程中同时使用袖阀管注浆工艺通过水泥注浆引孔向该桩体内H型钢插孔中同步注入水泥浆液，不但阻断围护结构墙体内渗流水通道，而且聚氯乙烯塑料袖阀管8的材质不影响盾构机进出洞盾构机刀盘旋转掘进作业，其三袖阀管可重复注浆，注浆完成后予以保护，后期可补充注浆；在桩体内的H型钢完全拔出时，其H型钢插孔中同时注满水泥浆液，待水泥浆液干固后，便与SMW工法桩形成一体；当每个桩体内的H型钢拔出后，每个桩体内的H型钢插孔中同时注满了水泥浆液，待水泥浆液干固后，便于桩体形成一道密封墙，可以起到防水加固的作用；
[0037](4)在步骤(3)完成后，盾构机到达端头井2个月前，采用三重管高压旋喷桩对端头井围护结构2与水泥土搅拌桩加固体4之间的400mm缝隙进行加固处理，在缝隙内形成三重管高压旋喷桩咬合墙体。
[0038]在施工完成后且注入的水泥浆液达到设计强度之后，从临时封堵墙上钻入10个直径为2-3cm水平探测孔，十个探测孔均匀分布，且每个探测孔钻至盾构端头加固体的位置，经过长时间观察，并没有发现渗水现象，说明实施例中的结构防渗水效果好，而且施工中提前拔出了 SMW工法桩对应盾构洞口部位的桩体内H型钢，缩短了该部位H型钢的租赁时间，施工成本可控制在6万元以内，不但节约成本，且提高盾构机进出洞安全系数。
[0039]本发明地质情况针对性强、施工工艺简单、环境污染少，降低了盾构机进出洞的安全风险，缩短SMW工法桩H型钢租赁周期，节约施工成本，实现经济、环保效益的双赢。
【权利要求】
1.一种SMW工法桩盾构洞门防渗水结构，包括盾构端头井的SMW工法桩围护结构(2)，在SMW工法桩围护结构(2)对应盾构隧道洞口部分的外侧设有盾构端头加固结构(4)，其特征在于:该防渗水结构还包括设置在盾构隧道洞口处的临时封堵墙(7)，所述临时封堵墙(7)由固定在洞口的钢筋网片(7-1)和浇筑在钢筋网片上的混凝土密封层(7-2)组成；在SMW工法桩围护结构(2)对应盾构隧道洞口部分的H型钢拔起过程中通过同步灌注水泥浆的方式在H型钢插孔(12)内形成与H型钢形状相同的水泥填充层(9)。
2.根据权利要求1所述的一种SMW工法桩盾构洞门防渗水结构，其特征在于:在SMW工法桩围护结构(2)与盾构端头加固结构(4)之间的间隙中通过三重管高压旋喷的方式形成三重管高压旋喷桩咬合墙体(5)。
3.根据权利要求1或2所述的一种SMW工法桩盾构洞门防渗水结构，其特征在于:所述临时封堵墙(7)厚600-800_，设置有两层钢筋网片，两层钢筋网片的边缘均焊接在盾构隧道洞口的洞门钢环(8)内。
4.根据权利要求1或2所述的一种SMW工法桩盾构洞门防渗水结构，其特征在于:所述盾构端头加固结构(4)为三轴水泥土搅拌桩加固体。
5.—种SMW工法桩盾构洞门防渗水结构的施工方法，其具体步骤如下: (1)在盾构端头井基坑的SMW工法桩围护结构和传统水泥土搅拌体盾构端头井加固体的施工完成后进行车站主体结构施工，在车站主体结构对应盾构洞口的部位施工完成后或在整个车站主体结构施工完成之后，在盾构隧道洞口的洞门钢环内焊接双层钢筋网片，并用模板封闭洞门，采用地泵向钢筋网片上浇筑混凝土，将钢筋网片完全覆盖，待混凝土凝固后拿掉模板，便在盾构隧道洞口形成一道临时封堵墙； (2)待车站主体结构和步骤(1)中的临时封堵墙施工完成并达到设计强度时，开始拔起SMW工法桩围护结构中的H型钢，在拔起对应盾构隧道洞口部位的SMW工法桩H型钢之前，先从该部位的每个桩体上端面沿着该桩体内的H型钢壁面向桩体底部钻孔形成一个上下通畅的水泥注浆引孔，每个桩体上的水泥注浆引孔紧贴H型钢的钢壁，并确保拔出该H型钢之后，水泥注浆引孔与该H型钢插入桩体后在桩体形成的插孔连通； (3)待步骤(2)完成之后，便开始拔起对应盾构隧道洞口部位的SMW工法桩内的H型钢，在每根SMW工法桩的H型钢拔起过程中同时使用袖阀管注浆工艺通过水泥注浆引孔向该桩体内H型钢插孔中同步注入水泥浆液，在桩体内的H型钢完全拔出时，其H型钢插孔中同时注满水泥浆液，待水泥浆液干固后，便与SMW工法桩形成一体。
6.根据权利要求5所述的一种SMW工法桩盾构洞门防渗水结构的施工方法，在步骤(3)完成之后还包括以下步骤:在盾构机到达隧道洞门前2个月，采用三重管高压旋喷桩穿透微承压含水层处理加固体与SMW工法桩墙体之间的缝隙；并在三重管高压旋喷桩达到设计强度后在洞门封堵墙上取多个直径为2-3cm水平探测孔，每个水平探测孔深入水泥土加固体内，并通过观察水平探测孔的渗水现象来判断加固防水质量，如加固防水质量不达标采取聚氯乙烯塑料袖阀管二次注浆的方式，或再次采用三重管高压旋喷桩处理加固体与SMW工法桩墙体之间的缝隙部位。
7.根据权利要求5所述的一种SMW工法桩盾构洞门防渗水结构的施工方法，其特征在于:在步骤(2)中每个桩体上钻设有两个水泥注浆引孔，两个水泥注浆引孔分别设置在H型钢横向板两侧。
8.根据权利要求5所述的一种SMW工法桩盾构洞门防渗水结构的施工方法，其特征在于:在步骤(3)中袖阀管注浆工艺是先在钻好的水泥注浆孔内灌入封闭泥浆，并插入单向密封的聚氯乙烯塑料袖阀管，待封闭泥浆凝固后向聚氯乙烯塑料袖阀管内插入密封注浆芯管，连接注浆管路，通过注浆芯管注入水泥浆液并分节移动注浆芯管，待水泥注浆完成之后聚氯乙烯塑料 袖阀管停留在桩体内。
【文档编号】E21D11/38GK103924987SQ201410166717
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2014年4月24日
【发明者】李应姣, 刘涛, 张志冰, 杨祥, 汪思海, 彭刚, 曾恕辉, 郑东升, 张庆军, 刘培洪, 王天 申请人:中铁十一局集团城市轨道工程有限公司, 中铁十一局集团有限公司