[发明专利]一种水下盾构隧道抗浮抗渗装置及方法

说明书

本发明公开了一种水下盾构隧道抗浮抗渗装置及方法，包括空心锚杆，设于空心锚杆顶部可伸缩张开的伞式扩大头，设于空心锚杆尾部的紧固部件。通过设于管片上的安装孔，空心锚杆顶部进入预先钻好的孔洞，注入高压液体，形成一个较大的伞形空腔，再进行混泥土注浆，伞式扩大头凝固后形成一个较大的伞形锚固部。伞形锚固部增大了与土层的连接力，通过紧固空心锚杆尾部的紧固部件，使伞形锚固部与管片连为一体，用于抵抗水下盾构隧道受到上浮力。进一步地，通过设置多个水下盾构隧道抗浮抗渗装置，通过空心锚杆的杆体向土体内注浆，浆液在注浆压力作用下向周围土体渗透，与临近的伞形锚固部相连，有利于形成一个防水层，达到防水防渗的目的。

技术领域

本发明涉及盾构隧道施工技术领域，更具体地，涉及一种水下盾构隧道抗浮抗渗装置及方法。

背景技术

随着我国线路标准的提升，以及铁路、公路修建规模的不断扩大，国内的水下盾构隧道工程量与日俱增。在水下盾构隧道快速发展的同时，既有水下盾构隧道已暴露出了由于隧道上浮引发的衬砌结构病害与安全问题。

水下盾构隧道穿江越海，不可避免地受到地下水影响引起管片上浮变形，工程上一般采用压重法居多，但一般应用于隧道两端的浅覆土段的抗浮设计，对于跨江(河、海)段多采用抗浮抗渗的注浆材料来改善地下水渗流影响，但对于水下盾构隧道所处的深厚软土地层与复杂渗流环境，一般还会增设抗浮结构来共同承担地下水、同步浆液等的上浮作用。

例如中国发明专利CN201811157581.4中提供的一种拉杆(扩大头锚杆与土钉)-钢垫板组合结构，将拉杆穿过管片预留孔埋入土体，增强管片结构与地层的连接力，在保证纵向管片整体稳定性的基础上提高隧道结构的抗浮能力。但该专利中通过锚杆与土钉来提高软土层的连接力，其作用是有限的，并且也无法降低水的渗流影响；现有的中国实用新型专利CN201710455452.2提供了一种基于预应力锚索的抗浮结构，虽然可以增强土层与隧道之间的连接力，但是预应力锚索造价高，在隧道内施工难度大，同时也不能降低地下水的渗流影响。因此，目前亟需一种既能增强土层与隧道之间连接力、又能降低地下水渗流影响的水下盾构隧道抗浮抗渗结构。

发明内容

针对现有技术中的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种既能增强土层与隧道之间连接力、又能降低地下水渗流影响的盾构隧道抗浮抗渗结构。

本发明提供一种水下盾构隧道抗浮抗渗装置及方法，包括用于向土体内注浆的空心锚杆，所述空心锚杆内设有拉杆；设于所述空心锚杆一端的紧固部件，所述紧固部件包括用于将所述空心锚杆固定于管片的第一紧固部、及用于固定拉杆的第二紧固部；以及设于所述空心锚杆另一端的可伸缩张开的伞式扩大头，所述伞式扩大头包括与所述拉杆一端连接的圆形伞帽、可沿所述空心锚杆径向运动的多个连接杆组，所述圆形伞帽、连接杆组和空心锚杆之间通过铰接部件活动连接；所述拉杆带动所述伞式扩大头沿空心锚杆径向运动在土层中形成伞形空腔，继而进行混泥土注浆形成伞形锚固部，使伞形锚固部与管片连为一体，从而抵抗水下盾构隧道受到的上浮力。

进一步地，所述连接杆组包括第一连接杆和第二连接杆，所述铰接部件包括球形铰；所述第一连接杆、第二连接杆通过球形铰连接，所述第一连接杆可绕球形铰相对于第二连接杆做径向运动。

进一步地，所述铰接部件包括合页铰，所述合页铰包括第一合页铰和第二合页铰；所述第一连接杆通过第一合页铰与圆形伞帽连接，可绕圆形伞帽做径向运动；所述第二连接杆通过第二合页铰与空心锚杆顶部连接，可绕空心锚杆顶部做径向运动。

进一步地，所述圆形伞帽直径与空心锚杆直径相同；所述连接杆组及铰接部件均采用刚性材料制成。

进一步地，所述第一紧固部包括设于所述空心锚杆尾部的螺纹、与螺纹配套的密封螺帽及中间设有圆孔、可穿过所述空心锚杆贴合放于管片内壁上的垫片。

进一步地，所述第二紧固部包括设于所述拉杆尾部的螺纹、与螺纹配套的固定螺栓和所述拉杆尾部穿过密封螺帽中心设置的小孔。