[发明专利]一种水平冻结与管棚联合加固地铁盾构进出洞端头及方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种地铁盾构始发或到达时穿越复杂环境（敏感建（构）筑物）的水平冻结与管棚联合加固地铁盾构进出洞端头及方法，具体地说是用水平冻结和管棚联合加固地铁盾构端头，确保盾构顺利始发或到达且对始发范围内建（构）筑物的影响最小化的一种方法。属于地铁盾构端头加固技术领域。

背景技术

地铁盾构法施工时，为了保证地铁盾构顺利始发或到达并保证影响范围内建（构）筑物的安全，通常需要对端头进行加固。其作用是阻止端头外地下水土流入及使加固体本身具有一定的强度和刚度。通常端头加固采用注浆法、深层搅拌桩、高压旋喷法、冻结法、降水法等方法，每种方法各具有优缺点，如表1。

表1常见地铁盾构端头土体加固方式对比

随着城市地铁网的逐步完善，地铁施工特别是在市中心遇到的复杂环境越来越多，经常遇到因场地限制无法使用各类化学加固方式，而采用冻结法加固由于其冻胀及融沉特性，不能满足复杂环境的保护要求的情况。

为了确保端头加固的有效性，从地铁工程施工技术和建（构）筑物保护方面入手，开发新的盾构端头加固方式，具有重要工程意义和社会效益。

发明内容

本发明提出的是一种水平冻结与管棚联合加固地铁盾构进出洞端头及方法，其目的旨在满足复杂环境的保护要求的情况，在洞内利用水平冻结孔冻结加固地层，使洞门破除后洞口范围内土体冻结，形成圆柱加板块、强度高、封闭性好的冻结帷幕。为控制冻结过程中冻土层产生的融沉与冻胀影响，在冻结孔上部预留一排卸压（注浆）孔，冻结期间根据卸压（注浆）孔内水土压力增长情况、测温孔的温度和建(构)筑物沉降监测情况，卸除建筑物底板下方水土压力；解冻期间在上部预留卸压（注浆）孔内进行注浆，防止建筑物下沉。同时，为控制地表隆沉及减小冻结土体在冻结与解冻期间对建（构）筑物的影响，在正上方布置一排管棚使加固区域位移、应力等变化量与上部建（构）筑物予以隔离保护。

本发明的技术解决方案：一种水平冻结与管棚联合加固地铁盾构进出洞端头，其结构是包括冻结帷幕、泄压注浆孔、冻结孔、测温孔及管棚钢花管和管棚钢管；，其中冻结孔和测温孔位于冻结帷幕内，泄压注浆孔和管棚钢花管和管棚钢管位于冻结帷幕的上方，泄压注浆孔位于外圈冻结孔上部1100mm处，管棚位于泄压注浆孔上部1000mm处。

一种水平冻结与管棚联合加固地铁盾构进出洞端头的方法，包括如下步骤：

1）冻结帷幕

冻结孔按水平角度布置，冻结孔数56个，孔位布置见图1。圆柱体冻结孔沿洞口φ8.0m圆形布置。外圈孔开孔间距为0.78m，冻结孔数33个，长度为5m-10m(据建筑物距离围护结构的距离确定)。板块冻结孔沿洞口φ5.4m、φ2.7m圆形布置。其中中圈孔开孔间距为1.123m，冻结孔数为15个；内圈孔开孔间距为1.171m，冻结孔数为7个；开洞口中心布设1个冻结孔，冻结孔长度3.5m-4m，冻结管采用Φ89、t=9mm的20#无缝钢管，冻结孔布置参数见表2。

表2 冻结孔布置参数表（单洞）

2）测温孔

冻结管外圈布设4个测温孔，孔深与外圈冻结管一致，板块冻结区范围内每层土内至少布设一个测温孔，且数量不少于2个，孔深与区域内冻结管长度一致。测温点间距1~1.5m，且冻土与围护结构界面两测各布设一个测温点，测温管采用Φ89、t=9mm的20#低碳无缝钢管。

3）卸压注浆孔

在外圈冻结孔上部1100mm处布设一排Φ89@700卸压（注浆）孔，孔位布置见图1。孔深8m，卸压孔数为11个。

4）管棚

为控制地表隆沉及减小土体在冻结与解冻期间对上部敏感建/构筑物的影响，在卸压注浆孔上方1000mm处，布置一排27根Φ89、t=9mm长管棚进行隔离保护，孔位布置见图1。管棚曲线半径11050mm，管棚环向间距300mm，管棚长25m；管棚仰角1°，水平方位角12.5°，可根据实际情况适当作调整，钢管与钢花管交错布置，钢花管壁设置注浆孔，孔径10～16mm，孔间距110~150mm，呈梅花形布置，尾部留不钻孔的止浆段1100mm，注入单液水泥浆，注浆压力0.5MPa，钢管注单液水泥浆。

5）施工

（1）布置冻结孔及测温孔、卸压孔及管棚，钻孔施工工序为：定位开孔及孔口管安装→孔口密封装置安装→钻孔→测量偏斜→封闭孔底→压力试验。

钻机安装前应将工作面封闭严密、牢固，清理干净，测出精确钻机位置后方可施工，各种钻孔施工开孔误差不得大于100mm。