基于后浇扩大头型式的地裂缝区域盾构隧道及其施工方法与流程

本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种基于后浇扩大头型式的地裂缝区域盾构隧道及其施工方法。

背景技术：

对于目前国内各大城市的轨道交通工程，由于地质构造与人类活动原因，地层中存在不同程度的断裂带或破碎区域，而且在长期过程中呈现一定的不稳定与持续变形特性，尤其是近年来各大城市地下水过渡开采引起的地质运动，这对限界条件极其有限的城市轨道交通工程而言，是一大控制性因素。基于地层活动特性与盾构法隧道技术特点，在隧道工程通过地裂缝区域时一般按矿山法隧道考虑，在考虑设计年限内地层最大变形量的前提下隧道净空相应做大，但由于地裂缝区域地质条件较差，矿山法隧道不利于工程风险控制与环境保护，不利于工程投资控制，更不利于工程质量控制，随着全国各地类似工程不断出现，常规矿山法隧道方案带来的弊端越来越明显。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于后浇扩大头型式的地裂缝区域盾构隧道及其施工方法，实现地裂缝区域盾构法隧道施工，最大程度降低施工风险、提高工程质量。

本发明所采用的技术方案为：

基于后浇扩大头型式的地裂缝区域盾构隧道，其特征在于：

包括由盾构隧道管片衬砌组成的隧道衬砌结构，隧道衬砌结构的管片环缝内侧环向浇筑内凸扩大头，管片环缝两侧内凸扩大头相接处形成环向特殊变形缝，特殊变形缝与管片环缝严格对齐。

内凸扩大头由钢筋与防水混凝土整体一次浇筑而成。

特殊变形缝两侧内凸扩大头上均设置预埋注浆用套管，预埋注浆用套管插入内凸扩大头并与隧道衬砌结构的管片预埋注浆孔位置对齐。

特殊变形缝内外侧均设置有u型止水带。

特殊变形缝的内外侧均设置有预埋钢板，u型止水带伸入特殊变形缝后，u型止水带两端通过螺栓固定到预埋钢板上。

特殊变形缝结构中部预留凹槽，凹槽处设置有环向的中空式止水条，中空式止水条为中空的环形结构。

内凸扩大头上的特殊变形缝中设置有环向的预留凹槽，中空式止水条位于该凹槽中。

隧道衬砌结构上设置有预留锚孔，在内凸扩大头钢筋绑扎时，将相应钢筋插入预留锚孔中，实现结构之间的有效连接。

基于后浇扩大头型式的地裂缝区域盾构隧道的施工方法，其特征在于：

步骤一：根据工筹安排与设计要求，在地层断裂主要影响区域内，采用盾构掘进施工，盾构掘进过程中及时拼装管片，形成盾构法隧道衬砌结构，管片浇筑期间，需要提前在管片环缝位置预留锚孔；

步骤二：待隧道贯通后，对隧道内部及时清理，并将内凸扩大头相应位置处管片环缝内的纵向螺栓取出；

步骤三：将内凸扩大头钢筋插入预留锚孔，并采用环氧砂浆灌满处理，然后在盾构隧道管片衬砌与内凸扩大头结构连接部位，将盾构隧道管片衬砌表面进行凿毛处理，然后在新旧混凝土界面浇涂环氧树脂粘结剂，达到内凸扩大头与盾构隧道管片衬砌有效连接的基本要求；

步骤四：施做特殊变形缝时在内凸扩大头内设置预埋注浆用套管，并在内凸扩大头内外侧各设置一道u型止水带，在内凸扩大头中间部位增设一道中空式止水条，沿盾构隧道管片衬砌全环布置；特殊变形缝宽度为100mm；

步骤五：根据内凸扩大头几何形状、中部预留凹槽要求，立模、钢筋绑扎、浇筑砼，插筋需要深入盾构隧道管片衬砌预留锚孔底部；

步骤六：待内凸扩大头浇筑完成后，及时施做道床、铺设轨道、安装接触网与其他设备，满足轨道交通列车运行要求。

在盾构隧道正常使用期间，地裂缝区域如发生明显的地质运动，导致特殊变形缝两侧结构出现错动，通过内凸扩大头上的预埋注浆用套管，对隧道拱顶区域由于结构错动形成的空洞进行注浆填充，确保衬砌背后密实与隧道结构稳定。

本发明具有以下优点：

本发明提供了一种新型的地裂缝区域盾构法隧道结构设计理念，丰富了地裂缝区域隧道衬砌结构处理方法。无论是地裂缝区域，还是一般地层区域，均采用盾构法施工，针对地裂缝区域可能存在的大变形情况，采用盾构法隧道内部后浇内凸式扩大头的方式予以处理，同时设置特殊变形缝，满足了结构承载与隧道防水要求。盾构法隧道管片衬砌、内凸扩大头、特殊变形缝防水材料、环氧树脂粘结剂、内凸扩大头上预埋的注浆用套管并压注水泥浆等涉及的钢材、水泥浆、防水混凝土以及新旧混凝土连接界面凿毛处理所用的机械设备等均为常规材料（设备），其相应尺寸为常规类型，便于加工制造；预埋注浆用套管的布置应与管片预留注浆孔位置严格对齐；内凸扩大头设防间距、数量，可根据地层断裂特性与百年预估变形量灵活确定。基于内凸扩大头处的特殊变形缝，以及特殊变形缝处由外而内设置的三道止水装置，可实现特殊变形缝两侧结构最大错动量情况下，满足隧道防水需求。同时在扩大头内预埋的注浆用套管，可实现下沉段扩大头外部充填注浆，确保衬砌结构与围岩有效接触，实现结构与围岩联合承载。盾构法隧道一次连续通过地裂缝区域，极大提升了工程质量与风险管控水平，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

图1地裂缝区域盾构法隧道纵断面布置图

图2特殊变形缝防水构造图

图中，1-盾构隧道管片衬砌，2-内凸扩大头，3-内凸扩大头断面，4-特殊变形缝，5-管片环缝，6-预埋注浆用套管，7-管片预埋注浆孔，8-预留锚孔，9-u型止水带，10-中空式止水条，11-预埋钢板，12-标准断面。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种基于后浇扩大头型式的地裂缝区域盾构隧道，包括由盾构隧道管片衬砌1组成的隧道衬砌结构，为装配式衬砌结构，每环管片由若干块管片拼装而成，管片环缝、纵缝均通过螺栓相连。盾构隧道管片环缝5两侧设置有后浇型式的内凸扩大头2，管片环缝5两侧内凸扩大头2相接处形成特殊变形缝4，特殊变形缝4与管片环缝5严格对齐。内凸扩大头2由钢筋与防水混凝土整体连续浇筑而成，高度需要满足盾构隧道管片衬砌1结构错动后的纵向受力要求，纵向有效厚度不小于盾构隧道管片衬砌1管片厚度，满足结构整体受力与纵向稳定性要求。

特殊变形缝4两侧内凸扩大头2设置有预埋注浆用套管6，为满足结构错动后盾构隧道管片衬砌1背后注浆需求，内凸扩大头2内的预埋注浆用套管6位置应与管片预留注浆孔7位置严格对齐。

特殊变形缝4处需要考虑特殊的防水材料与防水体系，满足特殊变形缝4两侧，盾构隧道管片衬砌1结构最大错动量情况下的结构防水要求。特殊变形缝4的内外侧均设置u型止水带9。特殊变形缝4内外侧均设置有预埋钢板11，u型止水带9端部通过螺栓固定到预埋钢板11上。特殊变形缝4中部设置凹槽，凹槽内设置环向中空式止水条10，中空式止水条10为中空的环形结构。

为实现内凸扩大头2与盾构隧道管片衬砌1的有效连接，考虑在盾构隧道管片衬砌1内相应位置预留锚孔8，给内凸扩大头2钢筋预留插入条件，并采用环氧砂浆灌满处理，同时在盾构隧道管片衬砌1与内凸扩大头2结构相接部位，将盾构隧道管片衬砌1表面凿毛处理，并用环氧树脂黏贴新旧混凝土结合面，确保内凸扩大头2与盾构隧道管片衬砌1连接界面有效连接（叠合构件）。在内凸扩大头2混凝土浇筑、钢筋绑扎期间，钢筋需要插入预留锚孔8底部。为满足地裂缝区域地层错动与变形要求，在内凸扩大头2浇筑前，相邻盾构管片环缝纵向螺栓需要取出，形成特殊变形缝4，确保外侧盾构隧道管片衬砌1与地层变形协调，同时尽量减少结构变形可能形成的结构附加应力与裂缝。

在考虑内内凸扩大头2高度与后期地层错动位移的基础上，盾构隧道管片衬砌1内部净空需要满足行车与设备限界要求，盾构隧道断面尺寸相应扩大。

上述基于后浇扩大头型式的地裂缝区域盾构隧道的施工方法，其特征在于：

步骤一：根据工筹安排与设计要求，在地层断裂主要影响区域内，采用盾构掘进施工，盾构掘进过程中及时拼装管片，形成盾构法隧道衬砌结构，管片浇筑期间，需要提前在管片环缝位置预留锚孔8；

步骤二：待隧道贯通后，对隧道内部及时清理，并将内凸扩大头2相应位置处管片环缝5内的纵向螺栓取出；

步骤三：将内凸扩大头2钢筋插入预留锚孔8，并采用环氧砂浆灌满处理，然后在盾构法隧道管片衬砌1与内凸扩大头2结构连接部位，将管片衬砌1表面进行凿毛处理，然后在新旧混凝土界面浇涂环氧树脂粘结剂，达到内凸扩大头2与盾构法隧道管片衬砌1有效连接的基本要求；

步骤四：施做特殊变形缝4时在内凸扩大头2内设置预埋注浆用套管6，并在内凸扩大头2内外侧各设置一道u型止水带9，并在内凸扩大头2中间部位增设一道中空式止水条10，沿盾构法隧道管片衬砌1全环布置；特殊变形缝4宽度为100mm；

步骤五：根据内凸扩大头2几何形状、中部预留凹槽要求，立模、钢筋绑扎（插筋需要深入管片衬砌1预留锚孔8底部）、浇筑砼；

步骤六：待内凸扩大头2浇筑完成后，及时施做道床、铺设轨道、安装接触网与其他设备，满足轨道交通列车运行要求；

步骤七：列车长期运营过程中，地裂缝区域出现地层错动，特殊变形缝4两侧衬砌结构出现相对位移后，及时通过预埋套管6注浆，确保管片衬砌与地层之前紧密结合，确保隧道结构稳定。

在盾构隧道正常使用期间，地裂缝处如发生较大的地质运动，导致特殊变形缝4两侧结构出现错动，通过内凸扩大头2上的预埋注浆用套管6，对隧道拱顶区域由于结构错动形成的空洞进行注浆填充，确保衬砌背后密实。

盾构隧道掘进与管片拼装都是常规工艺，所涉及的盾构机与其他辅助设施都是常规机械设备；后浇的内凸扩大头2所采用的钢筋、防水混凝土、钢模板、防水材料、预埋注浆用套管6等均为常规材料，受力钢筋采用三级抗震钢筋、防水混凝土一般采用p10或p12，钢模板采用q235钢；特殊变形缝4处设置的三道防水装置为内凸扩大头2内外侧各一道u型止水带9及中间部位一道中空式止水条10，所涉及的预埋钢板11与橡胶等均为常规材料。

盾构法隧道施做期间涉及的管片衬砌（c50防水钢筋砼）、接缝防水材料（三元乙丙epdm）、管片螺栓（m30）以及注浆材料（单液水泥浆）均为常规工艺与常规材料。

内凸扩大头2浇筑时的预埋注浆用套管6采用pvc管，预埋注浆用套管6位置与管片预留注浆孔7位置完全一致，内部压注水泥浆，预埋注浆用套管6与插入预留锚孔8的钢筋焊接牢固。

特殊变形缝4位置设置的三道闭合成环的止水措施完全能满足结构防水要求；同时内凸扩大头2内预埋的预埋注浆用套管6可满足结构错动发生后隧道下沉段结构外侧注浆需求，确保管片衬砌结构与围岩之间密贴，实现地层稳定与周边环境安全。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。