一种软土地层小净距盾构端头加固体系的制作方法

1.本实用新型涉及盾构隧道工程技术领域，尤其是一种软土地层小净距盾构端头加固体系。


背景技术：

2.随着城市的现代化的逐渐发展，越来越多的城市选择开发地下空间来解决城市的交通问题，在城市交通密集地区修建地下隧道工程就成为了必要的解决方案，伴随着隧道工程技术的进步和交通通行能力需求的提升，隧道断面越来越大，大盾构及超大盾构的应用范围越发广泛，尤其是高速铁路、城际铁路、市域铁路、高速轨道交通这类通常采用两条大直径盾构平行建设的工程，在城市城市建成区施工时，会直接面对工程建设需要大面积用地与城市局促的可利用空间的矛盾。例如地下轨道交通建设中，侧式车站端头井盾构始发或接收所需的线间距通常都大于车站站台位置的线路间距，因此需要延长车站的长度直至满足盾构安全始发或接收所需的最小净距要求。延长车站长度既增加了工程建设规模导致投资增长，也会使得工程施工用地面积增加导致城市交通压力增长。因此，为了满足城市建设需要，利用新的工程技术方案减少盾构始发或接收所需的最小安全净距就显得尤为重要。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种软土地层小净距盾构端头加固体系，通过在端头加固区内插入端头加固体增强盾构间的地层的抵抗结构变形刚度，在小线间距段局部延长端头加固范围，延长加固区内采用延长加固体隔离的方法，隔断盾构小净距平行施工产生的强相互影响区，防止在线间距过小情况下，两相邻隧道的影响区范围相互叠加，使得隧道强影响区范围进一步扩大，对周边建构筑物产生不良影响，最终保证盾构施工安全。
4.本实用新型目的实现由以下技术方案完成：
5.一种软土地层小净距盾构端头加固体系，用于盾构隧道结构与端头井之间的加固，所述盾构隧道结构包括两条盾构隧道，其特征在于：该加固体系包括端头加固区和延长加固区，其中所述端头加固区设置在所述端头井外侧一定范围内，所述端头加固区之中插入有端头加固体，所述端头加固体设置在两条所述盾构隧道之间的位置；所述延长加固区设置在所述端头加固区之外，所述延长加固区之中设置有延长加固体，所述延长加固体设置在两条所述盾构隧道之间的位置，所述延长加固体的部分作为过渡段进入所述端头加固区的范围之中。
6.所述端头加固体和所述延长加固体分别采用多排结构；各排所述端头加固体之间通过冠梁连接构成整体，各排所述延长加固体之间通过冠梁连接构成整体。
7.所述端头加固体和所述延长加固体之间通过连系梁连接构成整体。
8.所述端头加固体为h型钢，所述端头加固区为水泥土搅拌桩加固区，所述h型钢插
入所述水泥土搅拌桩加固区之中。
9.所述延长加固体为双排桩，所述双排桩之间为桩间加固土层。
10.所述加固体系还包括高压旋喷桩墙缝止水体，所述高压旋喷桩墙缝止水体设置在所述端头井与所述端头加固区之间。
11.一种涉及上述的软土地层小净距盾构端头加固体系的设计方法，其特征在于：所述设计方法包括以下步骤：
12.将并行的两条盾构隧道之间的加固土层等效为一个整体受力及整体受弯的构件；计算所述两条盾构隧道之间的加固土层的抗弯刚度；计算所述加固土体内插入端头加固体后，两条所述盾构隧道之间的加固土层的厚度；最终校核减小盾构净距后加固土层的厚度，该加固土层的厚度满足端头加固体施工的空间。
13.当端头井加固区外的两条所述盾构隧道之间的间距小于0.6d时，在两条所述盾构隧道之间设置延长加固区和延长加固体进行隔离，所述延长加固区和所述延长加固体的加固范围直至两条所述盾构隧道之间的间距大于等于0.6d的位置；其中d为所述盾构隧道的外径。
14.本实用新型的优点是：该软土地层小净距盾构端头加固方法可以减少平行施工的盾构隧道在端头井位置的结构净距。在保证工程安全性的前提下压缩线间距，减少施工期间占用城市建成区土地面积，缩短车站长度节约工程建设成本。且最大限度的减少并行盾构施工对周边地层的扰动，隔离相邻隧道的强影响区范围，解决了盾构影响区相互叠加后进一步增大影响范围的问题，对周围的建构筑物起到最大限度的保护；在端头加固区内外采用不同类型的盾构间隔离方式，因地制宜地选择工程措施，方便施工；加固体中采用h型钢作为隔离体，施工完成后可以回收利用，节约工程材料，并且型钢拔除后的空隙可以为注浆提供渗透路径，便于控制注浆措施产生作用范围。
附图说明
15.图1为本实用新型的平面图；
16.图2为本实用新型的纵剖面图；
17.图3为本实用新型中型钢加强段的横剖面图；
18.图4为本实用新型中双排桩隔离段的横剖面图。
具体实施方式
19.以下结合附图通过实施例对本实用新型特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
20.如图1-4所示，图中标记1-10分别表示为：盾构隧道1、端头井2、端头加固区3、高压旋喷桩墙缝止水体4、h型钢5、双排桩6、连系梁7、桩间加固体8、冠梁9、端头弱加固区10。
21.实施例：如图1-4所示，本实施例中的软土地层小净距盾构端头加固体系设置在两条盾构隧道1与其始发或接收的端头井2之间的位置，以对盾构隧道1之间以及盾构隧道1与端头井2之间进行加固。
22.结合图1和图3所示，本实施例中的加固体系包括设置在端头井2外侧施工端头加固区3，端头井2与端头加固区3之间的缝隙采用高压旋喷桩墙缝止水体4填充，以使两者相
隔离。该高压旋喷桩墙止水体4在端头加固区范围外局部包裹端头加固区3与端头井2，保证在盾构隧道1在始发或接收过程中不发生透水、涌砂和坍塌等危险。在端头加固区3的上方设置为端头弱加固区10。
23.端头加固区3范围内的盾构隧道1之间的加固体中插入作为端头加固体的h型钢5。h型钢5采用相同间隔阵列的多排结构，每排h型钢5均在端头加固区3的范围内，自端头井2向外延伸。各排h型钢5之间沿其纵向延伸方向设置冠梁9，以使各排h型钢5之间连接构成整体，提升作为端头加固体的h型钢5的整体刚度，从而协调不同位置的h型钢5的水平变形，进一步提升端头加固区3的加固效果。
24.在本实施例中，端头加固区3可采用水泥土搅拌桩加固区，将端头加固区3与h型钢5相组合形成smw工法桩，以有效控制地层变形从而进行加固。在端头加固区3使用smw工法桩，利用了既有的水泥土搅拌桩，而使用的h型钢5也可拔出，施工流程简单并且使用成本较低。
25.结合图1和图4所示，在端头加固区3外侧的盾构隧道1之间的土层中设置延长加固区，该延长加固区与端头加固区3相邻。在延长加固区内设置有作为延长加固体的双排桩6，双排桩6之间的土层为桩间加固体8。该桩间加固体8通过对双排桩6之间的土层进行加固形成，加固方式可采用注浆加固等；该桩间加固体8的范围呈长条形，其与两侧的盾构隧道1之间均留有一定间距，保证桩间加固体8不侵入盾构掘进范围，避免出现盾构左右两侧地层软硬不均匀的掘进工况。双排桩6之间沿其纵向延伸方向也通过设置冠梁9使两排桩体之间连接构成整体，从而提升作为延长加固体的双排桩6的整体刚度，从而协调不同位置的双排桩6的水平变形，进一步提升延长加固区的加固效果。
26.在本实施例中，双排桩6的桩体可采用钢筋混凝土灌注桩，通过在两条盾构隧道1之间采用双排桩6的支护形式作为延长加固区，利用钢筋混凝土灌注桩、冠梁9、连系梁7以及桩间加固体8进行加固处理，形成超静定空间门式结构支撑体系，可以大大增加侧向抗弯刚度，有效控制盾构隧道1出现水平变形。
27.结合图1和图2所示，在双排桩6与h型钢5顶部均设置连系梁7，该连系梁7将双排桩6与h型钢5连接构成整体结构，从而提升隔离措施的整体刚度。
28.在本实施例中，连系梁7采用栅格状结构，在保证其连接性的同时，有效降低连系梁7的荷载。
29.如图1所示，盾构隧道1之间使用h型钢5和双排桩6作为土层的隔离加固措施。双排桩6部分进入端头加固区3范围，该段作为刚度过渡段，利用连系梁7的连接下有效协调h型钢5和双排桩6的刚度，保证端头加固区3和延长加固区之间的衔接性，进一步提高加固体系的加固效果。
30.本实施例中的软土地层小净距盾构端头加固体系采用如下设计方法：
31.1）将并行的盾构隧道1之间的加固土层等效为一个整体受力的构件，盾构隧道1之间的加固土层承担盾构掘进施工和运营过程中的荷载，并可将传递荷载给相邻盾构隧道。并行的盾构隧道1之间土层的受力同时可以等效为一个整体受弯的构件，根据抗弯刚度等效的原理，可以得出在加固土层中插入h型钢5可以增加加固土体的整体刚度，可以实现在保证整体刚度不变的条件下，减少盾构间土层厚度。
32.2）盾构法并行隧道在工作井区段最小净距d0不宜小于0.6d，即d0≥0.6d。此时，盾
构间土层抗弯刚度e0i0可以由加固土体的弹性模量和宽度确定。
[0033][0034][0035]
盾构隧道纵向厚度取单位长度1m，b=1m，可得。
[0036][0037]
上述式中：d为盾构外径，d0为最小盾构隧道1之间的净距，i0为加固土体的惯性矩，b为所等效的抗弯构件宽度，h为所等效的抗弯构件高度，e0为加固土体的弹性模量。
[0038]
3）在加固区土体内插入h型钢5后可以增强盾构隧道1之间的加固土层的刚度，在满足下式要求的情况下，可以减少盾构间土层厚度。
[0039][0040][0041]
上述式中，为减小盾构隧道净距后的加固土体的惯性矩，es为h型钢5的弹性模量，is为h型钢5的钢惯性矩，d为减小盾构隧道净距后的加固土层的厚度。
[0042]
其中，h型钢5的钢惯性矩与其位置和数量有关，满足下式：
[0043][0044]
上述式中，is为h型钢的总惯性矩，n为插入h型钢5的数量，i
si
为第i根h型钢5的惯性矩；a
si
为第i根h型钢5的截面积，y
si
为第i根h型钢5与对称轴距离。
[0045]
最终加固体中插入型钢后盾构间加固体厚度可缩减到的值d为：
[0046][0047][0048][0049][0050]
4）最终校核减小盾构净距后土层厚度需要满足h型钢5的施工的空间h。
[0051][0052]
[0053]
上述式中，hs为型钢高度，t为型钢插入水泥土误差。
[0054]
上述设计方法利用加固区土层内插型钢整体抗弯刚度与最小安全净距条件下盾构间加固体抗弯刚度等效的原理，有效解决了端头井加固区插入型钢增强土体刚度后盾构最小线间距的计算问题，并为软土地层小净距盾构端头加固体系的建造提供了理论支持。
[0055]
5）在端头井加固区外并行盾构隧道间距不满足0.6d时，采用双排桩6进行盾构隧道1之间的隔离，并且双排桩间土层进行加固处理。在盾构施工完成后，小净距并行隧道施工完成后往往产生向相邻隧道水平方向的变形，可以逐步拔出靠近变形隧道一侧位置的h型钢，利用拔出过程中产生的空隙进行地层注浆。注浆过程中，注浆压力随着浆液压入土体中，分别会施加在邻近盾构管片和未拔除的型钢隔离体上，受到隔离体阻隔作用，浆液会定向加固隧道边的土层，并且随着浆液在土层中扩散，盾构隧道的水平变形会逐步减小。
[0056]
上述的设计方法应用于某一实际工程中，具有如下设计计算过程：
[0057]
采用盾构外径d=9.0m，e0=500mpa，插入三排hm588
×
300
×
12
×
20的h型钢5，型钢截面积为as=187.21cm2，型钢惯性矩为is=114350cm4，相邻排型钢中心间距为ys=0.8m，
[0058][0059][0060][0061][0062][0063][0064]
最终求得减小盾构净距后土层厚度d≥3m，且满足h型钢5的施工空间要求，相较于不加隔离措施所需的5.4m盾构结构净距，减小了2.4m，因此采用本实施例中的设计方法可减少44.4%的盾构最小安全结构净距。
[0065]
当端头加固区3外并行盾构隧道1之间的净距不满足5.4m时，采用双排桩6进行线间隔离，并且对双排桩6之间的土层进行加固处理形成桩间加固体8，当并行的盾构隧道1之间的净距大于5.4m时，即可取消隔离措施。在盾构施工完成后，小净距并行盾构隧道1施工完成后往往产生向相邻隧道水平方向的变形，此时可以逐步拔出靠近变形隧道一侧位置的h型钢5，中间排和较远一侧h型钢5暂时保留，利用型钢拔出过程中产生的空隙所形成的注浆孔进行地层注浆。注浆过程中，注浆压力随着浆液压入土体中，分别会施加在旁边盾构隧道和未拔除的型钢隔离体上，因此浆液会定向加固隧道边的土层，并且随着浆液在土层中扩散，盾构隧道的水平变形会逐步减小。
[0066]
本实施例在具体实施时：端头加固区3内插入的h型钢5露出地表部分需要预留有拔除条件，h型钢5插入深度要到达端头加固区3底部，在靠近地表位置，h型钢5和双排桩6顶部需要设置冠梁9。连系梁7与双排桩6顶部刚性连接，可以起到协调两排桩基变形和分配内
力的作用，尽量增强双排桩6和连系梁7的连接，能够调整双排桩6的变形和内力特征，减小结构位移，调整正负弯矩分布。
[0067]
除了本实施例中的h型钢5以外，插入于端头加固区3内的端头加固体也可采用例如工字钢、钢板桩等。
[0068]
虽然以上实施例已经参照附图对本实用新型目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本实用新型作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。