一种大直径泥水平衡盾构洞内接收解体方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 105201518 A (43)申请公布日 2015.12.30

(21)申请号 201510660320.4(22)申请日 2015.10.13

(71)申请人铁道第三勘察设计院集团有限公司

地址300142 天津市河北区中山路10号(72)发明人唐伟 张继清 王世清 李得昌

王乐明 陈换利(74)专利代理机构天津市宗欣专利商标代理有

限公司 12103

代理人王宁宁(51)Int.Cl.

E21D 9/06(2006.01)E21D 9/08(2006.01)

权利要求书1页 说明书5页 附图4页

()发明名称

一种大直径泥水平衡盾构洞内接收解体方法(57)摘要

本发明公开了一种大直径泥水平衡盾构洞内接收解体方法，在富水砂卵石地层中，通过盾构接收端暗挖隧道扩大隧道净空断面、实施端头地层弱加固、凿除暗挖封端墙置换回填砂浆、实施管片背后堵水措施、设置管片拉紧装置、接收掘进、拆除泥水系统、凿除砂浆、切割刀盘刀具、废弃盾壳，实现了大直径盾构洞内接收解体。经工程实践验证，采用该方法可实现大直径泥水平衡盾构洞内接收解体，施工占地少，对周边环境影响小，安全可靠，可操作性强，可适用于盾构洞内接收解体。

C N 1 0 5 2 0 1 5 1 8 A CN 105201518 A

权 利 要 求 书

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1.一种大直径泥水平衡盾构洞内接收解体方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

首先，根据盾构设备具体情况及满足隧道功能需要，对暗挖隧道断面进行必要的加宽加高，在暗挖封堵墙内预埋盾构接收用钢环，浇筑端墙混凝土，以确保安全；

其次，施作简单的端头地层加固措施，在盾构接收前，分部分块凿除预埋钢环内的混凝土结构，随凿除混凝土随置换回填低标号砂浆，砂浆置换体体积应满足盾构接收施工安全及盾构机解体操作需要；

再次，盾构掘进参数掘进至接收位置，及时施作管片背后注浆、向盾壳外地层中压注高浓度聚氨酯，防止地下水的渗漏；同时，作好接收段的管片纵向拉紧装置；

最后，盾构机出洞接收，随凿除砂浆随切割刀盘；盾构后配套及泥水管路系统从始发井一侧吊运至地面，盾构机主轴承及切割刀盘从接收一侧的暗挖隧道运至洞外，盾壳废弃在地层中，在盾壳内浇筑环形衬砌与盾构管片结构连接。

2.根据权利要求1所述的大直径泥水平衡盾构洞内接收解体方法，其特征在于：在盾构接收前，对预埋钢环范围内的封端墙自下而上分部分块凿除，同时，采用低标号砂浆进行置换回填，整个预埋钢环范围内的封端墙均进行凿除置换，确保预埋钢环范围内的土体稳定，同时应对盾构接收掘进过程中的推力。

3.根据权利要求1所述的大直径泥水平衡盾构洞内接收解体方法，其特征在于：掘进过程中，盾构掘进至砂浆置换体内停机，待止水封堵措施实施完后，降低泥水压力至常压；盾构接收掘进停止后，随凿除砂浆置换体随切割刀盘，盾构主轴承及后配套吊运至地面，将盾构钢壳废弃在地层中，然后在钢壳内浇筑环形衬砌与管片结构连接。

4.根据权利要求2所述的大直径泥水平衡盾构洞内接收解体方法，其特征在于：暗挖隧道的封端墙采用复合式衬砌结构，在凿除封端墙洞门结构混凝土前，在预埋钢环外侧周圈打设注浆钢管，对预埋钢环周边地层进行注浆加固。

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说 明 书

一种大直径泥水平衡盾构洞内接收解体方法

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技术领域

本发明涉及一种城市复杂周边环境下大直径泥水平衡盾构洞内接收解体方法，应用于盾构机在洞内进行接收解体领域。

[0001]

背景技术

随着城市轨道交通、城际铁路的快速发展，盾构法逐渐成为修建地下隧道的主要

方法。根据常规的盾构施工工艺要求，需要设置接收竖井，在井内完成相应的接收解体工作；同时，在竖井附近需要占用大量的施工场地，以满足施工需要；常规的盾构接收方式具有占地面积大、对周边环境影响大、工程投资高等特点。在城市复杂周边环境下，受地面建（构）筑物、地下市政管线、地面交通导改等影响，设置盾构接收工作竖井比较困难，费用非常高。

[0003] 为解决城市复杂环境下设置盾构接收竖井困难、工程投资比较高的问题，有必要研究一种新型的城市复杂周边环境下洞内盾构接收解体方法，从而减少施工占地、减小对周边环境的影响，减少工程投资，确保盾构接收安全。

[0002]

发明内容

本发明为了解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种施工占地少、对周边环境影响小、工程投资小的大直径泥水平衡盾构洞内接收解体方法。[0005] 本发明为解决这一问题所采取的技术方案是：

一种大直径泥水平衡盾构洞内接收解体方法，是在与盾构隧道接收相连的暗挖隧道内进行盾构接收解体，重点是根据泥水盾构施工工艺，对暗挖隧道封端墙凿除，采用低标号砂浆置换回填，确保预埋钢环范围内的土体稳定及施工安全，并应对盾构接收掘进时的顶推力；关键是盾构机能顺利进入砂浆置换体内的预期位置；根本是确保废弃盾壳与盾构管片连接位置处的防水措施。该方法包括如下步骤：

首先，根据盾构设备具体情况及满足隧道功能需要，对暗挖隧道断面进行必要的加宽加高，在暗挖封堵墙内预埋盾构接收用钢环，浇筑端墙混凝土，以确保施工安全；

其次，在逆作施工封端墙过程中，简单施作盾构端头地层加固；在盾构接收前，分部分块凿除预埋钢环范围内的封端墙混凝土，随凿除混凝土随置换回填低标号砂浆，砂浆置换体的体积应满足盾构接收施工安全及盾构机解体操作需要；

再次，盾构掘进参数掘进至砂浆置换体内的预期位置，及时施作管片背后注浆、向盾壳外的地层中压注高浓度聚氨酯，防止地下水的渗漏；同时，作好接收段的管片拉紧装置；

最后，盾构机出洞接收，随凿除砂浆置换体随切割刀盘；盾构机后配套及泥水管路系统从始发井一侧吊运至地面，主轴承及切割的刀盘刀具从接收一侧的暗挖隧道运至洞外，盾构钢壳废弃在地层中，在盾壳内浇筑圆形衬砌与管片连接。

[0004] [0006]

其中，在盾构接收前，对预埋钢环范围内的封端墙自下而上分部分块凿除，同时，

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说 明 书

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采用低标号砂浆置换回填，整个预埋钢环范围内的封端墙均进行凿除置换，确保预埋钢环范围内的土体稳定，同时应对盾构接收掘进过程中的推力。[0007] 掘进过程中，盾构掘进至砂浆置换体内停机，待止水封堵措施实施完后，降低泥水压力至常压；盾构接收掘进停止后，随凿除砂浆随切割刀盘，盾构主轴承及后配套吊运至地面，将盾构钢壳废弃在地层中，然后在钢壳内浇筑环形衬砌与管片链接；暗挖隧道的封端墙采用复合式衬砌结构，在凿除封端墙洞门结构混凝土前，在预埋钢环周圈打设注浆钢管，对预埋钢环周边地层进行注浆加固。

[0008] 本发明具有的优点和积极效果是：

本发明的盾构接收解体无须设置常规竖井，充分利用暗挖隧道空间，减少施工占地及对周边环境的影响。通过对盾构接收端暗挖隧道结构断面进行适当扩大，凿除洞门混凝土结构、同步置换回填低标号砂浆，盾构机接收掘进至砂浆置换体的预期位置，实现泥水盾构机在暗挖隧道内洞内接收解体。经工程实践验证，采用该方法可实现泥水盾构机洞内安全接收解体，具有施工占地面积小、对周边环境影响小，投资小、安全可靠等优点，可适用于城市复杂周边环境下盾构机洞内接收解体。附图说明

图1是本发明的接收端暗挖隧道扩大段的纵断面示意图；图2是本发明的洞门分块分部凿除示意图；图3是本发明的洞内砂浆置换回填示意图；

图4是本发明的盾构接收洞口端墙周圈加固示意图；图5是本发明的支撑反力体系示意图；

图6是本发明的盾构接收段管片背后深孔注浆示意图；图7是本发明的出洞段盾构管片纵向拉紧装置示意图。[0010] 附图中主要部件符号说明：

1：盾构管片 2：盾壳3：盾构机主轴承 4：切割刀盘5：轨下结构 6：内轨顶面7：暗挖隧道衬砌 8：砂浆置换体9：型钢反力支撑体系 10：暗挖隧道封端墙11：模板 12：型钢13：植筋 14：洞门凿除顺序编号15：钢环 16：注浆钻孔17：注浆钢管 18：同步注浆体19：管片预留注浆孔 20：管片深孔注浆管21：深孔注浆体 22：管片纵向拉紧装置。

[0009]

具体实施方式

以下参照附图和具体实施例对本发明的大直径泥水平衡盾构洞内接收解体方法进行详细的说明。下面描述的具体实施例仅是本发明的最佳实施方式，而不能理解为对本

[0011]

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说 明 书

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发明的。

[0012] 本发明的大直径泥水平衡盾构洞内接收解体方法，是利用扩大后的暗挖隧道断面作为盾构机接收空间，对暗挖隧道封端墙预埋钢环15范围内的洞门墙自下而上凿除，同时采用低标号砂浆进行置换回填，以确保预埋钢环后的土体稳定，并能应对盾构接收掘进的顶推力。通过盾构掘进参数，完成盾构接收掘进，盾构机停在砂浆置换体8的预期位置后，拆除泥水管路，边凿除砂浆置换体8，边切割刀盘4，再拆除盾构机主轴承3，将拆除的盾构机各部分吊运至地面，盾壳2留在土层中。[0013] 该方法包括如下步骤：

首先，根据盾构设备具体情况及满足隧道功能需要，对暗挖隧道断面进行必要的加宽加高，在暗挖封堵墙内设置预埋钢环15，浇筑端墙混凝土，以确保安全；

其次，在逆作施工封端墙过程中，简单施作盾构端头地层加固；在盾构接收前，分部分块凿除预埋钢环15范围内的封端墙混凝土，随凿除混凝土随置换回填低标号砂浆，置换砂浆体8的体积应满足盾构接收施工安全及盾构机解体操作需要；

再次，盾构掘进参数掘进至接收位置，及时施作管片背后注浆、向盾壳外地层中压注高浓度聚氨酯，防止地下水的渗漏；同时，作好接收段的管片纵向拉紧装置22；

最后，盾构机出洞接收，随凿除砂浆置换体8随切割刀盘4；盾构后配套及泥水管路系统从始发井一侧吊运至地面，盾构机主轴承3及切割刀盘4从接收一侧的暗挖隧道运至洞外，盾壳2废弃在地层中，在盾壳内浇筑环形衬砌与盾构管片1连接。[0014] 其中，在盾构接收前，对预埋钢环15范围内的封端墙自下而上分部分块凿除，同时，采用低标号砂浆置换回填，整个预埋钢环15范围内的封端墙均进行凿除并置换，确保预埋钢环范围内的土体稳定，同时应对盾构接收掘进过程中的推力。[0015] 掘进过程中，盾构掘进至砂浆置换体8内停机，待止水封堵措施实施完后，降低泥水压力至常压；盾构接收掘进停止后，随凿除砂浆置换体8随切割刀盘4，盾构主轴承3及后配套吊运至地面，将盾壳2废弃在地层中，然后在钢壳2内浇筑环形衬砌与管片1链接；暗挖隧道封端墙10采用复合式衬砌，在凿除封端墙洞门结构混凝土前，在预埋钢环15周圈打设注浆钢管17，进行管内注浆，对预埋钢环周围地层进行加固。[0016] 具体步骤如下：

1、盾构接收前暗挖隧道预留结构（1）根据盾构机设备及具体结构尺寸，为满足盾构机拆解施工需要，对与盾构接收端相连的暗挖隧道断面进行适当扩大；考虑到暗挖隧道位于地下水位以下，暗挖隧道封端墙10采用复合式衬砌，以确保封端墙背后土体稳定及结构安全。[0017] （2）暗挖隧道封端墙10采用逆做法施工，为确保封端墙开挖过程中的施工安全，随施工封端墙随对盾构接收端头地层进行简单注浆加固，施工完暗挖隧道衬砌7后，随同施工轨下结构5。[0018] （3）暗挖隧道结构断面扩大，除考虑盾构接收施工需求外，尚应考虑满足隧道功能布设需要的空间。

图1是本发明接收端暗挖隧道结构断面示意图，反映了暗挖隧道扩大断面。

[0020] 2、凿除洞门置换砂浆

（1）凿除洞门置换砂浆

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说 明 书

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图2、图3是本发明洞门分块凿除和砂浆置换回填示意图。在盾构接收两个月前实施。凿除预埋钢环15以内的封端墙时，结合暗挖隧道扩大段空间及现行设备的可操作性，将封端墙进行分块、自下而上切割凿除，每凿除一块，对凿除后的掌子面采用砂浆置换。[0021] 浇筑回填砂浆置换体8时，在砂浆体与已施工轨下结构5分界面处、分层施作的砂浆置换体分界面处采用植筋13连接，增强砂浆体与轨下结构之间的摩擦力；提高砂浆置换体8的整体性。[0022] （2）洞门周边加固

在切割凿除封端墙混凝土前，在洞门预埋钢环外侧，沿预埋钢环外侧均匀打设直径10cm的注浆钻孔16，深1.5米，向孔内插入注浆钢管17。

[0023] 图4是本发明盾构接收端洞口周圈洞门端墙加固示意图。在凿除封端墙洞门钢筋混凝土前，沿预埋钢环周圈对称打设注浆钢管17，并向钢管内压注普通水泥浆，注浆钢管环向间距1m。[0024] 3、反力支撑体系

在暗挖隧道扩大段，结合已施工完的轨下结构5，设置相应的型钢反力支撑体系9。采用在盾构机前方回填砂浆、架设反力支撑体系的形式建立盾构接收掘进需要的反力支撑体系：未施工轨下结构5的空间全部填筑砂浆；已施工轨下结构部分，轨下结构5上面填筑砂浆，填筑体积根据盾构掘进的泥水压力、顶推力及砂浆体与轨下结构的摩擦力确定；轨下结构5下面部分，根据已施工完的框架结构，设置型钢反力支撑体系9，一端支撑在砂浆体上，一端支撑在暗挖扩大段的封端墙上；即沿线路方向架设型钢支撑，利用既有轨下柱作为减跨的竖向立柱。

[0025] 图5是本发明支撑反力体系示意图。[0026] 4、盾构接收施工

（1）盾构接收段掘进工艺在盾构接收段掘进时，正常设置泥水压力，掘进过程中尽量控制好泥水压力的波动，控制盾构机在推进、逆洗和旁路三状态切换时的切口水压偏差、泥浆比重、泥浆粘度和掘进速度。

[0027] 切割刀盘4掘进至暗挖隧道封端墙10的初支位置后停机，施作管片纵向拉紧装置22及管片背后深孔注浆；待上述工作完成后，盾构继续掘进，待刀盘4进入砂浆置换体8的预期位置后停机；完成堵漏措施后，泥水压力逐渐降至常压，启动排浆泵将刀盘前方切削下来的砂浆块循环干净，然后降低刀盘前方泥浆液位，盾构掘进完成。[0028] （2）管片背后注浆及止水措施

图6是本发明盾构接收段管片背后深孔加强注浆示意图，对盾构接收前的管片进行背后同步注浆、多次注浆及深孔加强注浆，同步注浆体及管片背后深孔注浆体如图中18、21所示。

[0029] 盾构掘进至停机位置，在泥浆系统降压、盾构机前方回填砂浆体凿除前，通过盾尾、中盾预留的管路向盾壳与地层之间的空隙中压注高浓度聚氨脂，防止地下水渗漏至隧道内。

[0030] （3）盾构出洞纵向拉紧措施

图7是本发明盾构出洞段最后30环管片的纵向拉紧装置示意图。盾构掘进至指定位

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说 明 书

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置后停机，先复紧靠近接收段的30环管片螺栓，再施作管片纵向拉紧装置22：环向均匀布设9条纵向拉紧联系条通长拉紧，对整体拉紧的30环管片两端各4环及中间4环再均匀安装4条拉紧联系条。联系条均采用16b槽钢，利用管片纵向螺栓进行固定，在管片螺栓上焊接钢板，并与联系条焊接连接。[0031] 5、盾构机解体拆机

待上述各项工作完成后，进行盾构机解体拆机。先拆除泥水管路系统，从盾构始发井一侧吊运至地面；同时凿除暗挖隧道内的砂浆置换体8，边凿除砂浆边拆卸刀具切割刀盘4，然后拆卸盾构机主轴承3，拆卸的刀盘刀具及盾构机主轴承从接收一侧的暗挖隧道内运至地面，盾壳2废弃在地层中，在盾壳内浇筑环形衬砌与盾构管片1连接。[0032] 本发明通过对盾构接收相邻暗挖段隧道适当扩大断面，并在暗挖扩大段内，实施相应的盾构接收配套的设施，实现了大直径泥水平衡盾构洞内接收解体。经工程实践验证，本发明所采用的盾构接收解体方法，施工占地少、对周边环境影响小、工程投资少、安全可靠，可适用于盾构洞内接收解体。

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说 明 书 附 图

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图1

图2

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说 明 书 附 图

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图3

图4

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说 明 书 附 图

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图5

图6

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说 明 书 附 图

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图7

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