一种岩石地层盾构隧道端头加固结构的制作方法

本实用新型涉及一种盾构隧道端头加固结构，特别涉及一种岩石地层盾构隧道端头加固结构。

背景技术：

目前，在进行盾构法隧道掘进施工过程中，需要对盾构隧道端头地层进行加固。盾构进出洞加固措施得当与否，直接影响到盾构机能否安全始发与到达。因此，应针对不同的地层条件与施工工况，选择合理的加固方式。盾构隧道端头地层加固的主要目的如下：

(1)提高盾构隧道端头土体的强度，控制地面沉降，防止坍塌。

(2)控制水土流失。在含水量较高、渗透系数较大的砂性地层，盾构机始发及到达时，容易造成水土流失，从而造成盾构机进出洞施工风险。端头地层加固可以将该部分土结合起来，减少水土流失量。

(3)提高土体的承载力。盾构机吊装、拆卸时，保证端头位置土体强度，防止重型机械在软弱土层上吊装时发生失稳。

对于软土地区，盾构隧道端头采用最多的是水泥土深层搅拌桩+高压旋喷桩(或注浆)的加固方式，当受地面环境限制时，可采用冻结法进行加固；在砂层中，主要采用地层加固+降水的加固方式；对于特殊地层，可采取素混凝土桩挡土+桩间旋喷止水等较为特殊的加固方式。当盾构隧道端头为全断面岩石地层时，如何选择合适的加固方式是盾构进出洞施工需要解决的技术问题。

根据岩石的不同成因类型，在盾构隧道端头常见的岩石地层类型主要有：沉积岩、细粒碎屑岩(如泥岩)、粗粒碎屑岩(如砂岩、砾岩等)、花岗岩、变质岩等。其成因不同，强度、裂隙发育程度也各不相同。不同岩层类型，对盾构进出洞施工影响也不同，特别是岩层裂隙发育的程度，裂隙水的大小，对盾构进出洞施工安全性有较大的影响。

当盾构进出洞遇全断面岩石地层时，通常其强度远远大于搅拌桩或旋喷桩0.8-1.2Mpa的加固强度，无需再进行地基加固。但一般地下岩层多有裂隙发育，为封堵裂隙水，需采取特殊的加固方式。

中国专利CN 104533448 A公布了一种岩石地层中盾构隧道端头止水加固的施工方法，采用前进式分层注浆的施工方案，在紧靠近围护结构位置布置一排分层注浆孔，通过控制注浆压力来保证注浆封闭岩层裂隙的效果。但是该专利存在以下缺点：

1、注浆效果较差。该专利是采用前进式注浆方法，注浆完毕后还需将注浆管拔出，这样势必留下垂直空洞，需要用小黏土泥球填充封孔。

2、该专利方法的施工工期较长。

3、该专利在加固后洞门凿除时，掌子面相对比较粗糙。掌子面的整体性和自立性都较差。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决岩石地层中盾构隧道施工时端头止水加固的问题，而提供的一种岩石地层盾构隧道端头加固结构。

本实用新型提供的岩石地层盾构隧道端头加固结构是在围护结构的前端设置有一排注浆锚杆，通过注浆锚杆进行注浆。

注浆锚杆的设置间距为0.5m，注浆锚杆的长度为：从地面一直到盾构隧道拱底下3m的部位。

注浆锚杆为竹筋锚杆，每根注浆锚杆均通过一连接件固连有三片或四片竹筋，注浆锚杆的内腔中设有注浆管，通过注浆管进行注浆，注浆管的直径为108mm或127mm。

本实用新型提供的岩石地层盾构隧道端头的加固方法，其方法如下所述：

第一步、施工工艺流程的制定，具体工艺流程如下：

前期准备→确定钻孔位置→套管跟进钻孔→钻孔至设计深度后下放竹筋注浆锚杆→退出套管→注浆并达到设计要求→转移至下一孔施工→全段施工完毕→盾构进出洞；

第二步、具体施工过程如下：

一、钻孔施工：

(1)钻孔设备选型：

选用XP-30B工程钻机两台，配特拉斯空压机GR200－20空压机一台，采用冲击钻进工艺，在钻好孔内采用下套管测斜，使用灯光测斜，必要时采用JDT-5型陀螺测斜仪测斜以保证钻孔垂直精度；

(2)钻孔技术要求：

钻进时，应按深度及地层情况的需要，及时增减钻铤，要求作到均匀、匀速钻进，严禁忽快忽慢，压力忽大忽小，合理掌握转速、压力及冲洗量，加尺或更换钻头时，钻具下到距孔底0.3-0.5m处扫孔，不准将钻具停在一个深度长期冲洗，停电时，应将钻具提至安全深度，停电超过两小时，将钻具全部提出，对所有钻具详细检查，弯钻杆和磨损过大的钻杆禁止使用，终孔时复核钻具全长，并冲孔将岩粉排净，再下管；

竹筋注浆锚杆进行地面配组，丈量全长，做好记录，下放竹筋注浆锚杆时清除管内异物，保持清洁；

偏斜：钻孔平均偏斜率不得大于5‰，钻孔终孔间距不大于设计值，否则应予以补孔，钻孔深度应满足设计要求，下管长度不小于设计加固深度；

测斜：钻孔施工过程中使用灯光经纬仪进行终孔和成孔测斜并及时绘制钻孔偏斜平面图；

钻场基础：为了保证钻孔质量，现场铺设简易泥浆沟槽；

(3)钻孔施工流程的制定，钻孔施工流程如下：

钻孔准备→钻孔测量定位→钻机安装找正→正常钻进→复测、检漏→单孔完成→钻孔结束；

二、竹筋注浆锚杆的施工：

(1)材料选择：竹筋条片选用楠竹、毛竹，注浆管路构件选用PVC袖阀管；

(2)注浆参数的确定：

a、注浆材料为普通水泥单液浆结合普通水泥-水玻璃双液浆，浆液配比为普通水泥单液浆：W:C＝(0.6-0.8):1；普通水泥-水玻璃双液浆W:C＝1:1，C:S＝1:1；

b、注浆压力2-3MPa；

(3)质量保证措施：

a、开孔按照设计位置，偏差控制在±10cm；

b、采用套管跟进，通过套管下入竹筋注浆锚杆，确保锚杆下到设计深度；

c、竹筋注浆锚杆安设完成退套管后，进行孔口密封，并立即进行注浆，防止因排砂、排水引起周围土体位移加剧，确保竹筋锚杆的锚固力；

d、保证竹筋注浆锚杆安设满足设计密度要求，不随意减少设计数量；

e、注浆材料必须满足质量要求，不使用失效或过期材料；

f、配制浆液严格按照制浆要求按顺序投料，不得随意增减数量；为避免水泥浆中有杂物而引起堵管，在储浆桶上安设滤筛对拌制的浆液进行过滤；

g、注浆时，值班工程师应根据地质情况调整注浆参数和注浆工艺，严格控制结束标准，保证注浆质量和效果；

(4)环境保护措施：

a、及时对掌子面渗水做好“引、排、堵”处理措施，减少由于渗水处理不当造成更大的渗流破坏，从而形成大范围的“潜蚀”或“流沙”现象；

b、控制施工注浆使用的浆液泄漏，并对进入隧道排水系统中的注浆废液做净化达标处理，避免浆液污染洞外居民的生活、生产用水；

c、在水泥搅拌过程中，水泥添加作业规范，搅拌设施保持密闭，防止添加、搅拌过程中大量水泥扬尘外逸；

d、施工机械防止漏油，不将机械运转过程中产生的油污水未经处理就直接排放，或维修施工机械时油污水直接排放；

三、破除槽壁的施工：

通过探孔观测，判断加固止水效果，注浆后槽壁破除前，先在洞门上有规律的打数个探孔，以判断洞门处岩体与槽壁的胶结密封情况，探孔深度进入围护结构内10-15cm，当所有探孔未发生漏水漏砂现象时再全部破壁。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的技术方案采用的是竹筋注浆锚杆，当盾构始发或到达时，无需拔除竹筋注浆锚杆，盾构可直接切削推进。本实用新型的优点在于保证岩石地层端头加固能顺利施工，满足强度、防渗的要求，加固止水效果好，同时又能满足经济性的要求。具体效果如下：

1、可挖除：地下工程中采用竹筋注浆锚杆预加固后的地段，开挖机械(盾构机、单臂掘进机、铣挖机等)可直接挖除通过，为实现隧道的机械化高效施工提供可靠保证。

2、杆体全段锚固，锚注结合。竹筋条片锚杆配合分段注浆管注浆，不但为杆体全段提供锚固力，同时加固了杆周岩体。

3、强度较高、重量轻，质量好的竹筋条片锚杆的抗拉强度较高，重量较钢质锚杆轻很多。

4、安全性好：防静电、耐低温等优点满足地下工程安全生产的要求。

5、经济性：可大大降低施工成本。

附图说明

图1为本实用新型所述加固结构俯视图。

图2为本实用新型所述加固结构侧视图。

图3为本实用新型所述注浆锚杆断面结构示意图。

图4为本实用新型加固方法中工艺流程图。

1、注浆锚杆 2、盾构隧道 3、连接件 4、竹筋 5、注浆管6、围护结构。

具体实施方式

请参阅图1、图2、图3和图4所示：

本实用新型提供的岩石地层盾构隧道端头加固结构是在围护结构6的前端设置有一排注浆锚杆1，通过注浆锚杆1进行注浆。

注浆锚杆1的设置间距为0.5m，注浆锚杆1的长度为：从地面一直到盾构隧道2拱底下3m的部位。

注浆锚杆1为竹筋锚杆，每根注浆锚杆1均通过一连接件3固连有四片竹筋4，注浆锚杆1的内腔中设有注浆管5，通过注浆管5进行注浆，注浆管5的直径为108mm或127mm。

本实用新型提供的岩石地层盾构隧道端头的加固方法，其方法如下所述：

第一步、施工工艺流程的制定，具体工艺流程如下：

前期准备→确定钻孔位置→套管跟进钻孔→钻孔至设计深度后下放竹筋注浆锚杆→退出套管→注浆并达到设计要求→转移至下一孔施工→全段施工完毕→盾构进出洞；

第二步、具体施工过程如下：

一、钻孔施工：

(1)钻孔设备选型：

选用XP-30B工程钻机两台，配特拉斯空压机GR200－20空压机一台，采用冲击钻进工艺，在钻好孔内采用下套管测斜，使用灯光测斜，必要时采用JDT-5型陀螺测斜仪测斜以保证钻孔垂直精度；

(2)钻孔技术要求：

钻进时，应按深度及地层情况的需要，及时增减钻铤，要求作到均匀、匀速钻进，严禁忽快忽慢，压力忽大忽小，合理掌握转速、压力及冲洗量，加尺或更换钻头时，钻具下到距孔底0.3-0.5m处扫孔，不准将钻具停在一个深度长期冲洗，停电时，应将钻具提至安全深度，停电超过两小时，将钻具全部提出，对所有钻具详细检查，弯钻杆和磨损过大的钻杆禁止使用，终孔时复核钻具全长，并冲孔将岩粉排净，再下管；

竹筋注浆锚杆进行地面配组，丈量全长，做好记录，下放竹筋注浆锚杆时清除管内异物，保持清洁；

偏斜：钻孔平均偏斜率不得大于5‰，钻孔终孔间距不大于设计值，否则应予以补孔，钻孔深度应满足设计要求，下管长度不小于设计加固深度；

测斜：钻孔施工过程中使用灯光经纬仪进行终孔和成孔测斜并及时绘制钻孔偏斜平面图；

钻场基础：为了保证钻孔质量，现场铺设简易泥浆沟槽；

(3)钻孔施工流程的制定，钻孔施工流程如下：

钻孔准备→钻孔测量定位→钻机安装找正→正常钻进→复测、检漏→单孔完成→钻孔结束；

二、竹筋注浆锚杆的施工：

(1)材料选择：竹筋4的条片选用楠竹、毛竹，注浆管5选用PVC袖阀管；

(2)注浆参数的确定：

a、注浆材料为普通水泥单液浆结合普通水泥-水玻璃双液浆，浆液配比为普通水泥单液浆：W:C＝(0.6-0.8):1；普通水泥-水玻璃双液浆W:C＝1:1，C:S＝1:1；

b、注浆压力2-3MPa；

(3)质量保证措施：

a、开孔按照设计位置，偏差控制在±10cm；

b、采用套管跟进，通过套管下入竹筋注浆锚杆，确保锚杆下到设计深度；

c、竹筋注浆锚杆安设完成退套管后，进行孔口密封，并立即进行注浆，防止因排砂、排水引起周围土体位移加剧，确保竹筋锚杆的锚固力；

d、保证竹筋注浆锚杆安设满足设计密度要求，不随意减少设计数量；

e、注浆材料必须满足质量要求，不使用失效或过期材料；

f、配制浆液严格按照制浆要求按顺序投料，不得随意增减数量；为避免水泥浆中有杂物而引起堵管，在储浆桶上安设滤筛对拌制的浆液进行过滤；

g、注浆时，值班工程师应根据地质情况调整注浆参数和注浆工艺，严格控制结束标准，保证注浆质量和效果；

(4)环境保护措施：

a、及时对掌子面渗水做好“引、排、堵”处理措施，减少由于渗水处理不当造成更大的渗流破坏，从而形成大范围的“潜蚀”或“流沙”现象；

b、控制施工注浆使用的浆液泄漏，并对进入隧道排水系统中的注浆废液做净化达标处理，避免浆液污染洞外居民的生活、生产用水；

c、在水泥搅拌过程中，水泥添加作业规范，搅拌设施保持密闭，防止添加、搅拌过程中大量水泥扬尘外逸；

d、施工机械防止漏油，不将机械运转过程中产生的油污水未经处理就直接排放，或维修施工机械时油污水直接排放；

三、破除槽壁的施工：

通过探孔观测，判断加固止水效果，注浆后槽壁破除前，先在洞门上有规律的打数个探孔，以判断洞门处岩体与槽壁的胶结密封情况，探孔深度进入围护结构内10-15cm，当所有探孔未发生漏水漏砂现象时再全部破壁。