[发明专利]一种用于全断面岩层盾构隧道抑制管片上浮的结构及方法

说明书

本发明公开了一种用于全断面岩层盾构隧道抑制管片上浮的结构及方法，它包括盾构盾尾外壳、盾构管片、管片注浆孔、分区隔板、锚固板，分区隔板通过高强螺栓分别锚固在盾尾外壳上下左右的中轴线上。本发明通过设置分区隔板将管片与岩层之间的超挖间隙分为四个区域，该四个区域独立进行注浆，确保注浆过程中管片壁后上部区域浆液不会因重力作用而流动下沉至管片下部区域，同时实现了管片后环形超挖空间的各个区域同步注浆压力和注浆量的可调可控，即通过调整上下区域注浆压力差和注入率差来抑制管片的上浮，可以有效减小动态上浮力对管片上浮的影响，对于位于地下水位以下的区域可以通过增加同步注浆量从而降低因浆液逸散而造成的上浮影响。

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，特别是一种用于全断面岩层盾构隧道抑制管片上浮的结构及方法。

背景技术

在盾构施工过程中，为了保证盾构掘进和管片拼装的顺畅性，盾构的开挖直径与管片的外径有一定的差值，即管片与岩层之间存在间隙。为了提高管片早期的稳定并使管片与周围岩体一体化，增强隧道防水能力，一般会对管片与岩层之间的间隙进行同步注浆，而同步注浆之后会产生由因注浆浆液或泥浆、水等液体包裹管片而形成的静态浮力和因注浆压力产生的动态上浮力，当盾构管片受到的上浮力大于隧道上覆土体及管片自重的向下力之和时会导致管片上浮；盾构管片上浮最终会引起管片错台，管片边角破损，轨道中线偏离设计中线等问题，直接影响隧道结构的安全性和耐久性。分区隔板的存在使得壁后环形空间的填充可以分区域进行，壁后环形区域同步注浆压力控制范围为：0.15-0.32Mpa；浆液注浆率为120%-180%，对比改进前的盾构装置，注浆压力调节更为灵活，浆液注入率更低，从而实现节能降耗。对于下半部分在水位线以下的轨道线路作用更为显著，可以通过对水位线以下区域增加同步注浆量的方法来减小浆液逸散对同步注浆质量的影响。本发明在此技术背景下研发，克服了同步注浆的缺陷且操作简单，安全环保，具有极高的可操作性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，通过设置分区隔板将管片与岩层之间的超挖间隙分为四个区域，该四个区域独立进行注浆，确保注浆过程中管片壁后上部区域浆液不会因重力作用而流动下沉至管片下部区域，同时实现了管片后环形超挖空间的各个区域同步注浆压力和注浆量的可调可控，即通过调整上下区域注浆压力差和注入率差来抑制管片的上浮，可以有效减小动态上浮力对管片上浮的影响，对于位于地下水位以下的区域可以通过增加同步注浆量从而降低因浆液逸散而造成的上浮影响。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：包括盾尾外壳、铆固板、岩层、管片、分区隔板和盾尾密封刷，所述盾尾外壳的上下左右四个平行轴线方向上安装四个分区隔板，相邻所述分区隔板之间的圆心角为90°，且相邻分区隔板将管壁划分四个壁厚区域，所述壁厚区域上至少设有一个管片注浆孔，所述岩层与管片之间设有超挖间隙，所述分区隔板的一端设有凸出的锚固板，所述锚固板上设有螺栓孔和螺栓帽，所述盾尾密封刷的一端与锚固板固定连接，所述锚固板中部设有支撑杆，所述锚固板设置在盾尾外壳的上部。

四个所述分区隔板结构均相同且在盾构机进隧道进行掘进工作之前通过高强螺栓锚接在盾尾外壳的上下左右四个平行轴线方向上，所述锚固板的曲率与盾尾外壳的曲率一致且紧贴盾尾外壳。

所述分区隔板的长度为一环管片的长度，其长度方向与盾构机掘进方向保持一致，所述的分区隔板厚度为2cm，所述的分区隔板的宽度大于超挖间歇的距离，且为超出超挖间隙长度为5cm。

所述分区隔板内部还预留了对因分区隔板向前推进而造成矩形空隙进行补注浆的隔板注浆孔，所述隔板注浆孔直径大小与盾尾同步注浆孔直径大小一致，其有效直径为32mm。

所述管片后设有向空隙处注浆的注浆设备，所述注浆设备包括与盾尾注浆设备和与管片注浆孔相连的补注浆设备，所述盾尾注浆设备包括与隔板预留注浆孔相连的补注浆设备和盾构机自带的同步注浆设备并与隔板预留注浆孔相连的补注浆设备比同步注浆设备要晚一环开启。

所述分区隔板的制作材料为耐锈蚀性的金属材料。