上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段地表加固结构的制作方法

本实用新型属于隧道施工技术领域，尤其是涉及一种上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段地表加固结构。

背景技术：

矿山法(也称为浅埋暗挖法)指的是用开挖地下坑道的作业方式修建隧道的施工方法，矿山法是暗挖法的一种隧道开挖施工方法，主要用钻眼爆破方法开挖断面而修筑隧道及地下工程的施工方法。盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌；同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。矿山法投入小，造价低，但只适合土质较好的城市隧道和山岭隧道。盾构法投入大，造价高，但适合土质与围岩状况差的隧道施工。

实际施工时，对盾构法与矿山法交界处的隧道段进行施工时，施工难度较大，尤其是对围岩较为破碎、富水较丰富且处于上软下硬地层的地段(尤其是靠近海边的地段)进行施工时，由于拱顶围岩上软下硬且洞体左右差异较大，极易发生隧道溃砂塌方的风险，其中上软下硬地层中上部土层为砂土层，砂土层下方由上至下为碎石层和稳定岩层，该稳定岩层为微风化岩石层。目前，隧道施工过程中针对不良地质所采用的治理方法主要是隧道内超前注浆、洞内帷幕注浆等方式对掌子面前方进行超前加固。但上述单一的加固方式仍无法保证围岩较为破碎且富水较丰富的盾构法与矿山法交界处隧道段的施工安全，存在以下风险：第一、砂、塌方风险：由于开挖断面大、拱顶埋深浅且围岩较为破碎，在隧道爆破施工及洞内直接开孔注浆影响下极易引起洞内涌砂、塌方灾害；而洞内涌砂、塌方造成隧道上方地层损失，会发展成地表塌陷，管线断裂破坏；第二、岩性差、突水风险大：岩性差且上部有较厚的中粗砂层，地势低洼，水量大，补给充分，承压水大，突溶水风险大。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段地表加固结构，其结构简单、设计合理且施工简便、使用效果好，采用袖阀管且通过多排注浆孔对被加固地层进行注浆加固，既能对隧道洞洞身进行加固，也能对隧道基底进行加固，加固效果可靠，尤其适用于盾构法与矿山法交界处隧道段超前加固，确保隧道开挖过程安全、可靠，并能有效提高开挖成型隧道洞的稳定性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段地表加固结构，其特征在于：包括对交界处隧道段所处施工区域的地层进行超前加固的注浆加固结构；所述交界处隧道段位于已开挖隧道和待开挖隧道之间的连接处，所述已开挖隧道为采用矿山法施工成型的隧道，所述待开挖隧道为位于已开挖隧道前方的盾构隧道；所述交界处隧道段由已开挖隧道段和位于所述已开挖隧道段前方的未开挖隧道段连接而成，所述已开挖隧道段为已开挖隧道前部的一个隧道节段且其长度为l1，l1的取值范围为4m～6m；所述未开挖隧道段为待开挖隧道后部的一个隧道节段且其长度为l2，l2的取值范围为8m～12m；所述交界处隧道段的长度为l3，其中l3＝l1+l2；

所述交界处隧道段为隧道埋深小于30m的浅埋隧道，所述交界处隧道段所处施工区域中需进行注浆加固的地层为被加固地层，所述交界处隧道段与被加固地层呈平行布设，所述注浆加固结构为采用袖阀管对被加固地层进行注浆加固后形成的加固结构；所述被加固地层沿所述交界处隧道段的隧道纵向延伸方向布设，所述被加固地层的纵向长度与所述交界处隧道段的长度相同且其宽度大于所述交界处隧道段的开挖宽度；所述被加固地层的左右两侧壁均为竖向侧壁，所述被加固地层的上表面为平面且其上表面位于所述交界处隧道段的拱顶上方，所述被加固地层的上表面与位于其下方的所述交界处隧道段拱顶之间的竖向间距为h1，h1的取值范围为3m～4m；

所述被加固地层分为位于所述已开挖隧道段上方的后部加固地层和位于后部加固地层正前方的前部加固地层；所述后部加固地层的长度与所述已开挖隧道段的长度相同，所述前部加固地层的长度与所述未开挖隧道段的长度相同；所述后部加固地层和前部加固地层的横截面均为矩形且二者的宽度相同；所述后部加固地层为砂土层，所述前部加固地层为上软下硬地层，所述上软下硬地层包括由上至下布设的上部土层、中部岩石层和下部岩石层，所述上部土层为砂土层，所述中部岩石层为碎石层、强风化岩石层或中风化岩石层，所述下部岩石层为基岩层或微风化岩石层，所述中部岩石层与下部岩石层之间的分界面为岩石分界面，所述岩石分界面位于所述未开挖隧道段下方，所述岩石分界面与所述未开挖隧道段底部的竖向间距不大于6m；

所述后部加固地层的上表面与前部加固地层的上表面均为平面且二者的上表面布设于同一平面上，所述后部加固地层的底面与前部加固地层的底面均为平面且二者的底面呈平行布设，所述前部加固地层的上表面和底面均与所述交界处隧道段的拱顶呈平行布设；

所述后部加固地层的底面与所述已开挖隧道段的拱顶相平齐，所述前部加固地层的底面位于所述岩石分界面下方，所述前部加固地层的底面与位于其上方的所述岩石分界面之间的竖向间距不小于0.5m；

所述被加固地层内开有多排供所述袖阀管注浆用的注浆孔，多排所述注浆孔沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，每排所述注浆孔均包括多个呈竖直向布设且均位于同一隧道横断面上的注浆孔，前后相邻两排所述注浆孔中的注浆孔呈交错布设；所述被加固地层内所有注浆孔呈梅花形布设且其呈均匀布设，所述被加固地层内相邻两个所述注浆孔之间的间距为1.2m～1.8m；所述注浆孔为呈竖直向布设且从地表由上至下钻成的圆柱形钻孔，每个所述注浆孔的孔底均与其所处位置处被加固地层的底面相平齐。

上述上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段地表加固结构，其特征是：所述前部加固地层的底面与位于其上方的所述岩石分界面之间的竖向间距为1m～2m。

上述上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段地表加固结构，其特征是：所述注浆孔的孔径为φ80mm～φ120mm。

上述上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段地表加固结构，其特征是：所述被加固地层内所有注浆孔由左至右分多列进行布设，每列所述注浆孔均包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设于同一竖直面上的注浆孔；所述交界处隧道段的隧道中线上布设有一列所述注浆孔；

所述被加固地层内的所有注浆孔呈梅花形布设，且被加固地层内的所有注浆孔呈均匀布设。

上述上软下硬地层盾构法与矿山法交界处隧道段地表加固结构，其特征是：所述被加固地层的左侧壁和右侧壁对称布设于所述交界处隧道段的左右两侧，所述被加固地层的宽度比所述交界处隧道段的开挖宽度大5m～8m。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单、设计合理且投入施工成本较低。

2、被加固地层的位置以及尺寸设计合理，通过对被加固地层进行注浆加固，能对盾构法与矿山法交界处的隧道段所处地层进行整体加固，确保交界处隧道段开挖过程安全、可靠，并能有效提高开挖成型隧道洞的稳定性。

3、使用效果好且实用价值高，采用袖阀管且通过多排注浆孔对被加固地层进行注浆加固，既能对隧道洞洞身进行加固，也能对隧道基底进行加固，加固效果可靠，尤其适用于盾构法与矿山法交界处隧道段的超前加固，能对上软下硬地层进行简便、快速且有效加固，确保隧道开挖过程安全、可靠，并能有效提高开挖成型隧道洞的稳定性，防止隧道开挖过程中掌子面坍塌并能有效控制初期支护结构发生大变形；与全断面帷幕注浆加固相比，能大幅度提高施工效率，减少施工工期，降低施工成本。并且，采用袖阀管注浆进行加固时，可以分段、定量和间歇注浆，能较好地控制注浆范围和注浆压力，可进行重复注浆，且发生冒浆与串浆的可能性很小，注浆加固效果易于保证。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型被加固地层的纵向结构示意图。

图2为本实用新型未开挖隧道段上被加固地层的结构示意图。

图3为本实用新型注浆孔的平面布设位置示意图。

附图标记说明:

1—已开挖隧道；2—被加固地层；2-1—后部加固地层；

2-2—前部加固地层；2-21—上部土层；2-22—中部岩石层；

2-23—下部岩石层；3—待开挖隧道；5—注浆孔。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型包括对交界处隧道段所处施工区域的地层进行超前加固的注浆加固结构；所述交界处隧道段位于已开挖隧道1和待开挖隧道3之间的连接处，所述已开挖隧道1为采用矿山法施工成型的隧道，所述待开挖隧道3为位于已开挖隧道1前方的盾构隧道；所述交界处隧道段由已开挖隧道段和位于所述已开挖隧道段前方的未开挖隧道段连接而成，所述已开挖隧道段为已开挖隧道1前部的一个隧道节段且其长度为l1，l1的取值范围为4m～6m；所述未开挖隧道段为待开挖隧道3后部的一个隧道节段且其长度为l2，l2的取值范围为8m～12m；所述交界处隧道段的长度为l3，其中l3＝l1+l2；

所述交界处隧道段为隧道埋深小于30m的浅埋隧道，所述交界处隧道段所处施工区域中需进行注浆加固的地层为被加固地层2，所述交界处隧道段与被加固地层2呈平行布设，所述注浆加固结构为采用袖阀管对被加固地层2进行注浆加固后形成的加固结构；所述被加固地层2沿所述交界处隧道段的隧道纵向延伸方向布设，所述被加固地层2的纵向长度与所述交界处隧道段的长度相同且其宽度大于所述交界处隧道段的开挖宽度；所述被加固地层2的左右两侧壁均为竖向侧壁，所述被加固地层2的上表面为平面且其上表面位于所述交界处隧道段的拱顶上方，所述被加固地层2的上表面与位于其下方的所述交界处隧道段拱顶之间的竖向间距为h1，h1的取值范围为3m～4m；

所述被加固地层2分为位于所述已开挖隧道段上方的后部加固地层2-1和位于后部加固地层2-1正前方的前部加固地层2-2；所述后部加固地层2-1的长度与所述已开挖隧道段的长度相同，所述前部加固地层2-2的长度与所述未开挖隧道段的长度相同；所述后部加固地层2-1和前部加固地层2-2的横截面均为矩形且二者的宽度相同；所述后部加固地层2-1为砂土层，所述前部加固地层2-2为上软下硬地层，所述上软下硬地层包括由上至下布设的上部土层2-21、中部岩石层2-22和下部岩石层2-23，所述上部土层2-21为砂土层，所述中部岩石层2-22为碎石层、强风化岩石层或中风化岩石层，所述下部岩石层2-23为基岩层或微风化岩石层，所述中部岩石层2-22与下部岩石层2-23之间的分界面为岩石分界面，所述岩石分界面位于所述未开挖隧道段下方，所述岩石分界面与所述未开挖隧道段底部的竖向间距不大于6m；

所述后部加固地层2-1的上表面与前部加固地层2-2的上表面均为平面且二者的上表面布设于同一平面上，所述后部加固地层2-1的底面与前部加固地层2-2的底面均为平面且二者的底面呈平行布设，所述前部加固地层2-2的上表面和底面均与所述交界处隧道段的拱顶呈平行布设；

所述后部加固地层2-1的底面与所述已开挖隧道段的拱顶相平齐，所述前部加固地层2-2的底面位于所述岩石分界面下方，所述前部加固地层2-2的底面与位于其上方的所述岩石分界面之间的竖向间距不小于0.5m；

结合图3，所述被加固地层2内开有多排供所述袖阀管注浆用的注浆孔5，多排所述注浆孔5沿隧道纵向延伸方向由后向前布设，每排所述注浆孔5均包括多个呈竖直向布设且均位于同一隧道横断面上的注浆孔5，前后相邻两排所述注浆孔5中的注浆孔5呈交错布设；所述被加固地层2内所有注浆孔5呈梅花形布设且其呈均匀布设，所述被加固地层2内相邻两个所述注浆孔5之间的间距为1.2m～1.8m；所述注浆孔5为呈竖直向布设且从地表由上至下钻成的圆柱形钻孔，每个所述注浆孔5的孔底均与其所处位置处被加固地层2的底面相平齐。

其中，所述盾构隧道为采用盾构法进行施工的隧道。隧道埋深指的是隧道开挖断面的顶部至自然地面(即地表)的垂直距离。隧道拱顶指的是隧道开挖轮廓线的拱顶，隧道底部指的是隧道开挖轮廓线的底部。因而，所述交界处隧道段的拱顶指的是所述交界处隧道段的隧道开挖轮廓线拱顶，所述交界处隧道段底部指的是所述交界处隧道段的隧道开挖轮廓线底部。

实际施工时，所述注浆孔5的孔径为φ80mm～φ120mm。

本实施例中，所述前部加固地层2-2的底面与位于其上方的所述岩石分界面之间的竖向间距为1m～2m。实际施工过程中，可根据具体需要，对注浆孔5的孔径以及前部加固地层2-2的底面与位于其上方的所述岩石分界面之间的竖向间距分别进行相应调整。

如图3所示，所述被加固地层2内所有注浆孔5由左至右分多列进行布设，每列所述注浆孔5均包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设于同一竖直面上的注浆孔5；所述交界处隧道段的隧道中线上布设有一列所述注浆孔5；

所述被加固地层2内的所有注浆孔5呈梅花形布设，且被加固地层2内的所有注浆孔5呈均匀布设。

实际施工时，所述交界处隧道段的开挖宽度为6m～9m，所述交界处隧道段的开挖高度为6m～9m，所述上部洞体的开挖高度与所述下部洞体的开挖高度相同。本实施例中，所述交界处隧道段的开挖宽度为7m且其开挖高度为7m，其中所述交界处隧道段的开挖宽度记作d1，其中d1＝7m。

所述被加固地层2的左侧壁和右侧壁对称布设于所述交界处隧道段的左右两侧，所述被加固地层2的宽度比所述交界处隧道段的开挖宽度大5m～8m。本实施例中，所述被加固地层2的宽度比所述交界处隧道段的开挖宽度大6m，所述被加固地层2的宽度记作d2，其中d2＝d1+6m＝13m。

实际施工时，可根据具体需要，对被加固地层2的宽度(即d2的取值大小)进行相应调整。

本实施例中，所述被加固地层2内所有注浆孔5分多列进行布设，每列所述注浆孔5均包括多个沿隧道纵向延伸方向由后向前布设的注浆孔5；所述交界处隧道段的隧道中线上布设有一列所述注浆孔5。

本实施例中，h1＝3.5m。

本实施例中，l1＝5m，l2＝10m，l3＝15m。

实际施工时，可根据具体需要，对h1、l1和l2的取值大小进行相应调整。

对所述交界处隧道段进行加固时，对所述交界处隧道段的隧道横向轮廓线外左右两侧3m范围内进行加固，所述交界处隧道段上部加固至开挖轮廓线拱顶以上3.5m范围内，所述交界处隧道段底部加固至所述岩石分界面下方。

采用袖阀管进行注浆加固时，按照常规的袖阀管注浆法进行加固。本实施例中，所述被加固地层2内位于最左侧的两列所述注浆孔5和所述被加固地层2内位于最右侧的两列所述注浆孔5均为用于注入水泥-水玻璃双液浆的外侧注浆孔，所述被加固地层2内除所述外侧注浆孔之外的所有注浆孔5均为用于注入水泥浆的内部注浆孔。所述水泥浆为普通水泥浆单液浆。注浆结束标准为：第一、单孔注浆结束标准：单孔注浆压力达到设计终压并维持10min以上结束该孔注浆或；第二、全段结束标准：所有注浆孔5均达到注浆结束标准并无漏注现象。

利用注浆孔5进行注浆加固之前，先采用钻机由上至下进行钻孔，钻孔完成后先退钻杆，再将袖阀管由上至下下放至所述钻孔内，并在所述钻孔的孔口采用速凝水泥砂浆填充，以防止注浆时返浆。袖阀管安装完成后注入套壳料。

采用本实用新型进行加固时，对所述交界处隧道段的隧道洞洞身进行加固的同时，也对所述交界处隧道段的隧底进行加固，注浆方式采用后退式分段注浆。因而，采用本实用新型对被加固地层2进行注浆加固时，沿隧道纵向延伸方向由后向前通过多排所述注浆孔5分别进行注浆加固。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。