本發(fā)明涉及一種盾構(gòu)隧道端頭加固結(jié)構(gòu)及加固方法，特別涉及一種巖石地層盾構(gòu)隧道端頭加固結(jié)構(gòu)及加固方法。

背景技術(shù)：

目前，在進(jìn)行盾構(gòu)法隧道掘進(jìn)施工過(guò)程中，需要對(duì)盾構(gòu)隧道端頭地層進(jìn)行加固。盾構(gòu)進(jìn)出洞加固措施得當(dāng)與否，直接影響到盾構(gòu)機(jī)能否安全始發(fā)與到達(dá)。因此，應(yīng)針對(duì)不同的地層條件與施工工況，選擇合理的加固方式。盾構(gòu)隧道端頭地層加固的主要目的如下：

(1)提高盾構(gòu)隧道端頭土體的強(qiáng)度，控制地面沉降，防止坍塌。

(2)控制水土流失。在含水量較高、滲透系數(shù)較大的砂性地層，盾構(gòu)機(jī)始發(fā)及到達(dá)時(shí)，容易造成水土流失，從而造成盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出洞施工風(fēng)險(xiǎn)。端頭地層加固可以將該部分土結(jié)合起來(lái)，減少水土流失量。

(3)提高土體的承載力。盾構(gòu)機(jī)吊裝、拆卸時(shí)，保證端頭位置土體強(qiáng)度，防止重型機(jī)械在軟弱土層上吊裝時(shí)發(fā)生失穩(wěn)。

對(duì)于軟土地區(qū)，盾構(gòu)隧道端頭采用最多的是水泥土深層攪拌樁+高壓旋噴樁(或注漿)的加固方式，當(dāng)受地面環(huán)境限制時(shí)，可采用凍結(jié)法進(jìn)行加固；在砂層中，主要采用地層加固+降水的加固方式；對(duì)于特殊地層，可采取素混凝土樁擋土+樁間旋噴止水等較為特殊的加固方式。當(dāng)盾構(gòu)隧道端頭為全斷面巖石地層時(shí)，如何選擇合適的加固方式是盾構(gòu)進(jìn)出洞施工需要解決的技術(shù)問(wèn)題。

根據(jù)巖石的不同成因類型，在盾構(gòu)隧道端頭常見的巖石地層類型主要有：沉積巖、細(xì)粒碎屑巖(如泥巖)、粗粒碎屑巖(如砂巖、礫巖等)、花崗巖、變質(zhì)巖等。其成因不同，強(qiáng)度、裂隙發(fā)育程度也各不相同。不同巖層類型，對(duì)盾構(gòu)進(jìn)出洞施工影響也不同，特別是巖層裂隙發(fā)育的程度，裂隙水的大小，對(duì)盾構(gòu)進(jìn)出洞施工安全性有較大的影響。

當(dāng)盾構(gòu)進(jìn)出洞遇全斷面巖石地層時(shí)，通常其強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于攪拌樁或旋噴樁0.8-1.2Mpa的加固強(qiáng)度，無(wú)需再進(jìn)行地基加固。但一般地下巖層多有裂隙發(fā)育，為封堵裂隙水，需采取特殊的加固方式。

中國(guó)專利CN 104533448 A公布了一種巖石地層中盾構(gòu)隧道端頭止水加固的施工方法，采用前進(jìn)式分層注漿的施工方案，在緊靠近圍護(hù)結(jié)構(gòu)位置布置一排分層注漿孔，通過(guò)控制注漿壓力來(lái)保證注漿封閉巖層裂隙的效果。但是該專利存在以下缺點(diǎn)：

1、注漿效果較差。該專利是采用前進(jìn)式注漿方法，注漿完畢后還需將注漿管拔出，這樣勢(shì)必留下垂直空洞，需要用小黏土泥球填充封孔。

2、該專利方法的施工工期較長(zhǎng)。

3、該專利在加固后洞門鑿除時(shí)，掌子面相對(duì)比較粗糙。掌子面的整體性和自立性都較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決巖石地層中盾構(gòu)隧道施工時(shí)端頭止水加固的問(wèn)題，而提供的一種巖石地層盾構(gòu)隧道端頭加固結(jié)構(gòu)及加固方法。

本發(fā)明提供的巖石地層盾構(gòu)隧道端頭加固結(jié)構(gòu)是在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的前端設(shè)置有一排注漿錨桿，通過(guò)注漿錨桿進(jìn)行注漿。

注漿錨桿的設(shè)置間距為0.5m，注漿錨桿的長(zhǎng)度為：從地面一直到盾構(gòu)隧道拱底下3m的部位。

注漿錨桿為竹筋錨桿，每根注漿錨桿均通過(guò)一連接件固連有三片或四片竹筋，注漿錨桿的內(nèi)腔中設(shè)有注漿管，通過(guò)注漿管進(jìn)行注漿，注漿管的直徑為108mm或127mm。

本發(fā)明提供的巖石地層盾構(gòu)隧道端頭的加固方法，其方法如下所述：

第一步、施工工藝流程的制定，具體工藝流程如下：

前期準(zhǔn)備→確定鉆孔位置→套管跟進(jìn)鉆孔→鉆孔至設(shè)計(jì)深度后下放竹筋注漿錨桿→退出套管→注漿并達(dá)到設(shè)計(jì)要求→轉(zhuǎn)移至下一孔施工→全段施工完畢→盾構(gòu)進(jìn)出洞；

第二步、具體施工過(guò)程如下：

一、鉆孔施工：

(1)鉆孔設(shè)備選型：

選用XP-30B工程鉆機(jī)兩臺(tái)，配特拉斯空壓機(jī)GR200－20空壓機(jī)一臺(tái)，采用沖擊鉆進(jìn)工藝，在鉆好孔內(nèi)采用下套管測(cè)斜，使用燈光測(cè)斜，必要時(shí)采用JDT-5型陀螺測(cè)斜儀測(cè)斜以保證鉆孔垂直精度；

(2)鉆孔技術(shù)要求：

鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)按深度及地層情況的需要，及時(shí)增減鉆鋌，要求作到均勻、勻速鉆進(jìn)，嚴(yán)禁忽快忽慢，壓力忽大忽小，合理掌握轉(zhuǎn)速、壓力及沖洗量，加尺或更換鉆頭時(shí)，鉆具下到距孔底0.3-0.5m處掃孔，不準(zhǔn)將鉆具停在一個(gè)深度長(zhǎng)期沖洗，停電時(shí)，應(yīng)將鉆具提至安全深度，停電超過(guò)兩小時(shí)，將鉆具全部提出，對(duì)所有鉆具詳細(xì)檢查，彎鉆桿和磨損過(guò)大的鉆桿禁止使用，終孔時(shí)復(fù)核鉆具全長(zhǎng)，并沖孔將巖粉排凈，再下管；

竹筋注漿錨桿進(jìn)行地面配組，丈量全長(zhǎng)，做好記錄，下放竹筋注漿錨桿時(shí)清除管內(nèi)異物，保持清潔；

偏斜：鉆孔平均偏斜率不得大于5‰，鉆孔終孔間距不大于設(shè)計(jì)值，否則應(yīng)予以補(bǔ)孔，鉆孔深度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，下管長(zhǎng)度不小于設(shè)計(jì)加固深度；

測(cè)斜：鉆孔施工過(guò)程中使用燈光經(jīng)緯儀進(jìn)行終孔和成孔測(cè)斜并及時(shí)繪制鉆孔偏斜平面圖；

鉆場(chǎng)基礎(chǔ)：為了保證鉆孔質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)簡(jiǎn)易泥漿溝槽；

(3)鉆孔施工流程的制定，鉆孔施工流程如下：

鉆孔準(zhǔn)備→鉆孔測(cè)量定位→鉆機(jī)安裝找正→正常鉆進(jìn)→復(fù)測(cè)、檢漏→單孔完成→鉆孔結(jié)束；

二、竹筋注漿錨桿的施工：

(1)材料選擇：竹筋條片選用楠竹、毛竹，注漿管路構(gòu)件選用PVC袖閥管；

(2)注漿參數(shù)的確定：

a、注漿材料為普通水泥單液漿結(jié)合普通水泥-水玻璃雙液漿，漿液配比為普通水泥單液漿：W:C＝(0.6-0.8):1；普通水泥-水玻璃雙液漿W:C＝1:1，C:S＝1:1；

b、注漿壓力2-3MPa；

(3)質(zhì)量保證措施：

a、開孔按照設(shè)計(jì)位置，偏差控制在±10cm；

b、采用套管跟進(jìn)，通過(guò)套管下入竹筋注漿錨桿，確保錨桿下到設(shè)計(jì)深度；

c、竹筋注漿錨桿安設(shè)完成退套管后，進(jìn)行孔口密封，并立即進(jìn)行注漿，防止因排砂、排水引起周圍土體位移加劇，確保竹筋錨桿的錨固力；

d、保證竹筋注漿錨桿安設(shè)滿足設(shè)計(jì)密度要求，不隨意減少設(shè)計(jì)數(shù)量；

e、注漿材料必須滿足質(zhì)量要求，不使用失效或過(guò)期材料；

f、配制漿液嚴(yán)格按照制漿要求按順序投料，不得隨意增減數(shù)量；為避免水泥漿中有雜物而引起堵管，在儲(chǔ)漿桶上安設(shè)濾篩對(duì)拌制的漿液進(jìn)行過(guò)濾；

g、注漿時(shí)，值班工程師應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整注漿參數(shù)和注漿工藝，嚴(yán)格控制結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，保證注漿質(zhì)量和效果；

(4)環(huán)境保護(hù)措施：

a、及時(shí)對(duì)掌子面滲水做好“引、排、堵”處理措施，減少由于滲水處理不當(dāng)造成更大的滲流破壞，從而形成大范圍的“潛蝕”或“流沙”現(xiàn)象；

b、控制施工注漿使用的漿液泄漏，并對(duì)進(jìn)入隧道排水系統(tǒng)中的注漿廢液做凈化達(dá)標(biāo)處理，避免漿液污染洞外居民的生活、生產(chǎn)用水；

c、在水泥攪拌過(guò)程中，水泥添加作業(yè)規(guī)范，攪拌設(shè)施保持密閉，防止添加、攪拌過(guò)程中大量水泥揚(yáng)塵外逸；

d、施工機(jī)械防止漏油，不將機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的油污水未經(jīng)處理就直接排放，或維修施工機(jī)械時(shí)油污水直接排放；

三、破除槽壁的施工：

通過(guò)探孔觀測(cè)，判斷加固止水效果，注漿后槽壁破除前，先在洞門上有規(guī)律的打數(shù)個(gè)探孔，以判斷洞門處巖體與槽壁的膠結(jié)密封情況，探孔深度進(jìn)入圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)10-15cm，當(dāng)所有探孔未發(fā)生漏水漏砂現(xiàn)象時(shí)再全部破壁。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提供的技術(shù)方案采用的是竹筋注漿錨桿，當(dāng)盾構(gòu)始發(fā)或到達(dá)時(shí)，無(wú)需拔除竹筋注漿錨桿，盾構(gòu)可直接切削推進(jìn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于保證巖石地層端頭加固能順利施工，滿足強(qiáng)度、防滲的要求，加固止水效果好，同時(shí)又能滿足經(jīng)濟(jì)性的要求。具體效果如下：

1、可挖除：地下工程中采用竹筋注漿錨桿預(yù)加固后的地段，開挖機(jī)械(盾構(gòu)機(jī)、單臂掘進(jìn)機(jī)、銑挖機(jī)等)可直接挖除通過(guò)，為實(shí)現(xiàn)隧道的機(jī)械化高效施工提供可靠保證。

2、桿體全段錨固，錨注結(jié)合。竹筋條片錨桿配合分段注漿管注漿，不但為桿體全段提供錨固力，同時(shí)加固了桿周巖體。

3、強(qiáng)度較高、重量輕，質(zhì)量好的竹筋條片錨桿的抗拉強(qiáng)度較高，重量較鋼質(zhì)錨桿輕很多。

4、安全性好：防靜電、耐低溫等優(yōu)點(diǎn)滿足地下工程安全生產(chǎn)的要求。

5、經(jīng)濟(jì)性：可大大降低施工成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述加固結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖2為本發(fā)明所述加固結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。

圖3為本發(fā)明所述注漿錨桿斷面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明加固方法中工藝流程圖。

1、注漿錨桿 2、盾構(gòu)隧道 3、連接件 4、竹筋 5、注漿管 6、圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1、圖2、圖3和圖4所示：

本發(fā)明提供的巖石地層盾構(gòu)隧道端頭加固結(jié)構(gòu)是在圍護(hù)結(jié)構(gòu)6的前端設(shè)置有一排注漿錨桿1，通過(guò)注漿錨桿1進(jìn)行注漿。

注漿錨桿1的設(shè)置間距為0.5m，注漿錨桿1的長(zhǎng)度為：從地面一直到盾構(gòu)隧道2拱底下3m的部位。

注漿錨桿1為竹筋錨桿，每根注漿錨桿1均通過(guò)一連接件3固連有四片竹筋4，注漿錨桿1的內(nèi)腔中設(shè)有注漿管5，通過(guò)注漿管5進(jìn)行注漿，注漿管5的直徑為108mm或127mm。

本發(fā)明提供的巖石地層盾構(gòu)隧道端頭的加固方法，其方法如下所述：

第一步、施工工藝流程的制定，具體工藝流程如下：

前期準(zhǔn)備→確定鉆孔位置→套管跟進(jìn)鉆孔→鉆孔至設(shè)計(jì)深度后下放竹筋注漿錨桿→退出套管→注漿并達(dá)到設(shè)計(jì)要求→轉(zhuǎn)移至下一孔施工→全段施工完畢→盾構(gòu)進(jìn)出洞；

第二步、具體施工過(guò)程如下：

一、鉆孔施工：

(1)鉆孔設(shè)備選型：

選用XP-30B工程鉆機(jī)兩臺(tái)，配特拉斯空壓機(jī)GR200－20空壓機(jī)一臺(tái)，采用沖擊鉆進(jìn)工藝，在鉆好孔內(nèi)采用下套管測(cè)斜，使用燈光測(cè)斜，必要時(shí)采用JDT-5型陀螺測(cè)斜儀測(cè)斜以保證鉆孔垂直精度；

(2)鉆孔技術(shù)要求：

鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)按深度及地層情況的需要，及時(shí)增減鉆鋌，要求作到均勻、勻速鉆進(jìn)，嚴(yán)禁忽快忽慢，壓力忽大忽小，合理掌握轉(zhuǎn)速、壓力及沖洗量，加尺或更換鉆頭時(shí)，鉆具下到距孔底0.3-0.5m處掃孔，不準(zhǔn)將鉆具停在一個(gè)深度長(zhǎng)期沖洗，停電時(shí)，應(yīng)將鉆具提至安全深度，停電超過(guò)兩小時(shí)，將鉆具全部提出，對(duì)所有鉆具詳細(xì)檢查，彎鉆桿和磨損過(guò)大的鉆桿禁止使用，終孔時(shí)復(fù)核鉆具全長(zhǎng)，并沖孔將巖粉排凈，再下管；

竹筋注漿錨桿進(jìn)行地面配組，丈量全長(zhǎng)，做好記錄，下放竹筋注漿錨桿時(shí)清除管內(nèi)異物，保持清潔；

偏斜：鉆孔平均偏斜率不得大于5‰，鉆孔終孔間距不大于設(shè)計(jì)值，否則應(yīng)予以補(bǔ)孔，鉆孔深度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，下管長(zhǎng)度不小于設(shè)計(jì)加固深度；

測(cè)斜：鉆孔施工過(guò)程中使用燈光經(jīng)緯儀進(jìn)行終孔和成孔測(cè)斜并及時(shí)繪制鉆孔偏斜平面圖；

鉆場(chǎng)基礎(chǔ)：為了保證鉆孔質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)簡(jiǎn)易泥漿溝槽；

(3)鉆孔施工流程的制定，鉆孔施工流程如下：

鉆孔準(zhǔn)備→鉆孔測(cè)量定位→鉆機(jī)安裝找正→正常鉆進(jìn)→復(fù)測(cè)、檢漏→單孔完成→鉆孔結(jié)束；

二、竹筋注漿錨桿的施工：

(1)材料選擇：竹筋4的條片選用楠竹、毛竹，注漿管5選用PVC袖閥管；

(2)注漿參數(shù)的確定：

a、注漿材料為普通水泥單液漿結(jié)合普通水泥-水玻璃雙液漿，漿液配比為普通水泥單液漿：W:C＝(0.6-0.8):1；普通水泥-水玻璃雙液漿W:C＝1:1，C:S＝1:1；

b、注漿壓力2-3MPa；

(3)質(zhì)量保證措施：

a、開孔按照設(shè)計(jì)位置，偏差控制在±10cm；

b、采用套管跟進(jìn)，通過(guò)套管下入竹筋注漿錨桿，確保錨桿下到設(shè)計(jì)深度；

c、竹筋注漿錨桿安設(shè)完成退套管后，進(jìn)行孔口密封，并立即進(jìn)行注漿，防止因排砂、排水引起周圍土體位移加劇，確保竹筋錨桿的錨固力；

d、保證竹筋注漿錨桿安設(shè)滿足設(shè)計(jì)密度要求，不隨意減少設(shè)計(jì)數(shù)量；

e、注漿材料必須滿足質(zhì)量要求，不使用失效或過(guò)期材料；

f、配制漿液嚴(yán)格按照制漿要求按順序投料，不得隨意增減數(shù)量；為避免水泥漿中有雜物而引起堵管，在儲(chǔ)漿桶上安設(shè)濾篩對(duì)拌制的漿液進(jìn)行過(guò)濾；

g、注漿時(shí)，值班工程師應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整注漿參數(shù)和注漿工藝，嚴(yán)格控制結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，保證注漿質(zhì)量和效果；

(4)環(huán)境保護(hù)措施：

a、及時(shí)對(duì)掌子面滲水做好“引、排、堵”處理措施，減少由于滲水處理不當(dāng)造成更大的滲流破壞，從而形成大范圍的“潛蝕”或“流沙”現(xiàn)象；

b、控制施工注漿使用的漿液泄漏，并對(duì)進(jìn)入隧道排水系統(tǒng)中的注漿廢液做凈化達(dá)標(biāo)處理，避免漿液污染洞外居民的生活、生產(chǎn)用水；

c、在水泥攪拌過(guò)程中，水泥添加作業(yè)規(guī)范，攪拌設(shè)施保持密閉，防止添加、攪拌過(guò)程中大量水泥揚(yáng)塵外逸；

d、施工機(jī)械防止漏油，不將機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的油污水未經(jīng)處理就直接排放，或維修施工機(jī)械時(shí)油污水直接排放；

三、破除槽壁的施工：

通過(guò)探孔觀測(cè)，判斷加固止水效果，注漿后槽壁破除前，先在洞門上有規(guī)律的打數(shù)個(gè)探孔，以判斷洞門處巖體與槽壁的膠結(jié)密封情況，探孔深度進(jìn)入圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)10-15cm，當(dāng)所有探孔未發(fā)生漏水漏砂現(xiàn)象時(shí)再全部破壁。