一种适用于富水岩层的防止管片上浮的施工方法

1.本发明涉及盾构隧道施工技术领域，具体地，涉及一种适用于富水岩层的防止管片上浮的施工方法。


背景技术：

2.近年来，盾构法已成为我国东南沿海地区隧道建设所采取的主要施工方法之一。该方法采取边开挖边支护的模式实现机械化施工，具有效率高，成本低，环境影响小等优势。在盾构施工过程中，刀盘开挖直径通常大于管片外径，由于同步注浆不饱满，浆液体积收缩等原因，安装好的管片在脱出盾尾后会与周围地层之间形成空隙。因此，需要通过管片上预留的注浆孔进行二次注浆，以填充空隙，减少因管片上浮所造成的错台和局部渗漏水等问题，从而提高成型管片质量。
3.在富水硬岩地层施工过程中，同步注浆浆液被地下水稀释，造成浆液初凝时间延长，管片被外部地下水或未凝固浆液包裹，易加剧管片上浮等问题。杨延栋等在《隧道建设》期刊发表的《全断面硬岩地层盾构隧道管片上浮控制技术研究》一文中指出，广州地铁七号线某盾构区间右线259-264环掘进15天后的管片上浮量最大达到118mm，导致隧道内该段连续漏水，严重影响成型隧道质量。
4.目前，在解决盾构隧道管片上浮的相关技术中，广泛采用降水处理法，即通过洞内抽排或施作降水井降低管片外部的水压，从而减小管片的上浮力，然而该方法可能造成地面沉降。此外，盾构机姿态调整法应用也较为广泛，即通过调整盾构机姿态使得上浮量与偏移量相互抵消，然而该方法较为依赖施工经验，具体操作与地质条件、施工环境息息相关，较难控制。
5.经对现有技术文献的检索发现，申请公开号为cn112627851a的中国发明专利，公开了一种用于防止管片上浮的方法，该方法通过采用一端固定了螺旋头的撑杆所组成的顶托装置，将其螺旋头一端固定安装在管片吊装孔内，将其撑杆的另一端和管片背后的土层相抵，并在管片和土层之间进行注浆，浆液包裹撑杆，凝结后形成支撑整体，撑杆可以顶住管片不上浮。然而，该专利所述的顶托装置与浆液凝结后虽然能有力支撑管片，但撑杆永久性留在管片与地层之间，易造成管片应力集中，出现管片开裂、碎角等质量问题。
6.再有申请公开号为cn108301842a的中国发明专利，公开了一种用于控制盾构隧道管片上浮的固定装置及施工方法，该方法通过沿盾构隧道路线方向依次设置的多个抗浮桩，利用其与地层摩擦力对管片形成约束作用，然而该方法需要大型桩基施工设备性价比较低，无法兼顾注浆作用，易造成盾构掘进推力过大，导致管片破碎等。而且，这些专利的施工主要凭施工技术人员的经验，没有提出相应的设计方法。
7.综上所述，现有防止管片上浮方法效率低，施工过程复杂繁琐，耗时耗力，且后期隧道运营存在安全隐患，可靠性较差。因此，急需提出一种简单且高效的盾构隧道防止管片上浮施工方法。


技术实现要素：

8.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于富水岩层的防止管片上浮的施工方法，该方法克服了现有技术中存在的施工流程繁琐、未考虑硬岩地层中地下水冲刷作用等缺点和不足，同时能够实现防止硬岩地层中隧道管片上浮和提高管片壁后空隙浆液填充质量。
9.根据本发明的一个方面，提供一种适用于富水岩层的防止管片上浮的施工方法，包括：
10.在管片预留注浆孔中埋设螺纹套；
11.将每环成型管片的注浆孔的垂直高度由高到低依次排列，分别确定1号注浆孔、2号注浆孔和3号注浆孔，成型管片脱出盾尾后，将丝杆分别插入1号注浆孔、2号注浆孔和3号注浆孔的螺纹套中，直至丝杆一端与管片壁后岩层相接触，并固定丝杆；
12.台车到达成型管片位置后，从2号注浆孔和3号注浆孔中取出丝杆，并通过2号注浆孔和3号注浆孔进行二次注浆；
13.取出1号注浆孔中的丝杆，并通过1号注浆孔观察二次注浆质量是否满足要求；
14.若二次注浆质量不满足要求，则将丝杆插入1号注浆孔，返回至所述并通过2号注浆孔和3号注浆孔进行二次注浆的步骤；若二次注浆质量满足要求，则将1号注浆孔、2号注浆孔和3号注浆孔分别进行封孔，并等待浆液完全凝固。
15.进一步地，所述螺纹套为沿管片径向方向在其内壁具有固定长度的螺纹的钢制套筒；
16.在管片预留注浆孔中埋设螺纹套，包括：在预制管片过程中，将钢制套筒固定在预留注浆孔的孔口，钢制套筒的一端与注浆孔的孔口平齐，并采用浇铸方式成型。
17.进一步地，所述钢制套筒的直径与管片预留注浆孔的孔径相匹配；所述钢制套筒的螺纹沿管片径向的长度通过下式确定：
[0018][0019]
式中，l为钢制套筒的螺纹沿管片径向的长度，d为管片内径，t为管片厚度。
[0020]
进一步地，所述丝杆包括环形钢筋、定位螺帽和固紧螺帽；所述定位螺帽和所述固紧螺帽均套设于所述环形钢筋上，所述固紧螺帽靠近环形钢筋的端部设置；
[0021]
所述固定丝杆包括：将所述环形钢筋穿过注浆孔，然后将所述定位螺帽与所述螺纹套通过螺纹方式连接，再将所述固紧螺帽向所述定位螺帽的方向旋转，直至定位螺帽与所述固紧螺帽紧密接触。
[0022]
进一步地，所述环形钢筋的外壁为螺纹结构，所述环形钢筋的直径小于所述螺纹套的直径，所述环形钢筋的长度通过下式确定：
[0023]
l＝d+t-d'
[0024]
式中，l为环形钢筋的长度，d'为管片外径，t为管片厚度，d为隧道开挖直径。
[0025]
进一步地，所述定位螺帽的内壁和外壁均为螺纹结构，其中，所述定位螺帽的内壁直径与所述环形钢筋的直径相等，所述定位螺帽的外壁直径与所述螺纹套的内壁直径相等，所述定位螺帽的外壁与所述螺纹套的内壁通过螺纹连接方式连接。
[0026]
进一步地，所述固紧螺帽的内壁为螺纹结构，所述固紧螺帽的内壁直径与所述环
形钢筋的外壁直径相等。
[0027]
进一步地，所述从2号注浆孔和3号注浆孔中取出丝杆，包括：将所述固紧螺帽向远离管片方向旋转，将所述定位螺帽从所述螺纹套中旋出，然后将所述丝杆从相应注浆孔中取出；
[0028]
所述二次注浆包括：将注浆头与注浆孔中的所述螺纹套连接，并向注浆孔内注射浆液。
[0029]
进一步地，所述注浆头包括卡位螺帽和与外部注浆管连接的球阀，所述卡位螺帽的外壁为螺纹结构，所述卡位螺帽的外壁与所述螺纹套通过螺纹连接，所述球阀上还安装有用于对注浆压力进行控制的阀门。
[0030]
进一步地，所述通过1号注浆孔观察二次注浆质量是否满足要求，包括：
[0031]
若通过1号注浆孔能够观察到浆液，且浆液均匀、饱满，则二次注浆质量满足要求；
[0032]
若通过1号注浆孔无法观察到浆液，管片壁后存在空洞，且出现漏气、漏水现象，则二次注浆质量不满足要求。
[0033]
与现有技术相比，本发明具有如下至少之一的有益效果：
[0034]
本发明提供了一种适用于富水岩层的防止管片上浮的施工方法，在管片预留注浆孔中埋设螺纹套，成型管片脱出盾尾后，将丝杆分别插入螺纹套中，通过丝杆与管片预埋件螺纹套形成配套设备，可对注浆效果进行判断且便于管片壁后二次注浆。本发明简化了施工现场的操作流程，能够提高硬岩地层盾构隧道管片成型质量，弥补了现有技术中存在的施工操作繁琐、未考虑注浆过程中地下水冲刷作用对注浆效果影响的缺点和不足，具有较高的应用价值。
附图说明
[0035]
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0036]
图1为本发明实施例中支撑管片的结构示意图；
[0037]
图2为本发明实施例中丝杆的结构示意图；
[0038]
图3为本发明实施例中注浆头的结构示意图；
[0039]
图中：1为管片，2为岩层，3为丝杆，4为1号注浆孔，5为2号注浆孔，6为3号注浆孔，7为环形钢筋，8为定位螺帽，9为固紧螺帽，10为卡位螺帽，11为球阀。
具体实施方式
[0040]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。在本发明实施例的描述中，需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0041]
为了保证盾构隧道施工的经济性、实用性和安全性，本发明实施例提供一种适用
于富水岩层的防止管片上浮的施工方法，该方法包括：
[0042]
s1、在管片预留注浆孔中埋设螺纹套。
[0043]
在一些具体的实施例中，螺纹套为沿管片径向方向在其内壁具有固定长度的螺纹的钢制套筒。在管片预留注浆孔中埋设螺纹套，具体包括：在预制管片过程中，将钢制套筒固定在预留注浆孔的孔口，钢制套筒的一端与注浆孔的孔口平齐，并采用浇铸方式成型。
[0044]
为选配合适的钢制套筒，在一些优选的实施例中，钢制套筒的直径与管片预留注浆孔的孔径相匹配；钢制套筒的螺纹沿管片径向的长度通过下式确定：
[0045][0046]
式中，l为钢制套筒的螺纹沿管片径向的长度，d为管片内径，t为管片厚度。
[0047]
具体地，以一圆形结构盾构隧道为例，开挖直径9.2m，管片内径8m，管片外径8.8m，管片厚度0.4m，里程区间dxk10+560-dxk10+720为中风化花岗岩地层，单轴抗压强度为90mpa-120mpa，为硬岩地层。全断面硬岩常压掘进过程中，地下水丰富，同步注浆管片壁后空隙填充效果差，硬岩段管片上浮，发生椭变。管片出现大量碎角，造成成型隧道超限及质量缺陷。采用本实施例中的方法进行施工，由于管片内径为8m，管片厚度为0.4m，根据计算，螺纹套螺纹沿管片径向的长度l为2cm。
[0048]
s2、将每环管片1的注浆孔的垂直高度由高到低依次排列，分别确定1号注浆孔、2号注浆孔和3号注浆孔，即为垂直高度排列在前三个的注浆孔，参照图1所示，即1号注浆孔4、2号注浆孔5、3号注浆孔6分别是指，每环管片1中垂直高度第一、第二、第三大的注浆孔；管片1脱出盾尾后，将丝杆3分别插入1号注浆孔4、2号注浆孔5和3号注浆孔6的螺纹套中，直至丝杆3一端与管片1壁后岩层2相接触，并固定丝杆3。
[0049]
在一些具体的实施例中，参照图2所示，丝杆3包括环形钢筋7、定位螺帽8和固紧螺帽9；其中，环形钢筋7用于穿过注浆孔，定位螺帽8和固紧螺帽9均套设于环形钢筋7上，固紧螺帽9靠近环形钢筋7的端部设置。固定丝杆3具体包括：将环形钢筋7穿过注浆孔，然后将定位螺帽8与螺纹套通过螺纹方式连接，再将固紧螺帽9向定位螺帽8的方向旋转，直至定位螺帽8与固紧螺帽9紧密接触，即实现丝杠3的固定。
[0050]
在一些具体的实施例中，环形钢筋7的外壁为螺纹结构，环形钢筋7的直径小于螺纹套的直径，使得环形钢筋7能够穿过注浆孔，环形钢筋7的长度通过下式确定：
[0051]
l＝d+t-d'
[0052]
式中，l为环形钢筋的长度，d'为管片外径，t为管片厚度，d为隧道开挖直径。
[0053]
在一些具体的实施例中，定位螺帽8的内壁和外壁均为螺纹结构，其中，定位螺帽8的内壁直径与环形钢筋7的直径相等，定位螺帽8的外壁直径与螺纹套的内壁直径相等，定位螺帽8的外壁与螺纹套的内壁通过螺纹连接方式连接。
[0054]
在一些具体的实施例中，固紧螺帽9的内壁为螺纹结构，固紧螺帽9的内壁直径与环形钢筋7的外壁直径相等。
[0055]
对于上述的圆形结构盾构隧道，为使得环形钢筋能够穿过管片注浆孔，环形钢筋的外壁螺纹结构直径为30mm；管片外径d'为8.8m，管片厚度t为0.4m，隧道开挖直径d为9.2m，计算得到环形钢筋长度l为0.8m。定位螺帽的内壁直径与环形钢筋直径相等，均为30mm，外壁螺纹直径与螺纹套内壁螺纹直径相等，均为44mm。固紧螺帽内壁的螺纹结构直径
为30mm，固紧螺帽外径为50mm。将定位螺帽与螺纹套内壁通过螺纹进行连接，并将固紧螺帽向定位螺帽方向旋转，直至与定位螺帽紧密接触，从而将丝杆固定。
[0056]
s3、台车到达成型管片位置后，具体地，盾构机后配套设备通常放置在台车上，根据台车与刀盘距离由近及远编号，相应台车如2号台车到达成型管片位置后，从2号注浆孔5和3号注浆孔6中取出丝杆3，并通过2号注浆孔5和3号注浆孔6进行二次注浆。
[0057]
在一些具体的实施例中，从2号注浆孔5和3号注浆孔6中取出丝杆3，包括：将固紧螺帽9向远离管片1方向旋转，将定位螺帽8从螺纹套中旋出，然后将丝杆3从相应注浆孔中取出；二次注浆包括：将注浆头与注浆孔中的螺纹套连接，并向注浆孔内注射浆液。
[0058]
参照图3所示，注浆头包括卡位螺帽10和与外部注浆管连接的球阀11，球阀11可通过螺纹连接方式与外部注浆管连接，从而进行注浆作业。卡位螺帽10的外壁为螺纹结构，其直径与螺纹套的螺纹相吻合，卡位螺帽10的外壁与螺纹套通过螺纹连接，球阀11上还安装有用于对注浆压力进行控制的阀门。
[0059]
s4、取出1号注浆孔4中的丝杆，并通过1号注浆孔4观察二次注浆质量是否满足要求。
[0060]
这一步骤主要是对注浆效果进行检查，即丝杆3取出后，通过1号注浆孔4观察二次注浆质量。若通过1号注浆孔4能够观察到浆液，且浆液均匀、饱满，则二次注浆质量满足要求。若通过1号注浆孔4无法观察到浆液，管片壁后存在空洞，且出现漏气、漏水等现象，则二次注浆质量不满足要求。
[0061]
需要说明的是，取出1号注浆孔4的丝杆3的操作流程与步骤s3中从2号注浆孔5和3号注浆孔6中取出丝杆3的操作流程相同，在此不再赘述。
[0062]
s5、若二次注浆质量不满足要求，则将丝杆3插入1号注浆孔4，返回至并通过2号注浆孔5和3号注浆孔6进行二次注浆的步骤，即将丝杆3插入1号注浆孔4，并通过2号注浆孔5和3号注浆孔6继续进行注浆，并进行注浆效果检查，直至二次注浆质量满足要求；若二次注浆质量满足要求，则将1号注浆孔4、2号注浆孔5和3号注浆孔6分别进行封孔，并等待浆液完全凝固。
[0063]
本发明实施例中的适用于富水岩层防止管片上浮的施工方法，在管片预留注浆孔中埋设螺纹套，成型管片脱出盾尾后，将丝杆分别插入螺纹套中，通过丝杆与管片预埋件螺纹套形成配套设备，可对注浆效果进行判断且便于管片壁后二次注浆，简单易行，可靠性高，有效地解决了硬岩地层中地下水冲刷作用的难题，能够提高硬岩地层盾构隧道管片成型质量，具有较好的社会和经济效益。
[0064]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。