一种盾构始发洞门的结构及盾构始发的施工方法与流程

本发明涉及一种建筑结构及施工方法，特别是涉及一种盾构始发洞门的结构及盾构始发的施工方法。

背景技术：

盾构法是在地表以下土层或松软岩层中暗挖隧道的一种施工方法。盾构始发技术在整个施工过程中起到至关重要的作用，始发施工作业是最容易产生事故的工序，直接关系到盾构隧道能否顺利贯通。

常规的盾构始发及到达技术是指在盾构掘进前对洞门端头采取处理，加固软弱地层、洞门凿除、盾构始发及接收基座的设计加工、定位安装、支撑系统、洞门环的安设、盾构机组装与拆卸等措施，从而保证盾构施工能按照隧道设计轴线进行掘进及到达的施工技术。

盾构始发前需要对洞门端头进行加固，保证始发井的稳定性。盾构设备安装完成后，需要对洞门进行凿除，此时，容易产生涌水涌砂现象，必须尽快让盾构机顶到开挖面进行施工，保证临空面的土压平衡，防止安全事故的发生。以上的施工方法均需要采取措施保证洞门内挖的水土压力处于平衡状态，容易产生以下缺点：安全性较低，盾构始发前对洞门进行凿出，若不能尽快将盾构机顶到开挖面上，容易产生涌水涌砂事故；工序复杂，盾构始发之前需凿出封门材料，清理维护桩内的钢筋等；施工成本加大，如果洞口封门材料强度低，则不能起到挡土止水的效果，相反，如果加固材料过硬，洞门钢筋清理不干净，则会导致盾构机切削困难，对刀盘消耗损失巨大。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种可以更好保障施工安全与经济效益的盾构始发洞门的结构以及盾构始发的施工方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种盾构始发洞门的结构，包括盾构井主体结构，所述盾构井主体结构为素混凝土墙制成，所述盾构井主体结构之间为盾构隧道，盾构隧道端部设置素混凝土墙制成的围护结构；所述围护结构的水平截面为拱形，自行将盾构井外的水土压力均匀分配至盾构井外的岩土地层中；所述围护结构内部均匀布设多个玻璃纤维筋围护桩。

所述玻璃纤维筋围护桩包括桩体，所述桩体内均匀布设多个玻璃纤维筋；用玻璃纤维筋替代传统钢筋，可直接用盾构机切割洞门槽壁来通过洞门，可减少凿除洞门时施工震动效应对开挖面的影响。在围护结构中直接设置玻璃纤维筋，容易导致结构不稳定，无法承受前方水土荷载，而用玻璃纤维筋围护桩则可保证施工掘进面的稳定性，符合施工安全准则。

所述桩体为混凝土制成。

优选的，所述玻璃纤维筋在桩体内沿桩体外侧圆周均匀布设；将玻璃纤维筋在外周均匀布设使桩受力均匀，施工方便，符合施工标准。

所述玻璃纤维筋围护桩内玻璃纤维筋的径间距范围为50mm-300mm。

所述玻璃纤维筋围护桩内玻璃纤维筋的布设根数为6-8根。

所述盾构井主体结构在与围护结构相接处设置为弧形结构，所述弧形结构与围护结构之间平滑过渡；盾构井主体结构与围护结构之间平滑过渡可以保证施工较为快捷。

一种盾构始发的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：制作拱形素混凝土墙作为围护结构，并在围护结构内安装玻璃纤维筋围护桩进行围护结构施工；

步骤2：在洞门圆周四周凿除所述围护结构的混凝土保护层，确认洞门围护结构内不存在钢筋；

步骤3：安装盾构机始发装置以及盾构机组装；确保盾构掘进方向与盾构隧道轴线相一致；

步骤4：盾构机掘进施工至盾构机完成掘进工作；

步骤5：拆解盾构始发装置。

所述步骤1中，制成所述围护结构的素混凝土墙采用C15水下混凝土制作而成。

所述步骤1中，所述玻璃纤维筋围护桩内部均匀布设多个玻璃纤维筋；所述玻璃纤维筋采用连续纤维增强材料。

所述玻璃纤维筋的制作方法为：将多股纤维扭动并通过树脂浸渍器浸渍树脂，然后进行矫直处理，再通过一个热金属模张拉，最后除去多余的树脂得到玻璃纤维筋。

本发明的工作原理是：将拱形素混凝土墙作为临时围护结构，辅以玻璃纤维筋围护桩替代传统钢筋。拱形素混凝土墙以拱的形式将水土压力分配到了周围地层，避免产生应力集中，有效加固了始发掘进面的地层稳定性，保证了施工的安全进行。玻璃纤维筋围护桩替代传统钢筋，可直接用盾构机切割洞门槽壁来通过洞门，可减少凿除洞门时施工震动效应对开挖面的影响，安全经济。

本发明的有益效果为：

本发明的盾构始发洞门的结构采用拱形素混凝土墙和玻璃纤维筋围护桩结合的方式。

(1)安全，拱形素混凝土墙可将来自井外的水土压力均匀分配到工作井外的岩土地层中，减少了常规封门上下受力不均的情况，充分发挥地层的自稳能力；配合玻璃纤维筋高强的抗拉强度，可以较好的承受前方水土压力，有效减小洞门及其周围地层变形；在封门存在的情况下盾构机直接推进切削素混凝土和玻璃纤维筋，免除了拆除封门产生的涌水涌砂的风险。

(2)快捷，素混凝土墙与玻璃纤维筋的围护结构施工简单，玻璃纤维筋桩结构可在场地外提前制备完成；盾构机安装完成后可直接进行洞门的切削，免除了普通拆除封门的工序，缩短了工期。

(3)经济，该方法有效承担井外水土压力，减少了洞门外的支护措施，降低了更多的施工支出；减少对于土层的加固范围，相对与普通洞门施工节约更多的资源；玻璃纤维筋制作成本相对较低，切削后的钢筋可重复利用，实现可持续发展。

附图说明

图1为本发明拱形素混凝土墙和玻璃纤维筋围护桩的布置平面图；

图2是本发明中拱形素混凝土墙和玻璃纤维筋围护桩的布置主视图；

图3是玻璃纤维筋围护桩结构配筋图。

图中，1-盾构机；2-玻璃纤维筋围护桩；3-围护结构；4-玻璃纤维筋；5-盾构井主体结构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，盾构始发洞门的结构，以拱形素混凝土墙为主，玻璃纤维筋为辅助的加固模式。主要包括盾构井主体结构5和围护结构3，盾构井主体结构5为素混凝土墙制成，盾构井主体结构5之间为盾构隧道，盾构隧道端部设置素混凝土墙制成的围护结构3；围护结构3的水平截面为拱形，自行将盾构井外的水土压力均匀分配至盾构井外的岩土地层中；围护结构3内部均匀布设多个玻璃纤维筋围护桩2。

盾构井主体结构1在与围护结构3相接处设置为弧形结构，弧形结构与围护结构3的拱形结构之间平滑过渡。

如图3所示，玻璃纤维筋围护桩2包括桩体，桩体内均匀布设多个玻璃纤维筋4；玻璃纤维筋4在桩体内沿桩体外侧圆周均匀布设，用玻璃纤维筋替代传统钢筋，可直接用盾构机切割洞门槽壁来通过洞门，可减少凿除洞门时施工震动效应对开挖面的影响。

玻璃纤维筋围护桩2外侧一周为外保护层，外保护层内设置箍筋，箍筋内侧为混凝土，在混凝土内布设玻璃纤维筋。

如图2所示，盾构始发洞门的结构施工方法包括以下步骤：

(1)制作拱形素混凝土墙作为围护结构3，并在围护结构3内安装玻璃纤维筋围护桩2进行围护结构施工；

(2)在洞门圆周四周凿除所述围护结构的混凝土保护层，确认洞门维护不存在钢筋；

(3)安装盾构机1始发装置以及盾构机组装；确保盾构掘进方向与隧道轴线相一致；

(4)盾构机1掘进施工至盾构机完成掘进工作；

(5)拆解盾构始发装置。

步骤(1)进行制作的拱形素混凝土墙采用C15水下混凝土制作而成。

步骤(1)进行制作的玻璃纤维筋4采用一种连续纤维增强材料，将多股纤维轻微扭动并通过树脂浸渍器浸渍树脂，然后进行矫直处理，再通过一个热金属模张拉，除去多余的树脂得到的。

盾构始发的洞门采用拱形素混凝土墙，基于拱受力特点，拱圈主要承受环形均布水土压力，受力合理，结构简化，施工方便。无铰拱结构整体刚度大，内力分布较为均匀，同时节约资源。

玻璃纤维筋4具有优良的切割性能。在性能上基本和钢筋相似，与混凝土有很好的粘结性和几乎相同的收缩系数，同时又具有很高的抗拉强度和较低的抗剪强度。较高的抗拉强度可以保证在替换围护结构内的钢筋后仍然满足基坑施工安全，起到围护加固作用；而较低的抗剪强度则可以使其易于被盾构机的刀具切割、磨削破碎，因此玻璃纤维筋非常适合作为盾构始发混凝土墙的搭配结构。

盾构刀盘转动过程中，借助盾构推力作用，刀具开始磨切削围护结构正面。起初由于结构完整，截面模量较大，在刀盘侧向作用下，主要依靠刀盘的滚刀碾磨及刮刀的切刮作用破碎围护结构。随着掘进切削的不断进行，洞门范围截面逐渐减小，抗弯、抗剪能力均不断减弱，出现开裂、剥离脱落。到一定程度后，部分围护桩此时整体被剪断，盾构刀盘切削混凝土墙的同时，失去对玻璃纤维的握裹作用，玻璃纤维断裂或磨成碎屑，洞门范围的玻璃纤维筋围护结构分崩离析。盾构机持续掘进，洞门范围结构完全破除，盾构机顺利进洞。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。