一种基于主体结构的盾构井端头大管棚加固体系的制作方法

本实用新型属于隧道工程技术领域，具体涉及一种基于主体结构的盾构井端头大管棚加固体系。

背景技术：

对于目前国内各大城市的轨道交通工程，随着地铁线网的加密与周边环境保护要求的不断提高，对施工工艺的要求也越来越高，作为盾构法隧道工程的重难点之一，盾构进出洞施工历来是各方关注的焦点，尤其在特殊的富水砂卵石地层条件下。常规条件下，在基坑开挖过程中，当基坑开挖深度达到大管棚位置时，进行大管棚施工，基坑底部即是大管棚打设所需的工作平台，由于大管棚环向间距较密，基坑围护结构面临着被大管棚打穿的风险，管棚位置处围护结构几乎被截断，当基坑继续向下开挖时，管棚上方围护结构底部失去可靠连接，基坑的整体稳定性无法得到切实保证，无法满足基坑周边环境控制的要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于主体结构的盾构井端头大管棚加固体系，利用位于盾构井端墙预留洞门上方弧形布设的管棚导向管与盾构井端墙的导向墙作用，可对大管棚的打设起到良好的定位、导向与支撑作用，确保大管棚打设精度可控，达到最佳的地层加固效果。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种基于主体结构的盾构井端头大管棚加固体系，其特征在于：

包括盾构隧道实用新型与盾构井，盾构井包括盾构井底板实用新型、侧部的盾构井侧墙实用新型和盾构井端墙实用新型、以及盾构井中板实用新型，盾构井端墙实用新型上预留有盾构始发洞门；

盾构井端墙实用新型浇筑时预埋有管棚导向管实用新型，管棚导向管实用新型内向盾构隧道实用新型方向打设大管棚实用新型，大管棚实用新型内压注水泥浆。

管棚导向管实用新型和大管棚实用新型在盾构井端墙实用新型上预留的盾构始发洞门上方弧形设置；

管棚导向管实用新型的预埋角度与水平方向交角为1～2°。

管棚导向管实用新型两侧设置有管棚导向管定位钢筋实用新型，管棚导向管定位钢筋实用新型与盾构井端墙实用新型内的主筋有效连接。

盾构始发洞门内壁设置盾构井洞门后浇环梁实用新型，将盾构隧道实用新型与盾构井端墙实用新型连接成整体。

管棚导向管实用新型和大管棚实用新型之间的空隙压注聚氨酯密封胶，端部通过水泥砂浆封堵。

管棚导向管实用新型采用φ133mm、 壁厚4mm的无缝钢管，长度比盾构井端墙实用新型厚度小50mm；

大管棚实用新型采用φ108 mm、壁厚6mm的钢花管，长10～15m，钢花管上开孔间距为200mm，梅花形布置；

大管棚实用新型与管棚导向管实用新型均采用Q235钢材。

大管棚实用新型在隧道拱部120°范围内设置，环向间距0.3～0.4m。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型在盾构井端墙上预埋的管棚导向管、在盾构井端墙预留洞门上方打设的大管棚与管棚内压注的水泥浆与水泥砂浆，以及止水用的聚氨酯密封胶等，涉及的钢材、水泥砂浆、防水混凝土以及大管棚打设所用的机械设备等均为常规材料（设备），其相应尺寸为常规类型，便于加工制造；且管棚导向管与大管棚的数量与环向间距，分节长度与纵向总长度等均可根据施工情况进行调整，大管棚刚度可根据内部充填的水泥砂浆等级与钢管自身刚度情况灵活调整。通过管棚导向管与盾构井端墙的定位与支撑作用，可实现大管棚高精度的打设要求，进而实现理想的地层加固效果，既能满足周边环境保护的苛刻要求，又能避免常规基坑开挖过程中打设大管棚引起的不稳定因素，具有较高的经济效益和社会效益，在城市轨道交通、铁路、公路等工程中有广泛的应用前景。

附图说明

图1为盾构隧道端头井大管棚布置正面图。

图2为盾构隧道端头井大管棚布置剖面图。

图3为图2中的B大样图。

图4为管棚导向管大样图。

图5为管棚导向管截面图。

图6为大管棚大样图。

图中，1-大管棚，2-管棚导向管，3-盾构井底板，4-盾构井侧墙，5-盾构井中板，6-盾构井端墙，7-盾构隧道，8-盾构井洞门后浇环梁，9-管棚导向管定位钢筋。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细的说明。

本实用新型涉及的基于主体结构的盾构井端头大管棚加固体系，提供了一种新型的大管棚超前支护施工方法，丰富了现有的盾构井端头地层加固手段，拓宽了盾构进出洞地层加固思路。利用盾构井端墙预埋管棚导向管、将盾构井端墙当做管棚导向墙，可实现大管棚的精确打设与良好的超前支护效果，既实现了盾构始发或接收时的安全保障，也可有效避免常规大管棚在基坑开挖过程中实施，对基坑稳定性的不利影响，同时也避免了在盾构始发洞门内打设大管棚导致的施工精度差、地层加固效果差的缺点，可以满足特定建设条件对工程方案的苛刻要求，为确保实现工程方案合理、工程风险与建设工期可控、工程质量与安全可靠提供了全新的思路。

在盾构井端墙上预埋管棚导向管，待盾构井主体结构浇注完成并达到设计强度后再进行大管棚施工，不会对基坑稳定性造成任何影响，而且大管棚打设的条件较好，大管棚打设精度更易控制，大管棚长度可根据盾构机长度与周边构筑物保护要求进行相应调整，施工工艺具有灵活多变、适应性强、安全可靠等特点。

上述基于主体结构的盾构井端头大管棚加固体系的具体结构是：

包括盾构隧道7与盾构井，盾构井包括底部的盾构井底板3、侧部的盾构井侧墙4和盾构井端墙6、以及上部的盾构井中板5。盾构井端墙6位于盾构隧道7的端面处，预留有盾构始发（或接收）洞门。盾构始发洞门上方的盾构井端墙6内预埋有管棚导向管2，管棚导向管2内向盾构隧道7方向打设有大管棚1，大管棚1内压注水泥浆。

管棚导向管2和大管棚1在盾构始发洞门上方沿盾构始发洞门弧形设置，在隧道拱部120°范围内，环向间距0.3～0.4m。管棚导向管2的预埋角度与水平方向交角为1～2°。管棚导向管2两侧设置有管棚导向管定位钢筋9，管棚导向管定位钢筋9与盾构井端墙6内的主筋连接。管棚导向管2和大管棚1之间的空隙设置有聚氨酯密封胶，端部通过水泥砂浆封堵。管棚导向管2采用φ133mm、壁厚4mm的无缝钢管，长度比盾构井端墙6厚度小50mm。

大管棚1采用φ108 mm、壁厚6mm的钢花管，长10～15m，钢花管上开孔间距为200mm，梅花形布置；大管棚1与管棚导向管2均采用Q235钢材。

大管棚1的长度与打设角度可根据地层特性与施工监测情况进行适当调整，管棚导向管2与大管棚1的数量、环向间距等可根据地层加固要求进行相应调整，大管棚1的直径与壁厚、大管棚1内压注的水泥砂浆强度等级、以及大管棚1是否插入钢筋或型钢等可根据地层加固要求进行相应调整。大管棚3一端固定在盾构井端墙6中，另一端嵌固在远端地层中，形成一个典型的简支梁受力构件，再加上大管棚1内压注的水泥浆向周边地层的渗透，显著地提高了地层的力学参数，起到了地层改良的效果，形成一个良好的承载拱体系。

盾构始发洞门内壁设置有洞门后浇环梁8，将盾构隧道7与盾构井端墙6连接成整体。

盾构井端墙6上预留洞门上方打设的大管棚1，主要通过在盾构井端墙6上预埋管棚导向管2，在管棚导向管2与端墙6的导向、定位与支撑作用下，通过钻机按预定方向跟管钻进，实现大管棚1的打设，最终形成特定要求的大管棚地层加固体系。

上述基于主体结构的盾构井端头大管棚加固体系的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：按设计要求，进行基坑围护结构施工、基坑降水、基坑开挖，随后浇注盾构井主体结构，包括盾构井底板3、盾构井侧墙4、盾构井端墙6与盾构井中板5等永久结构，并在盾构井端墙6上预留盾构始发（或接收）洞门，洞门位置与内径大小需根据设计要求确定，一般应考虑盾构最大开挖轮廓与盾构井洞门后浇环梁8尺寸后综合确定，洞门内采用挂网、喷混的临时封堵措施；

为了确保大管棚地层加固体系的实施效果，需在盾构井主体结构浇注完成，并达到设计强度后进行，同时将盾构井周边的地下水位降至结构底边下一定距离。

步骤二：在盾构始发洞门上方盾构井端墙6浇注过程中，需根据要求预埋管棚导向管2，管棚导向管2与盾构井端墙6主筋通过定位钢筋9连接，管棚导向管2预埋角度与水平方向交角为1～2°，预埋长度比盾构井端墙6厚度小50mm，预埋区域为隧道拱顶两侧120°范围。

步骤三：在盾构井内搭设脚手架，在脚手架上铺设临时木板，形成大管棚1打设的工作平台，工作平台高度及其与洞门之间的水平距离，可视工作平台宽度、机械类型、大管棚1分节长度与总长度等综合确定。

步骤四：将盾构井端墙6当做管棚打设时的导向墙，按照由中间向两侧、跳孔施做的顺序打设大管棚1；大管棚1打设过程中需严格控制钻机的钻进方向与角度，钻机钻杆不应与预埋的管棚导向管2发生明显接触，同时应注意控制钻进振动对相邻大管棚1的不利影响。

步骤五：在打设的大管棚1端部安装单向阀门，由阀门向大管棚1内压注水泥浆，通过大管棚1上的梅花形预留孔，水泥浆向周边地层渗透，最后向大管棚1内压注水泥砂浆，起到封堵管口的作用；

大管棚1内压注的水泥浆必须具有良好的流动性与和易性，确保充填密实；大管棚孔口的止水必须采用聚氨酯密封胶与水泥砂浆联合封堵措施，水泥砂浆应带微膨胀性。

步骤六：将大管棚1端部的单向阀门依次拆除，必要时在管棚导向管2与大管棚1之间压注聚氨酯密封胶，将渗漏水通道彻底封堵，最后在盾构井端墙6表面进行水泥砂浆抹平处理。

步骤七：待盾构机始发或接收完成后，施做盾构井洞门后浇环梁8，将盾构隧道7与盾构井端墙6连接成一个整体。

要从理论上找出能适应任意条件下地层加固要求的盾构隧道端头井地层加固体系及其施工方法，在现有的理论水平与施工技术条件下，仍有相当大的难度，因为地层条件与周边环境千变万化，盾构井端头地层加固方法的选择必须以周边环境与自身结构安全为出发点，同时基于地层特性，达到改良地层参数、提高地层稳定性的目的。尤其在临近既有地铁车站与隧道、地下商业综合体、大型市政工程以及医院、学校与实验室等重点保护对象的情况下，目前的盾构井端头地层加固方法，仍需本着因地制宜、对症下药、灵活应用的基本原则。

本实用新型“基于主体结构的盾构井端头大管棚加固体系”主要指通过大管棚承载效应形成的超前支护体系，具有大管棚数量、环向布置与纵向刚度可调，通过管棚导向管与盾构井端墙的定位与支撑作用，可实现大管棚高精度的打设要求，进而实现理想的地层加固效果，既能满足周边环境保护的苛刻要求，又能避免常规基坑开挖过程中打设大管棚引起的不稳定因素，具有较高的经济效益和社会效益，在城市轨道交通、铁路、公路等工程中有广泛的应用前景。

本实用新型的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。