CN108756955B - 盾构隧道重力式止水封堵结构与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了盾构隧道重力式止水封堵结构与方法，结构包括：两道旋喷堵头墙，其间隔密封设置于完好管片内，两道旋喷堵头墙之间填充有混凝土或砂浆填充物；冻结体，其设置于所述管片内的填充物内以将管片内的填充物分为完全密封的两部分，还包括通过封堵结构进行封堵施工的方法。本发明的封堵结构以及施工方法解决了管片泥土清除范围不可控的缺点，也解决了封堵结构渗水的问题，在盾构隧道塌方事故处理中有较好的应用价值。

Description

盾构隧道重力式止水封堵结构与方法

技术领域

本发明涉及地铁施工技术领域。更具体地说，本发明涉及盾构隧道重力式止水封堵结构与方法。

背景技术

地铁是提升城市交通能力的重要方式，盾构法隧道因机械化程度高、施工速度快、安全、无噪音等优点，在城市地铁建设中得到了广泛应用，成为城市地铁建设的主要施工方法，但由于盾构法在我国应用时间不长，且盾构技术复杂、施工工序多，暴露出不少问题，各种事故频繁发生。尤其是盾构隧道塌方事故，一旦发生，将会造成较大的人员伤亡和经济损失。近年来，上海、杭州、南京、天津、广州等地均有盾构隧道施工塌方的相关报道。

由于盾构隧道埋深大，一旦发生塌方事故，工程修复难度较大，探寻完好管片与损坏管片分界线后，隧道封堵止水结构的可靠性是影响后期修复工程安全的重要因素，但目前尚无一套完整的盾构止水封堵结构和方法，容易引发二次事故。因此亟需设计一种盾构隧道重力式止水封堵结构与方法，确保隧道修复工作安全快速进行，该结构与施工方法具有较高的推广应用价值。

发明内容

本发明的一个目的是提供盾构隧道重力式止水封堵结构与方法，解决了管片泥土清除范围不可控的缺点，也解决了封堵结构渗水的问题，在盾构隧道塌方事故处理中有较好的应用价值。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了盾构隧道重力式止水封堵结构，包括：两道旋喷堵头墙，其间隔密封设置于完好管片内，两道旋喷堵头墙之间填充有混凝土或砂浆填充物；冻结体，其设置于所述管片内的填充物内以将管片内的填充物分为完全密封的两部分。

优选的是，所述冻结体由多根并排并列设置的冻结管通过冻结法施工形成，所述冻结管沿隧道轴线方向间距不大于1.2m，沿隧道横向排距不大于1.4m，冻结管直径为108mm～159mm。

优选的是，所述冻结体沿隧道方向厚度至少2m，高度方向超出管片拱顶和拱底外轮廓至少2m，水平方向超过管片两侧至少1m。

优选的是，还包括多个辅助结构，其包括浇筑管以及轴线重合的开洞孔和钢护筒，多个开洞孔沿隧道方向在所述管片拱顶间隔并贯穿管片设置，所述钢护筒直径大于所述开洞孔直径，所述开洞孔直径大于所述浇筑管直径，所述钢护筒下端嵌入所述管片内、上端平齐于地面，所述浇筑管竖直穿过所述开洞孔。

优选的是，所述开洞孔沿隧道方向均匀间隔设置且间距不大于8m，且隧道每个断面只设置一个开洞孔；所述钢护筒嵌入管片的高度不小于5cm且不大于管片保护层厚度。

优选的是，所述混凝土或砂浆填充物沿浇筑管在钢护筒内填充至管片顶部以上至少1m，形成砂浆或混凝土塞。

优选的是，所述钢护筒外壁上还一体成型有一圈环形注浆层，其上端与钢护筒上端平齐、下端高于钢护筒下端，所述注浆层环形一圈均匀间隔设置有多个注浆孔，其贯通所述注浆层的上下端，所述钢护筒下端与所述注浆层下端之间的钢护筒外壁上还设置有可沿钢护筒外壁上下滑动的环形阻挡板，其直径大于所述注浆层直径，所述阻挡板内设置有多个L型通道，其上端与多个注浆孔一一对应、侧端贯通至阻挡板外。

优选的是，所述钢护筒内壁沿其高度方向间隔设置有多个第一定位结构，其包括沿钢护筒内壁周向均匀间隔设置的多个第一挡板，其铰接于所述钢护筒内壁且所述第一挡板朝向钢护筒中心的一侧为弧形面，所述辅助结构还包括定位管，所述定位管的直径略大于浇筑管的直径，所述第一挡板的弧形面与所述定位管外壁过盈配合，所述定位管外壁沿其高度方向设置有多个第二定位结构，其包括沿定位管外壁周向均匀间隔设置的多个第二挡板，其铰接于所述定位管外壁上，所述第一定位结构与第二定位结构一一对应，所述第一挡板与第二挡板也一一对应，所述定位管外壁同列上下相邻的第二挡板之间均通过拉绳连接，所述拉绳的长度等于相邻第二挡板之间的间距，最上端的第二挡板上也连接有拉绳。

本发明还提供一种盾构隧道重力式止水封堵方法，包括如下步骤：

步骤一：完好管片内施工设置两道旋喷堵头墙；

步骤二：在两道旋喷堵头墙之间的管片拱顶上设置多个开洞孔；

步骤三：将开洞孔相互间隔错开分为两组，其中一组开洞孔射水，另一组开洞孔抽吸管片内的泥水混合物，抽吸清理完成后，再通过开洞孔向管片内浇筑混凝土或砂浆填充物；

步骤四：在填充物内布设冻结管并形成冻结体。

优选的是，所述步骤二设置开洞孔之前还进行了辅助结构的设置，具体包括：

1)在两道旋喷堵头墙之间的管片拱顶等距钻孔，钻孔不穿透管片，且钻孔过程中钢护筒跟进并嵌入到钻孔的管片中；

2)在钢护筒与管片接触圈***进行旋喷加固或注浆加固；

3)在钢护筒内下潜水式电动回旋钻机或其他开孔钻机，在管片顶部形成直径小于钢护筒的开洞孔；

4)在钢护筒内下放直径小于开洞孔的浇筑管，并通过浇筑管进行射水或抽吸管片泥水混合物，以及后续浇筑填充物。

本发明至少包括以下有益效果：

1、通过两端旋喷封堵墙，解决了管片泥土清除范围不可控的缺点，更能保证重力式封堵结构的尺寸。

2、在重力式封堵结构中间设置冻结体，解决了封堵结构渗水的问题，同时冻结体抗剪强度较高，增强了重力式封堵结构的安全系数。

3、浇筑混凝土或砂浆时，在管片顶部形成混凝土或砂浆塞，可以增强封堵结构在的密封性。

4、钢护筒进行注浆或旋喷加固，可以防止周边砂土从钢护筒与管片接缝涌入隧道内。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的结构平面图；

图2为本发明的结构纵断面图；

图3为本发明图1中A-A横断面图；

图4为本发明图1中B-B横断面图；

图5为本发明图1中C-C横断面图；

图6为本发明钢护筒的正视图；

图7为本发明钢护筒的俯视图。

附图标记说明：

1、管片，2、旋喷堵头墙，3、钢护筒，4、开洞孔，5、浇筑管，6、填充物，7、冻结体，8、冻结管，9、混凝土或砂浆塞，31、注浆层，32、阻挡板，33、注浆孔，34、L型通道，35、第一挡板，36、第二挡板，37、拉绳，38、定位管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1至5所示，本发明提供一种盾构隧道重力式止水封堵结构，包括：两道旋喷堵头墙2，其间隔密封设置于完好管片1内，两道旋喷堵头墙2之间填充有混凝土或砂浆填充物6；冻结体7，其设置于所述管片1内的填充物6内以将管片1内的填充物6分为完全密封的两部分。

在上述技术方案中，旋喷堵头墙2高度范围可以是管片1顶部至管片1底部，也可以超过管片1高度范围，解决了管片1内泥土清除范围不可控的缺点，更能保证重力式封堵结构的尺寸。冻结体7的设置解决了封堵结构渗水的问题，可保证滴水不渗，同时冻结体7抗剪强度较高，增强了重力式封堵结构的安全系数。

两道旋喷堵头墙2之间的间距不小于L，L为根据管片1破损位置和重力式封堵结构长度计算值。L的计算方法：水土压力侧向压力为F，封堵结构与管片间摩擦系数为a，管片内径为R，封堵结构容重为r，则L＝F/πR²ra。

在另一种技术方案中，所述冻结体7由多根并排并列设置的冻结管8通过冻结法施工形成，所述冻结管8沿隧道轴线方向间距不大于1.2m，沿隧道横向排距不大于1.4m，冻结管8直径108mm～159mm。冻结法施工，是指在含水土层内先钻孔打入钢管也就是本发明的冻结管，导人循环的液氮，使周边的地层冻结，形成坚硬的冻土壳；它不仅能保证地层稳定，还能起隔水作用。

在另一种技术方案中，所述冻结体7沿隧道方向厚度至少2m，高度方向超出管片1拱顶和拱底外轮廓至少2m，水平方向超过管片1两侧至少1m。

在另一种技术方案中，还包括多个辅助结构，其包括浇筑管5以及轴线重合的开洞孔4和钢护筒3，多个开洞孔4沿隧道方向在所述管片1拱顶间隔并贯穿管片1设置，所述钢护筒3直径大于所述开洞孔4直径，所述开洞孔4直径大于所述浇筑管5直径，所述钢护筒3下端嵌入所述管片1内、上端平齐于地面，所述浇筑管5竖直穿过所述开洞孔4。

在另一种技术方案中，所述开洞孔4沿隧道方向均匀间隔设置且间距不大于8m，且隧道每个断面只设置一个开洞孔4；所述钢护筒3嵌入管片1的高度不小于5cm且不大于管片1保护层厚度，不能穿透管片1。开洞孔4间距的设置是根据混凝土的流动性来设定的，混凝土流动的半径一般是4米左右，因此间距不能大于8米，否则无法将管片1内部填充完全，而同一断面的管片1直径一般施工中是6米多，因此同一断面设置一个开洞孔4即可满足混凝土的流动要求。

在另一种技术方案中，所述混凝土或砂浆填充物6沿浇筑管5填充至管片1顶部以上至少1m，形成混凝土或砂浆塞9，增强了管片1内部的密封性。

在另一种技术方案中，如图6至7所示，所述钢护筒3外壁上还一体成型有一圈环形注浆层31，其上端与钢护筒3上端平齐、下端高于钢护筒3下端，所述注浆层31环形一圈均匀间隔设置有多个注浆孔33，其贯通所述注浆层31的上下端，所述钢护筒3下端与所述注浆层31下端之间的钢护筒3外壁上还设置有可沿钢护筒3外壁上下滑动的环形阻挡板32，其直径大于所述注浆层31直径，所述阻挡板32内设置有多个L型通道34，其上端与多个注浆孔33一一对应、侧端贯通至阻挡板32外。

在上述技术方案中，钢护筒3下端在嵌入到管片1内时，后续要通过注浆进行加固，如果直接注浆加固，注浆效果不好，因此在钢护筒3外设置了注浆层31，钢护筒3跟进嵌入到管片1内后，通过注浆层31上设置的注浆孔33进行注浆，另外在钢护筒3下部的外壁还设置有环形阻挡板32，阻挡板32在钢护筒3跟进时可对泥土进行一定的阻挡作用，防止注浆孔33的阻塞，另外其设置为可上下移动，在钢护筒3位于管片1内时，可紧贴管片1外壁，防止泥土进入到管片1内，同时其内设置的L型通道34与注浆孔33一一对应，即使钢护筒33进入管片1后使得阻挡板32与注浆层31紧贴，也可使得浆液从L型通道34中对钢护筒3和管片1周围进行密封封堵。

在另一种技术方案中，所述钢护筒3内壁沿其高度方向间隔设置有多个第一定位结构，其包括沿钢护筒3内壁周向均匀间隔设置的多个第一挡板35，其铰接于所述钢护筒3内壁且所述第一挡板35朝向钢护筒3中心的一侧为弧形面，所述辅助结构还包括定位管38，所述定位管38的直径略大于浇筑管5的直径，所述第一挡板35的弧形面与所述定位管38外壁过盈配合，所述定位管38外壁沿其高度方向设置有多个第二定位结构，其包括沿定位管38外壁周向均匀间隔设置的多个第二挡板36，其铰接于所述定位管38外壁上，所述第一定位结构与第二定位结构一一对应，所述第一挡板35与第二挡板36也一一对应，所述定位管38外壁同列上下相邻的第二挡板36之间均通过拉绳37连接，所述拉绳37的长度等于相邻第二挡板36之间的间距，最上端的第二挡板36上也连接有拉绳37。

在上述技术方案中，浇筑管5位于钢护筒3内施工时，其位置不固定，很容易晃动，对施工造成一定影响，因此钢护筒3内设置了定位管38。施工时，第一挡板35铰接设置为只能向下转动，向上最多转动为水平方向，而第二挡板36设置为只能向上转动，向下也最多转动为水平方向，第一挡板35在自然状态下转动为竖直向下，不干涉钢护筒3内下放定位管38或其他设备装置，定位管38在下放时，通过拉绳37的作用将第二挡板36拉动为竖直向上的状态，不干涉定位管38的顺利下放，当定位管38下放到位后，比实际下放的高度更低一些，此时第二挡板36位于与其相对应的第一挡板35下方，松开拉绳37，第二挡板37自动为水平状态，向上拉动定位管38，使得第二挡板36将第一档板35驱动为水平状态，固定拉绳37，第一挡板35和第二挡板36两者的转动方向相反，从而两者之间的相对作用力，可将定位管38固定定位。另外多个第一挡板35的弧形面均与定位管38的外壁通过第二挡板36的顶力作用后紧密贴合，也就是拉绳37的固定以及第一挡板35与定位管38的过盈配合的共同作用将定位管38进行定位，而浇筑管5就通过定位管38内部下放进行后续的施工。

本发明还提供一种盾构隧道重力式止水封堵方法，包括如下步骤：

步骤一：完好管片1内施工设置两道旋喷堵头墙2；根据管片1破损位置和重力式封堵结构长度计算值L，从地面打穿管片1顶部施工两道旋喷堵头墙2，两道旋喷堵头墙2间距应大于等于L，靠近完好管片1一侧的旋喷堵头墙2处的管片1应为完好管片1；

步骤二：在两道旋喷堵头墙2之间的管片1拱顶上设置多个开洞孔4；

步骤三：将开洞孔4相互间隔错开分为两组，也就是相邻的两个开洞孔4作用不同，其中一组开洞孔4射水，另一组开洞孔4抽吸管片1内的泥水混合物，抽吸清理完成后，再通过开洞孔4向管片1内浇筑混凝土或砂浆填充物6，浇筑管5始终保持低于混凝土或砂浆填充物6面0.5米，一边浇筑一边向上提拉浇筑管5；

步骤四：在填充物6内布设冻结管8并形成冻结体7。

在另一种技术方案中，所述步骤二设置开洞孔4之前还进行了辅助结构的设置，具体包括：

1)在两道旋喷堵头墙2之间的管片1拱顶等距钻孔，钻孔不穿透管片1，且钻孔过程中钢护筒3跟进并嵌入到钻孔的管片1中；

2)在钢护筒3与管片1接触圈***进行旋喷加固或注浆加固，防止周围水土进入管片1；

3)在钢护筒3内下潜水式电动回旋钻机或其他开孔钻机，在管片1顶部形成直径小于钢护筒3的开洞孔4；

4)在钢护筒3内下放直径小于开洞孔4的浇筑管5，并通过浇筑管5进行射水或抽吸管片1泥水混合物，以及后续浇筑填充物6，浇筑填充物6直至在钢护筒3内灌入大于1m的混凝土或砂浆。

一种实施例：

工序步骤1：按照设计图布置旋喷加固布设旋挖钻孔点,进行钻孔直至钻穿管片；向钻孔往管片填砂后进行旋喷桩施工。破损管片侧的旋喷加固范围为管片底部至管片顶部，完好管片侧的旋喷加固范围为管片底部至管片顶部以上2.0m。

工序步骤2：在两道旋喷堵头墙之间，按规定位置等间距钻设三个φ800mm左右的大直径孔，钻孔位于管片拱顶处，钻孔过程中φ750mm左右钢护筒跟进，钻孔直至管片顶部。在钢护筒内下潜水式电动回旋钻机，在混凝土管片破除

的开洞孔。然后下放混凝土浇筑管，浇筑管直径为300mm，在两侧浇注管冲水，在中间浇注管抽吸管片内的泥水混合物，清孔与清管道直到泥浆指标达到灌注混凝土的要求。

工序步骤3：同时在三个浇筑管内浇筑混凝土，直至管片上方1m，方可停止混凝土浇筑。

工序步骤4：在破损管片侧混凝土浇筑断面处，从地面打穿管片顶部和底部，进行人工冻结法施作。待冻结体达到强度后清理完好管片侧泥砂，拆解台车。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.盾构隧道重力式止水封堵结构，其特征在于，包括：

两道旋喷堵头墙，其间隔密封设置于完好管片内，两道旋喷堵头墙之间填充有混凝土或砂浆填充物；

冻结体，其设置于所述管片内的填充物内以将管片内的填充物分为完全密封的两部分，所述冻结体由多根并排并列设置的冻结管通过冻结法施工形成，所述冻结管沿隧道轴线方向间距不大于1.2m ，沿隧道横向排距不大于1.4m，冻结管直径为108mm~159mm；

还包括多个辅助结构，其包括浇筑管以及轴线重合的开洞孔和钢护筒，多个开洞孔沿隧道方向在所述管片拱顶间隔并贯穿管片设置，所述钢护筒直径大于所述开洞孔直径，所述开洞孔直径大于所述浇筑管直径，所述钢护筒下端嵌入所述管片内、上端平齐于地面，所述浇筑管竖直穿过所述开洞孔；

所述钢护筒外壁上还一体成型有一圈环形注浆层，其上端与钢护筒上端平齐、下端高于钢护筒下端，所述注浆层环形一圈均匀间隔设置有多个注浆孔，其贯通所述注浆层的上下端，所述钢护筒下端与所述注浆层下端之间的钢护筒外壁上还设置有可沿钢护筒外壁上下滑动的环形阻挡板，其直径大于所述注浆层直径，所述阻挡板内设置有多个L型通道，其上端与多个注浆孔一一对应、侧端贯通至阻挡板外。

2.如权利要求1所述的盾构隧道重力式止水封堵结构，其特征在于，所述冻结体沿隧道方向厚度至少2m，高度方向超出管片拱顶和拱底外轮廓至少2m，水平方向超过管片两侧至少1m。

3.如权利要求1所述的盾构隧道重力式止水封堵结构，其特征在于，所述开洞孔沿隧道方向均匀间隔设置且间距不大于8m，且隧道每个断面只设置一个开洞孔；所述钢护筒嵌入管片的高度不小于5cm且不大于管片保护层厚度。

4.如权利要求1所述的盾构隧道重力式止水封堵结构，其特征在于，所述混凝土或砂浆填充物沿浇筑管在钢护筒内填充至管片顶部以上至少1m，形成砂浆或混凝土塞。

5.如权利要求1所述的盾构隧道重力式止水封堵结构，其特征在于，所述钢护筒内壁沿其高度方向间隔设置有多个第一定位结构，其包括沿钢护筒内壁周向均匀间隔设置的多个第一挡板，其铰接于所述钢护筒内壁且所述第一挡板朝向钢护筒中心的一侧为弧形面，所述辅助结构还包括定位管，所述定位管的直径略大于浇筑管的直径，所述第一挡板的弧形面与所述定位管外壁过盈配合，所述定位管外壁沿其高度方向设置有多个第二定位结构，其包括沿定位管外壁周向均匀间隔设置的多个第二挡板，其铰接于所述定位管外壁上，所述第一定位结构与第二定位结构一一对应，所述第一挡板与第二挡板也一一对应，所述定位管外壁同列上下相邻的第二挡板之间均通过拉绳连接，所述拉绳的长度等于相邻第二挡板之间的间距，最上端的第二挡板上也连接有拉绳。

6.使用权利要求1所述的盾构隧道重力式止水封堵结构的封堵方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：完好管片内施工设置两道旋喷堵头墙；

步骤二：在两道旋喷堵头墙之间的管片拱顶上设置多个开洞孔；

步骤三：将开洞孔相互间隔错开分为两组，其中一组开洞孔射水，另一组开洞孔抽吸管片内的泥水混合物，抽吸清理完成后，再通过开洞孔向管片内浇筑混凝土或砂浆填充物；

步骤四：在填充物内布设冻结管并形成冻结体。

7.如权利要求6所述的封堵方法，其特征在于，所述步骤二设置开洞孔之前还进行了辅助结构的设置，具体包括：

1）在两道旋喷堵头墙之间的管片拱顶等距钻孔，钻孔不穿透管片，且钻孔过程中钢护筒跟进并嵌入到钻孔的管片中；

2）在钢护筒与管片接触圈***进行旋喷加固或注浆加固；

3）在钢护筒内下潜水式电动回旋钻机或其他开孔钻机，在管片顶部形成直径小于钢护筒的开洞孔；

4）在钢护筒内下放直径小于开洞孔的浇筑管，并通过浇筑管进行射水或抽吸管片泥水混合物，以及后续浇筑填充物。

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