砂卵石地層盾構施工帽式地面超前加固結構及其方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于工程技術領域，涉及一種防止砂卵石地層盾構施工超挖的施工方法， 具體指砂卵石地層盾構施工的帽式地面超前加固結構及其方法。
【背景技術】
[0002] 目前國內地鐵建設蓬勃發展，其中大部分采用盾構法施工。在砂卵石或漂石地層 進行盾構法施工時經常發生掌子面受擾動散落、塌陷等引起超挖，從而產生空洞和地面塌 陷，這給上部道路、管線和建筑物等帶來嚴重影響；成都某地鐵線曾因地鐵施工超挖導致地 面塌坑造成交通阻斷、水管爆裂、建筑物傾斜開裂等事故。這主要是因為砂卵石是一種典型 的力學不穩定地層，顆粒之間的孔隙大、沒有粘聚力；砂卵石地層在無水狀態下，顆粒之間 點對點傳力，地層反應靈敏；刀盤旋轉切削時，地層很容易破壞原來的相對穩定或平衡狀態 而產生坍塌，引起較大的圍巖擾動，使開挖面和洞壁失去約束而產生不穩定。當卵石含量大 到一定程度，含有的漂石最大粒徑達到1000mm以上，土倉內澄土改良效果無法保證，土壓 平衡機理無法形成，掌子面塌陷等造成的超挖基本處于無法控制狀態，甚至有學者得出結 論此地層不適合土壓平衡盾構施工，建議明挖或者用敞開式盾構施工。
[0003] 考慮到明挖法需要施工大量維護粧，成本高，工期長，施工給道路交通帶來諸多不 便；敞開式盾構適應性差，砂卵石地層滲透性大，當地下水位較多時很容易涌入隧道，因此 施工潛在風險較高。土壓平衡盾構施工速度快，效率高，成本較低，但是砂卵石地層渣土改 良效果較軟土差很多，真正土壓平衡難以保證，當土倉內滿倉時掘進速度降低，而且容易發 生扭矩過高而卡到盤，因此為保證出渣順利經常進行欠壓掘進，掌子面上部卵石很容易發 生散落、塌陷等造成超出土；如若能發明一種輔助工法避免掌子面塌陷，控制出土量避免超 挖，配合土壓平衡盾構施工能夠有效解決砂卵石地層盾構隧道施工問題，從而推動地鐵建 設發展。
【發明內容】
[0004] 本發明根據現有技術的不足之處，提出了一種砂卵石地層盾構隧道施工帽式超前 加固結構及其方法。本發明要解決的問題是提供一種適用于砂卵石地層盾構隧道施工的帽 式超前加固結構，本發明還提供了上述帽式超前加固結構的加固方法。
[0005] 本發明通過以下技術方案實現：
[0006]砂卵石地層盾構施工帽式地面超前加固結構，其特征在于：
[0007] 所述加固結構位于砂卵石地層中設計盾構隧道正上方、由隧道盾構掘進前通過地 面注漿加固形成沿設計隧道縱向覆蓋的帽式加固區；
[0008]帽式加固區厚度1~3m、寬度〃cot(7r/8+ (p/4);其中，（p與傾角0的關系是
【主權項】
1. 一種砂卵石地層盾構施工帽式地面超前加固結構，其特征在于： 所述加固結構位于砂卵石地層中設計盾構隧道正上方、由隧道盾構掘進前通過地面注 漿加固形成沿設計隧道縱向覆蓋的帽式加固區； 帽式加固區厚度1~3m、寬度及=，c〇U>t/8 + (/)/4);其中，q>-與傾角0的關系是
R是盾構隧道半徑、單位m，0是傾角。
2. 根據權利要求1所述的砂卵石地層盾構施工帽式地面超前加固結構，其特征在于： 所述帽式加固區寬度大于設計隧道直徑，傾角9小于90度。
3. -種砂卵石地層盾構施工帽式地面超前加固工藝，其特征在于：所述加固工藝是從 地面采用袖閥管注漿方法進行深層注漿，注漿區域為權利要求1或2所述加固結構；袖閥管 注漿孔布置是：橫向沿設計隧道中心線兩側對稱布置兩個地面注漿孔，兩孔間隔為設計隧 道直徑；縱向兩列沿設計隧道縱向布置，縱向每列相鄰孔間隔距離為設計隧道半徑。
4. 根據權利要求3所述的砂卵石地層盾構施工帽式地面超前加固方法，其特征在于所 述袖閥管注漿方法進行深層注漿的具體步驟包括： 1) 成孔 根據盾構隧道掘進施工計劃安排，確定加固施工范圍，在盾構掘進前采用潛孔鉆從地 面進行鉆孔，選定盾構隧道設計軸線并根據隧道埋深確定鉆孔點位和鉆孔深度，鉆孔深度 為隧道拱頂上方0.5m; 2) 澆注套殼料 向鉆孔內澆注套殼料，插入袖閥管后套殼料深度為帽式加固區高度即隧道上方2~ 3m，套殼料利用鉆機鉆桿進行灌注； 3) 安裝袖閥管 在套殼料澆筑完成后，安裝注漿段花管和空段實管，地面預留高度0. 2~0. 3m，袖閥管 下底端有錐形堵頭； 4) 固管止漿 漿液配合比為水：水泥=1 :1，在袖閥管與孔壁之間的空隙中下入1/2"鋼管至套殼料 面，從1/2"鋼管中注入配置好的漿液直至孔口返出； 5) 注漿 采取分段式注漿，每段注漿長度為注漿步距，花管長度為注漿步距長度；注漿步距為 0. 6~lm ;注漿過程中，每段注漿完成后，向上或向下移動一個步距的心管長度； 衆液水灰比：水：水泥=1 :1 ; 注漿壓力：注漿壓力控制在1~2Mpa ; 終灌標準：單孔注漿結束標準，要求少量多次、反復灌漿；每段注漿壓力達到設計終壓 并繼續注漿lOmin以上，或雖未達到設計終壓，但注漿量已達到設計注漿量，即可結束本孔 注漿； 注漿量：設計注漿量V = IXfXkX (1+0)，其中，Vi加固體積，f為地層空隙率，k為 漿液填充率，0為漿液耗散系數；當實際注漿量低于設計注漿量時，停止注漿，待孔壓消散 后再繼續注漿，直至注漿量達到設計注漿量為止； 注漿速度：注漿速度為20~70L/min。
5.根據權利要求4所述的砂卵石地層盾構施工帽式地面超前加固方法，其特征在于： 所述套殼料重量配合比為水泥：粘土：水=1:1. 5:2 ;套殼料用量（m3) = 1.3X Jr X (檢 測孔半徑2 -袖閥管半徑2) X注漿段高度。
【專利摘要】本發明提出了一種砂卵石地層盾構隧道施工帽式超前加固結構及其方法。加固結構位于砂卵石地層中設計盾構隧道正上方、由隧道盾構掘進前通過地面注漿加固形成沿設計隧道縱向覆蓋的帽式加固區；加固方法是從地面采用袖閥管注漿方法進行深層注漿，袖閥管注漿孔布置是：橫向沿設計隧道中心線兩側對稱布置兩個地面注漿孔，兩孔間隔為設計隧道直徑，縱向兩列沿設計隧道縱向間隔布置，縱向每列相鄰孔間隔距離為設計隧道半徑。本發明通過在盾構機到達之前在隧道上方注漿加固形成一個帽式加固區，采用袖閥管注漿，注漿孔布置準確，注漿后能形成有效的加固區，經工程實踐證明是一種經濟，穩定、高效的隧道盾構加固施工結構和方法。
【IPC分類】E21D9-06, E02D3-12
【公開號】CN104806257
【申請號】CN201510204931
【發明人】王國義, 韓章良, 代永文, 周順華, 林富志, 楊志先, 郭偉, 張振, 辜建
【申請人】中國水利水電第七工程局有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月27日