处置黄土盾构隧道椭变病害的施工方法

技术领域

本发明涉及土木工程施工工程的技术领域，尤其是涉及一种处置黄土盾构隧道椭变病害的施工方法。

背景技术

在现有技术中，受服役时间的增加、地质环境的不断变化、地下水位升降以及材料老化等一系列因素的共同作用，黄土地区运营盾构隧道结构不可避免的会产生一定的病害。

其中，黄土地层浸水后，地层软化，侧向抗力不足引起的椭变是黄土盾构隧道的一种典型病害，是引起隧道结构纵/环缝张开或错动、破损，管片混凝土压溃、掉块以及贯穿螺栓孔的裂缝、渗漏水等病害的主要原因。采取有效的加固措施，抑制隧道结构变形持续发展，保证运营盾构隧道的长期稳定是病害处置方案的核心。

在现行《城市轨道交通隧道结构养护技术标准》(CJJ/T 289-2018)中，针对盾构法隧道收敛变形的病害维修措施主要包括地表卸载、粘贴芳纶布、粘贴钢板加固、壁后注浆和洞外双液微扰动注浆几类。

其中，粘贴钢板加固、洞外双液微扰动注浆治理效果虽然较好，但也存在一定的不足，如现有规范中各类盾构隧道变形病害处置措施的选用缺乏明确依据，具体为黄土地区盾构隧道实测得到的6m外径错缝拼装盾构隧道水平挤出变形量最大可达到140mm，远大于现有规范中变形分类处置界限值，无法满足病害隧道处置的要求；另外，现有各类病害隧道处置技术中，各类病害技术各有优劣，其适用条件、处置效果和隧道病害特征之间缺乏明确的依据，针对性不强。

发明内容

本发明的目的在于提供一种处置黄土盾构隧道椭变病害的施工方法，以缓解现有技术中存在的变形分类措施中无法达到病害隧道处置要求，以及无法对各类病害隧道进行有针对性处置的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种处置黄土盾构隧道椭变病害的施工方法，包括：

S1.获取病害黄土盾构隧道的实际断面形态及其洞周空洞分布特征；

S2.确定实测出隧道最大挤出变形量；

S3.依据实测出的隧道挤出变形量，对病害黄土盾构隧道实施微扰动洞内注浆、地面注浆加固、钢环加固、临时钢拱架中所对应的加固方案；

S4.识别出黄土盾构隧道受力薄弱的位置，对此位置处进行局部加强处理，并对其周边土体进行加固处理；

S5.待加固完成后，对施工后的黄土盾构隧道的加固效果进行持续监测。

进一步地，在步骤S1中，包括：

通过使用三维激光扫描仪获取黄土盾构断面形态的扫描材料并检测出隧道实际变形形态；

通过地质雷达法确定黄土盾构隧道的空洞分布情况。

进一步地，在步骤S3中，所述微扰动洞内注浆的方案，包括：

通过注浆泵将浆液注入隧道周围岩体内，用于对岩体进行填充、密压和加固。

进一步地，所述微扰动洞内注浆的方案，包括：

所述微扰动洞内注浆的方案包括钻出注浆孔，并在钻出的所述注浆孔及可利用的原注浆孔内放置浆液管；

将所述注浆泵与所述浆液管连接，并通过所述浆液管向隧道周围岩体内灌注水泥浆液。

进一步地，所述微扰动洞内注浆的方案，包括：

将所述浆液管的直径设置为不大于25mm；

将所述注浆孔的钻孔直径设置为不大于29mm，以及将孔深设置为2～3m；

将所述注浆泵的注浆压力控制在300-400kPa。

进一步地，在步骤S3中，所述地面注浆加固的方案，包括：

在隧道病害旁的土层内打入注浆管；

通过所述注浆管将水泥浆液填充进土壤空隙内；

再将膨润土浆液注入所述注浆管内，以使得膨润土浆液充满所述注浆管。

进一步地，在步骤S3中，所述钢环加固的方案，包括：

凿除道床并进行管线改排，拆除疏散平台板及支架；

调查盾构隧道结构破损位置及材料劣化部位并进行处置；

尺寸测量放样并制作钢内衬；

将道床水沟混凝土切割并凿除；

安装钢牛腿、钢环板及钢拉板；

将钢环进行成环焊接，对所述钢内衬进行封边和填充黏结，并埋设注浆管；

对所述钢内衬进行二度防腐处理；

恢复改排所述管线并固定。

进一步地，调查盾构隧道结构破损位置及材料劣化部位并进行处置，包括：

根据病害隧道的特征，选用植筋挂网、环氧砂浆涂抹和粘贴芳纶布中相应的处置方式。

进一步地，尺寸测量放样并制作钢内衬，包括：

结合隧道现场安装位置实际测量放样并确定螺栓孔与注浆孔的位置。

进一步地，所述临时钢拱架加固的方案，包括：

进行桥架和管线的临时调整；

接触网断电；

钢拱架试拼装，模拟加固施工过程，检验各榀拱架的长度是否满足误差要求；

放样并在拟架设所述钢拱架与道床、拱顶和拱腰两侧相连位置处安装相应规格的钢垫板；

依次安装竖直向和水平向的所述钢拱架，并利用高强度螺栓连接所述钢垫板和隧道结构，形成受力整体。

本发明能够实现如下有益效果：

第一方面，本发明提供一种处置黄土盾构隧道椭变病害的施工方法，包括：

S1.获取病害黄土盾构隧道的实际断面形态及其洞周空洞分布特征；

S2.确定实测出隧道最大挤出变形量；

S3.依据实测出的隧道管边挤出变形量，对病害黄土盾构隧道实施微扰动洞内注浆、地面注浆加固、钢环加固、临时钢拱架中所对应的加固方案；

S4.识别出黄土盾构隧道受力薄弱的位置，对此位置处进行局部加强处理，并对其周边土体进行加固处理；

S5.待加固完成后，对施工后的黄土盾构隧道的加固效果进行持续监测。

在本发明中，首先根据事先病害隧道的扫描形态结果，确定实际断面形态以及洞周空洞的分布情况，并实测出隧道最大挤出变形量，并根据变形量的情况以及隧道的病害程度选取相应的处置措施，包括微扰动洞内注浆、地面注浆加固、钢环加固、临时钢拱架中相应的加固处理方式；而后，对黄土盾构隧道受力薄弱的位置进行局部加强加固处理；最后，完成对黄土盾构隧道的加固施工并对加固效果进行持续监测。

与现有技术相比，本发明提供的处置黄土盾构隧道椭变病害的施工方法，在准确获取隧道实测变形形态的基础上，对隧道受力薄弱位置进行局部补强，对并对其周边土体进行加固处理，消除局部薄弱点的存在对隧道结构整体受力变形的不利影响；提供了基于隧道最大挤出变形实测值的病害隧道分级应对措施选用原则，并给出了具体的施工方法。

综上，本发明至少缓解了现有技术中存在的变形分类措施中无法达到病害隧道处置要求，以及无法对各类病害隧道进行有针对性处置的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的处置黄土盾构隧道椭变病害的施工方法的地面注浆加固病害处置技术平面示意图；

图2为本发明实施例提供的处置黄土盾构隧道椭变病害的施工方法的地面注浆加固病害处置的纵剖面示意图；

图3为本发明实施例提供的处置黄土盾构隧道椭变病害的施工方法的钢环注浆加固病害处置技术加固钢板拼装示意图；

图4为本发明实施例提供的处置黄土盾构隧道椭变病害的施工方法的型钢加固病害处置技术加固钢板剖面示意图；

图5为本发明实施例提供的处置黄土盾构隧道椭变病害的施工方法的型钢加固病害处置技术加固牛腿示意图；

图6为本发明实施例提供的处置黄土盾构隧道椭变病害的施工方法的盾构隧道轨底下穿连接钢板平面示意图；

图7为本发明实施例提供的处置黄土盾构隧道椭变病害的施工方法的化学螺栓和盾构管片连接示意图；

图8为本发明实施例提供的处置黄土盾构隧道椭变病害的施工方法的型钢加固剖面布置；

图9为本发明实施例提供的处置黄土盾构隧道椭变病害的施工方法的型钢加固连接立面示意图；

图10为本发明实施例提供的处置黄土盾构隧道椭变病害的施工方法的型钢加固连接正视图；

图11为本发明实施例提供的处置黄土盾构隧道椭变病害的施工方法的微扰动洞内注浆结构示意图；

图12为本发明实施例提供的处置黄土盾构隧道椭变病害的施工方法的微扰动洞内注浆后的结构示意图。

图标：1-盾构隧道；2-地面注浆孔；3-地面注浆加固部；4-浆液管；5-洞内注浆加固部；6-第一钢板；7-化学螺栓；8-钢拉条；9-刚性环氧浆液填充材料；10-型钢；11-槽钢；12-拱顶板；13-螺栓；14-型钢支架；15-第二钢板；41-注浆泵；42-注浆头；43-阀门；44-压力表；45-制浆槽。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例提供一种处置黄土盾构隧道椭变病害的施工方法，该处置黄土盾构隧道椭变病害的施工方法，包括：

S1.获取病害黄土盾构隧道的实际断面形态及其洞周空洞分布特征；

S2.确定实测出隧道最大挤出变形量；

S3.依据实测出的隧道挤出变形量，对病害黄土盾构隧道实施微扰动洞内注浆、地面注浆加固、钢环加固、临时钢拱架中所对应的加固方案；

S4.识别出黄土盾构隧道受力薄弱的位置，对此位置处进行局部加强处理，并对其周边土体进行加固处理；

S5.待加固完成后，对施工后的黄土盾构隧道的加固效果进行持续监测。

本发明实施例至少缓解了现有技术中存在的变形分类措施中无法达到病害隧道处置要求，以及无法对各类病害隧道进行有针对性处置的技术问题。

在本发明实施例中，首先根据事先病害隧道的扫描形态结果，确定实际断面形态以及洞周空洞的分布情况，并实测出隧道最大挤出变形量，并根据变形量的情况以及隧道的病害程度选取相应的处置措施，包括微扰动洞内注浆、地面注浆加固、钢环加固、临时钢拱架中相应的加固处理方式；而后，对黄土盾构隧道受力薄弱的位置进行局部加强加固处理；最后，取下加固的装置，完成对黄土盾构隧道的加固施工并对加固效果进行持续监测。

与现有技术相比，本发明实施例提供的处置黄土盾构隧道椭变病害的施工方法，可以在准确获取隧道实测变形形态的基础上，对隧道受力薄弱位置进行局部补强，对并对其周边土体进行加固处理，消除局部薄弱点的存在对隧道结构整体受力变形的不利影响；提供了基于隧道最大挤出变形实测值的病害隧道分级应对措施选用原则，并给出了具体的施工方法。

本实施例可选的实施方式中，在步骤S1中，包括：

通过使用三维激光扫描仪获取黄土盾构断面形态的扫描材料并检测出隧道职级变形形态；通过地质雷达法确定黄土盾构隧道的空洞分布情况。

具体的：首先通过三维激光扫描仪扫描获取黄土盾构断面形态以及孔洞的分布情况，并根据挤出变形分级原则表初步判定适合的施工方式。

基于盾构隧道挤出变形量的分级应对措施选择依据表，如下：

需要注意的是，本发明中所给出分级原则主要针对外径为6.0-6.2m的盾构隧道；其余规格的盾构隧道分级原则可结合具体尺寸，进行适当调整。管片挤出变形量应依照实测隧道断面形态确定。随管片直径变化量增大，处置措施逐步增强，任何下一级处置措施前，应完成上一级处置措施。

本实施例可选的实施方式中，在步骤S3中，微扰动洞内注浆的方案，包括：

通过注浆泵41将浆液注入隧道周围岩体内，用于对岩体进行填充、密压和加固。

具体的：当盾构隧道挤出变形量在0.03

测量放样，在盾构管片上确定注浆孔的孔位，并尽可能利用原管片注浆孔，减小管片开孔数量；

利用钻孔钻取注浆孔，孔的深度约为2-3m；

插入浆液管4；

通过制浆槽45，拌制注浆浆液；

依次连接注浆泵41、压力表44、阀门43和注浆头42，形成完整的注浆管路；

注浆拔管：采取边注浆边拔管的方式，并按照缓慢连续均匀(8-10cm/30s)的原则进行注浆；

拔除管：待浆液初凝后，将浆液管4全部拔除，单次注浆完成。

进一步地，在步骤S3中，微扰动洞内注浆的方案，包括：

钻出注浆孔，并在钻出的注浆孔及可利用的原注浆孔内放置浆液管4；将注浆泵41与浆液管4连接，并通过浆液管4向隧道周围岩体内灌注水泥浆液。

具体的：参照图11和图12，浆液管4可以有多个，且将注浆泵41与相应的浆液管4连通以后进行注浆，注浆泵41在逐一与每一个浆液管4连接注浆后，参照图12，在盾构隧道1的外侧形成洞内注浆加固部5。

进一步地，在步骤S3中，微扰动洞内注浆的方案，包括：

将浆液管的直径设置为不大于25mm；将注浆孔的钻孔直径设置为不大于29mm，以及将孔深设置为2～3m；将注浆泵的注浆压力控制在300-400kPa。

具体的：利用钻孔钻取注浆孔，孔的深度约为2-3m；且在组装注浆管路后，需通过阀门43控制注浆泵41向浆液管4内的注浆压力，以使得浆液也可以在指定区域进行填充，进而形成洞内注浆加固部5，且此注浆压力优选为300-400kPa。

本实施例可选的实施方式中，在步骤S3中，地面注浆加固方案，包括：

在隧道病害旁的土层内打入注浆管；

通过注浆管将水泥浆液填充进土壤空隙内；

再将膨润土浆液注入注浆管内，以使得膨润土浆液充满注浆管。

具体的：当盾构隧道挤出变形量在0.05

本实施例可选的实施方式中，在步骤S3中，钢环加固的方案，包括：

凿除道床并进行管线改排，拆除疏散平台板及支架；调查盾构隧道结构破损位置及材料劣化部位并进行处置；将道床水沟混凝土切割并凿除；尺寸测量放样并制作钢内衬；安装钢牛腿、钢环板及钢拉板；将钢环进行成环焊接，对钢内衬进行封边和填充黏结，并埋设注浆管；对钢内衬进行二度防腐处理；恢复改排所述管线并固定。

具体的：施工时，凿除道床并进行管线改排，并拆除疏散平台板及支架；而后，需要调查盾构隧道结构破损位置及材料劣化部位，再将道床水沟混凝土切割并凿除后通过多个第一钢板6支撑在盾构隧道1内，参照图3、图4、图5和图6，将使用第一钢板6支撑在盾构隧道1内后，通过多个化学螺栓7在钢内衬上间隔分布，以实现将第一钢板6与盾构隧道1的内部连接，而后在盾构隧道1内安装钢牛腿、钢环板及钢拉条8进行固定；而后通过将多个第一钢板6成环焊接形成钢内衬后，参照图7，对钢内衬采用弹性环氧树脂和刚性环氧浆液填充材料9进行封边和填充粘结，并埋设注浆管，以使得钢内衬封边表面平整，无明显凹凸状结构；而后，选用喷涂型聚弹性体钢内衬进行二度防腐处理；最后，恢复改排管线，管线应固定于前后两钢环间隙内的管片上或焊接固定于钢环上，加固完成后核实隧道限界是否满足要求，避免钢环及管线或支架侵入限界。

进一步地，调查盾构隧道结构破损位置及材料劣化部位并进行处置，包括：

处置方法采用植筋挂网、环氧砂浆涂抹和粘贴芳纶布。

本实施例可选的实施方式中，尺寸测量放样并制作钢内衬，包括：

结合隧道现场安装位置实际测量放样并确定螺栓孔与注浆孔的位置。

进一步地，尺寸测量放样并制作钢内衬，包括：

在预留螺栓孔与注浆孔后，进行混凝土管片表面清理、打磨及钢内衬除锈。

进一步地，在进行针对隧道椭变病害的位置施工后，需识别盾构隧道1受力薄弱的位置，可结合隧道实测变形形态、隧道洞周背后空洞探查结果等测试结果综合确定；并对盾构隧道1特征位置采取局部加强措施，可选用重新嵌缝、植筋、焊接等措施，提高其抗变形能力；最后，对其周边土体进行加固处理，其处理措施可选用洞内微扰动或地面注浆等措施；若隧道洞身背后内存在较大范围的空洞，应打开注浆孔，对其进行补充注浆，填充密实。

本实施例可选的实施方式中，临时钢拱架的施工方案，包括以下步骤：

进行桥架和管线的临时调整；

接触网断电；

钢拱架试拼装，模拟加固施工过程，检验各榀拱架的长度是否满足误差要求；

放样；

在拟架设拱架和道床、拱顶和拱腰两侧相连位置处安装相应规格的钢垫板；

依次安装竖直向钢拱架、水平向钢拱架，并利用高强度螺栓连接钢垫板和隧道结构，形成受力整体；

隧道加固范围内，隧道纵向的钢拱架可采用槽钢铆接。

其具体为，参照图8，将型钢10与拱顶板12连接，以使得拱顶板12顶在盾构隧道1的顶部，且型钢10的底部支撑在盾构隧道1的底部；型钢10有两组，且两组型钢10通过槽钢11连接，且型钢10与型钢支架14连接，型钢支架14通过第二钢板15支撑在盾构隧道1的侧壁上。

参照图9或图10，型钢10与拱顶板12之间通过螺栓13连接，此连接方式为可拆卸连接方式。

最后应说明的是：本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分相互参见即可；本说明书中的以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。