浅覆土区域盾构掘进地层加固体系及其构建方法
【技术领域】
[0001]本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种浅覆土区域盾构掘进地层加固体系及其构建方法。
【背景技术】
[0002]对于目前国内各大城市的轨道交通工程而言，盾构法隧道所占的比例越来越大。对于盾构法隧道工程而言，隧道覆土厚度是影响工程质量与安全的重要因素之一，这是由盾构法隧道工程施工原理决定的。盾构法隧道最小覆土厚度主要是基于盾构掘进对周边环境的不利影响以及工程自身安全而提出的，既有工程经验与相关规范已明确提出，盾构法隧道最小覆土厚度一般不宜小于一倍洞径(约6m左右)。然而，受制于线路走向与隧道两端车站埋深的影响，以及隧道穿越江河或丘陵地带等地形起伏较大区域，局部地段的隧道覆土厚度往往小于一倍洞径，尤其在地铁车站两端盾构始发或接收区域，极端情况下，隧道最小覆土厚度只有3m左右。
[0003]目前，浅覆土地层条件下盾构法隧道施工时，一般采用地面临时压重或地层注浆加固等方法进行处理，此类地层处理方式简单易行、造价低廉，运用相对广泛，但是实施效果相对较差，容易引起隧道上方地层的松动与裂缝，在地层加固不到位的情况下，无法避免地层隆起的变形趋势，无法切实保障浅覆土地层条件下盾构法隧道掘进时地层的稳定性与隧道自身的安全。浅覆土地层条件下，常规的临时压重或地层注浆处理，无法保护运营中隧道不受地面临时荷载的不利影响，可能导致运营中隧道管片裂缝与渗漏水情况的出现，降低隧道的长期耐久性与稳定性，同时也无法保护地面构筑物与居民不受列车运营振动与噪音的不利影响，难以符合百年工程的设计要求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种浅覆土区域盾构掘进地层加固体系及其构建方法，有效阻断浅覆土条件下盾构掘进压力引起的地层隆沉变形，并能有效降低工程竣工后，地面临时超载对下方运营隧道的不利影响。
[0005]本发明所采用的技术方案是:
浅覆土区域盾构掘进地层加固体系，其特征在于:
双向的盾构隧道之间和两侧均纵向设置有成列布置的抗拔粧，两侧的抗拔粧顶部设置有呈矩形的圈梁，圈梁内设置有双向密肋板。
[0006]双向密肋板由混凝土面板和混凝土面板底面设置的双向密肋梁组成，双向密肋梁呈横纵交叉的格状分布；
混凝土面板与双向密肋梁整体立模，一次浇筑成型。
[0007]圈梁为现浇钢筋混凝土冠梁。
[0008]抗拔粧为扩底粧，由粧体和底部的扩大端两部分组成。
[0009]抗拔粧的粧顶伸入圈梁内，伸入深度不少于0.5倍的粧径。
[0010]圈梁内侧预留有钢筋接驳器，圈梁通过钢筋接驳器与双向密肋板连接成整体。
[0011]盾构隧道与其外侧的抗拔粧之间的净距不小于盾构隧道直径的0.5倍；
盾构隧道与其顶部的双向密肋板之间的净距不小于1.5m ;
抗拔粧的直径为1~1.5m，纵向相邻的抗拔粧之间的净距不小于抗拔粧直径，粧底扩大端与盾构隧道底之间距离不小于盾构隧道直径的0.5倍；
圈梁的宽度为1~1.5m，高度为0.8~lm。
[0012]浅覆土区域盾构掘进地层加固体系的构建方法，其特征在于:
由以下步骤实现:
步骤一:将区间隧道拱顶覆土厚度小于一倍隧道直径的区域确定为浅覆土区域，在现场确定抗拔粧、圈梁与双向密肋板的施做位置与范围；
步骤二:基坑开挖至设计深度后，进行场地平整，并对基坑采取临时保护措施；
步骤三:确定抗拔粧的坐标位置，并按设计要求旋挖成孔，施做抗拔粧；
步骤四:凿除抗拔粧粧顶部分浮浆，立模板、绑扎钢筋、浇注混凝土的圈梁，在圈梁内侧预留钢筋接驳器，确保抗拔粧粧顶伸入圈梁内不小于0.5倍粧径；
步骤五:开挖双向密肋梁沟槽，立模板，绑扎钢筋，浇注混凝土，混凝土面板与双向密肋梁整体浇注，一次成型，形成双向密肋板；
步骤六:通过圈梁内侧预留的钢筋接驳器，双向密肋板与圈梁连接成一个整体；
步骤七:对所有混凝土构件进行充分养护，达到混凝土构件设计强度条件后，进行基坑回填，并按要求对回填土进行压实处理。
[0013]本发明具有以下优点:
本发明提供了一种浅覆土区域盾构掘进地层加固体系，自上而下主要由三部分体系组成，各体系均采用成熟工法施工，涉及材料均为常规材料。本发明能有效抵抗盾构掘进时掘削面顶进压力的不利影响，主要通过以下原理实现:掘削面顶进压力一般大于静止土压力，掘削面前方土体呈现远离盾构方向的位移趋势，地表呈现隆起的变形趋势，相应的附加荷载将首先传递至密肋板，密肋板由于较大的刚度与回填土的压重效应，变形很小，密肋板受到的附加荷载将会通过圈梁传递至抗拔粧体系，利用抗拔粧摩阻力与扩大端的共同作用抵抗抗拔粧受到的附加荷载。本发明设置的盾构掘进地层加固体系，不但能有效阻断浅覆土条件下盾构掘进压力引起的地层隆沉变形，还能有效降低工程竣工后，地面临时超载对下方运营隧道的不利影响，可确保浅覆土区域盾构隧道的正常掘进，可实现降低隧道施工风险与运营风险的目的，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】
[0014]图1为加固措施各组体系的相对位置关系平面示意图。
[0015]图2为加固措施各组体系的相对位置关系剖面示意图。
[0016]图3为双向密肋板体系平面示意图。
[0017]图4为双向密肋板梁板节点构造图。
[0018]图中，1-原状土，2-回填土，3-双向密肋板，4-圈梁，5-抗拔粧，6-混凝土面板，7-双向密肋梁，8-盾构隧道。
【具体实施方式】
[0019]下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细的说明。
[0020]从理论上讲土压平衡盾构掘进时，掘削面顶进压力一般大于静止土压力，小于被动土压力，使前方地层呈现略微隆起的变形趋势，通过掘进速度(渣土进入量)与螺旋输送机旋转速度(渣土排出量)的匹配实现动态平衡，掘削面顶进压力的波动受盾构掘进速度、螺旋机旋转速度、土舱内渣土的塑流性与渗透性、以及施工人员技术水平等众多因素的影响，在现有施工技术水平条件下，掘削面顶进压力的波动在一定程度上是不可避免的，当浅覆土地段地层所能承受的盾构顶进压力波动值超过其承载能力后，地层就会出现相应的隆沉变形。
[0021]本发明浅覆土区域盾构施工按照“荷载传递”的基本思路进行设计与施工，第一组为密肋板系统；第二组为圈梁系统；第三组为抗拔粧系统。三组体系共同作用平衡盾构顶进压力，当隧道上覆土中无法有效平衡盾构顶进压力时，相应的附加荷载将首先传递至密肋板，密肋板受到的附加荷载将会通过圈梁传递至抗拔粧体系，利用抗拔粧摩阻力与扩大端的共同作用抵抗抗拔粧受到的附加荷载。同时，本发明还能将地面临时超载通过密肋板、圈梁与抗拔粧传递至地层深处，避免超载对道路下方既有隧道的不利影响。本发明可确保浅覆土区域盾构隧道的正常掘进，可实现降低隧道施工风险与运营风险的目的。
[0022]本发明所涉及的浅覆土区域盾构掘进地层加固体系，在双向的盾构隧道8之间和两侧均纵向设置有成列布置的抗拔粧5，共三列。两侧的抗拔粧5顶部设置有呈矩形的圈梁4，圈梁4内设置有双向密肋板3。圈梁4内侧预留有钢筋接驳器，圈梁4