软土体区深埋盾构隧道横向受力改善方法

技术领域

本发明涉及深埋盾构隧道，尤其涉及一种软土体区深埋盾构隧道横向受力改善方法。

背景技术

软土体地区隧道工程最主要的施工工法为盾构法，隧道衬砌结构采取预制管片，盾构推进过程中分块的管片拼装形成隧道结构。预制拼装盾构隧道结构竖向承受地层的水土压力作用，侧向承受地层水土侧压力以及地层给予的抗力作用，达到结构受力平衡。软土体区的典型地层为淤泥质土，土层固结尚未完成，隧道上覆土无法形成“拱效应”，同时，地层能够提供给隧道结构的侧向抗力效应较弱，随着隧道埋深增大，隧道承受的上覆荷载加大隧道结构拱顶及拱底出现内侧受拉，拱腰出现外侧受拉，导致隧道出现典型的“横鸭蛋”型横向变形。

发明内容

本发明旨在提供一种软土体区深埋盾构隧道横向受力改善方法，用于解决深埋盾构隧道横向变形的问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种软土体区深埋盾构隧道横向受力改善方法，在盾构隧道管片的水平方向的两侧各设置三排以下的沿盾构隧道周向分布的加固桩排，同一加固桩排中的加固桩沿盾构隧道的延伸方向分布，所述加固桩位于盾构隧道管片的外部且一端同盾构隧道管片固接在一起，位于盾构隧道管片同一侧的加固桩排对称分布在盾构隧道管片水平中心面的上下两侧，位于盾构隧道管片同一侧的加固桩排中位于最边缘的加固桩排中的加固桩的中心线同盾构隧道管片水平中心面之间的夹角为22.5°以下。经过实验测试，产生变形时横向变形的区域在隧道水平直径上下45º范围内，本发明的该设置方式不但能够起到防止深埋盾构隧道横向变形、而且能够提高加固桩的利用的效果。

作为优选，制作所述加固桩的方法为：在盾构隧道管片的同加固桩连接的部位设置作业通孔，经所述作业通孔对盾构隧道管片外部的土体进行全方位高压喷射注浆从而形成所述加固桩。加工加固桩时的工艺成熟，结构简单。但是由于收到隧道空间的限制，加固桩的桩径不能够太大而且加工出的加固桩为骨架结构的，从而影响加固效果，为了达到加固效果、此时只能够通过提高加固桩沿隧道延伸方向的密度来改善。

作为另一优选，制作所述加固桩的方法为：在盾构隧道管片的同加固桩连接的部位设置作业通孔，经所述作业通孔在盾构隧道管片外部的土体内钻出加固桩安装孔，将金属圆管穿设到所述加固桩安装孔内，金属圆管的一端同盾构隧道管片固接在一起，金属圆管同盾构隧道管片连接的一端设有进浆孔，金属圆管的周面上设有若干出浆孔，金属圆管和加固桩安装孔的孔壁之间形成环绕在金属圆管外围的填充腔，通过所述进浆孔将浆液注入金属圆管后经过所述出浆孔进入填充腔，所述浆液固化后形成位于填充腔和金属圆管内的固化层，所述固化层和金属圆管构成所述加固桩。本技术方案中，金属圆筒能够成为加固桩的骨架，从而起到提高加固桩的结构强度的作用。该方法实现了在小孔洞内成型桩时植入骨架的问题。

作为优选，所述金属圆管上连接有若干翼杆，翼杆通过铰接销同金属圆管铰接在一起，所述铰接销同翼杆垂直，所述翼杆同金属圆管连接的一端设有位于金属圆管内的推柄，所述金属圆管设有供翼杆以所述铰接销为轴转动时通过的翼杆进出孔，翼杆合拢在金属圆管上时推柄阻拦在金属圆管内；通过所述进浆孔将浆液注入金属圆管前，用驱动轴从进浆孔插入金属圆管内去推所述推柄，推柄以所述铰接销为轴转动而驱动翼杆摆动而展开到插入加固桩安装孔的孔壁的土体内，翼杆展开摆动插入加固桩安装孔的孔壁的土体的过程中在加固桩安装孔的孔壁上划出扇形槽；通过所述进浆孔注入的浆液填充到所述扇形槽内固化后形成同固化层一体成型在一起的加固翼片。能够在加固桩安装孔孔径较小的情况下形成结构强度高的加固桩。

作为优选，翼杆合拢在金属圆管上时，翼杆位于金属圆管的外部。能够降低翼杆进出孔的开口面积以降低对金属圆管强度的影响，还能够防止驱动翼杆展开时翼杆和推柄同时同驱动轴抵接在一起而产生卡死现象。

作为优选，所述翼杆为仅同金属圆管连接的一端的端面上设翼杆部开口的盲管结构，所述翼杆的周面上设有若干连通翼杆内外部空间的锥头弹出孔，所述锥头弹出孔内穿设有尖端朝外的锥头，所述锥头同柔性密封管的一端连接在一起，柔性密封管的另一端同所述锥头弹出孔密封连接在一起，所述驱动轴为插入金属圆管时仅远离金属圆管内端的一端的端面上设有驱动轴部开口的盲管结构，所述驱动轴的周面上设有若干能够同所述翼杆部开口对齐的喷气孔，所述喷气孔同翼杆部开口对齐时喷气孔同翼杆部开口密封对接在一起；翼杆展开后通过所述驱动轴部开口向驱动轴内鼓气，气体经过排气孔和翼杆部开口进入翼杆内从而驱动锥头从翼杆内弹出，锥头弹出时将所述柔性密封管拉出翼杆而伸直；通过所述进浆孔注入的浆液填充到翼杆和柔性密封管内，填充到柔性密封管内的浆液固化而形成加固指。能够提高制作出的加固杆的抗隧道横向变形的作用。

作为优选，所述柔性密封管同锥头连接的一端设有端壁而形成盲管结构，所述柔性密封管通过所述端壁同锥头的端面连接在一起。能够有效防止弹出锥头的过程在锥头同柔性密封管之间产生脱落现象。

作为优选，所述柔性密封管为橡胶管。既能够使得柔性密封管能够方便地被容纳在翼杆内，又能够通过盖板气压的大小来改变柔性密封管的长度，实现加固指的长度可靠且较长。

作为优选，通过所述进浆孔将浆液注入金属圆管前从金属圆管内取出所述驱动轴。驱动轴能够重复利用，降低了建筑成本。

作为优选，所述锥头弹出孔内设有出孔部限位块，所述锥头上设有锥头部限位块，锥头部限位块同出孔部限位块抵接在一起而阻止锥头经所述锥头弹出孔掉入到所述翼杆内。锥头的外端全部容置在所述锥头弹出孔内。能够防止施工过程中，锥头收到外部的压力而收缩到翼杆内从而导致不能够弹出。

作为优选，驱动轴插入金属圆管内到终点位置时驱动轴转动连接在金属圆管内，驱动轴设置有所述喷气孔的部位的外表面上设有沿喷气孔周向延伸的橡胶密封圈，驱动轴插入金属圆管的过程中，橡胶密封圈同翼杆之间沿驱动轴的周向错开；驱动轴插入金属圆管内到终点位置时，驱动轴驱动翼杆处于展开状态，转动驱动轴到喷气孔同翼杆部开口对齐，喷气孔同翼杆部开口对齐时所述橡胶密封圈将喷气孔和翼杆部开口密封连接在一起。能够使得插入驱动轴去驱动翼杆展开时省力，能够避免插入驱动轴时对喷气孔同翼杆部开口的密封出产生磨损导致密封不良。

作为优选所述金属圆管为内端封闭的盲管，金属圆管的盲端设有轴孔、另一端设有端板，所述轴孔为盲孔，所述进浆孔设置在所述端壁上且为圆孔；驱动轴插入到金属圆管终点位置时，金属圆管的一端穿设在所述轴孔内、另一端穿设在所述进浆孔内。当驱动轴插入到同盲孔的盲端抵接在一起时则不能够继续插入，此时驱动轴已经将翼杆展开。能够收到驱动轴插入时能够方便地获知驱动轴是否插入到将翼杆展开。

作为优选，位于盾构隧道管片水平方向同一端的加固桩排之间，加固杆沿盾构隧道管片的周向一一对应地对齐；翼杆展开时，位于盾构隧道管片水平方向同一端的相邻的两排加固桩排、一排加固桩排上的至少一根翼杆的端部同另一排加固桩排上的至少一根翼杆的端部抵接在一起。能够使得加固桩之间在竖平面内彼此支撑，从而起到通过本发明的隧道的抗横向变形的能力。

作为优选，所述金属圆管的外端设有沿金属圆管周向延伸的连接环板，所述金属圆管通过所述连接环板封闭住所述作业通孔和同盾构隧道管片固接在一起。固定方便，能够方便地防止注浆时浆液溢出。

本发明具有如下有益效果：能够有效防止软土体深埋盾构隧道产生 “横鸭蛋”型横向变形。

附图说明

图1是本发明实施例一施工出的深埋盾构隧道的示意图；

图2是本发明实施例二中的深埋盾构隧道处于金属圆管刚放入加固桩安装孔内时的示意图；

图3是图2的A处的局部放大示意图；

图4是图3的B处的局部放大示意图；

图5是图2的C处的局部放大示意图；

图6是本发明实施例二中的深埋盾构隧道处于驱动轴插入金属圆管到翼杆处于展开状态且喷气孔同翼杆部开口对齐时的示意图；

图7时图6的D处的局部放大示意图；

图8是图7的E—E剖视且驱动轴没有转动到喷气孔同翼杆部开口对齐时的示意图；

图9是本发明实施例二中的深埋盾构隧道处于锥头被吹出时的示意图

图10是图9的F处的局部放大示意图；

图11是本发明实施例二施工出的深埋盾构隧道的示意图。

图中：盾构隧道管片1、加固桩2、盾构隧道管片水平中心面3、位于盾构隧道管片同一侧的加固桩排中位于最边缘的加固桩排中的加固桩的中心线同盾构隧道管片水平中心面之间的夹角a、作业通孔4、加固桩安装孔5、金属圆管6、连接环板7、轴孔8、端板9、进浆孔10、出浆孔11、填充腔12、翼杆13、铰接销14、推柄15、翼杆进出孔16、翼杆部开口17、锥头弹出孔18、锥头19、柔性密封管20、端壁21、出孔部限位块22、锥头部限位块23、驱动轴24、驱动轴部开口25、喷气孔26、橡胶密封圈27、固化层28、加固指29、加固翼片30、扇形槽31、加固桩安装孔的孔壁的土体32、轴头33。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的阐述。

实施例一，参见图1，一种软土体区深埋盾构隧道横向受力改善方法，在盾构隧道管片1的水平方向的两侧各设置三排以下的沿盾构隧道周向分布的加固桩排，本实施例中为三排加固桩排，当然设置为一排或2排都是可以的。同一加固桩排中的加固桩2沿盾构隧道的延伸方向分布，加固桩位于盾构隧道管片的外部且一端同盾构隧道管片固接在一起，位于盾构隧道管片同一侧的加固桩排对称分布在盾构隧道管片水平中心面3的上下两侧，位于盾构隧道管片同一侧的加固桩排中位于最边缘的加固桩排中的加固桩的中心线同盾构隧道管片水平中心面之间的夹角a为22.5°以下。制作所述加固桩的方法为：在盾构隧道管片的同加固桩连接的部位设置作业通孔4，经作业通孔对盾构隧道管片外部的土体进行全方位高压喷射注浆从而形成加固桩。

实施例二，参见图2到图11，制作所述加固桩的方法为：在盾构隧道管片的同加固桩连接的部位设置作业通孔4，经作业通孔在盾构隧道管片外部的土体内钻出加固桩安装孔5，将金属圆管6穿设到加固桩安装孔内。金属圆管的一端（即金属管的外端）同盾构隧道管片固接在一起，具体地：金属圆管的外端设有沿金属圆管周向延伸的连接环板7，金属圆管通过连接环板封闭住作业通孔和同盾构隧道管片固接在一起。金属圆管为内端封闭的盲管，金属圆管的盲端设有轴孔8、另一端设有端板9，轴孔为盲孔，端板上设有进浆孔10，进浆孔为圆孔。金属圆管的周面上设有若干出浆孔11。金属圆管和加固桩安装孔的孔壁之间形成环绕在金属圆管外围的填充腔12。金属圆管上连接有若干翼杆13，翼杆通过铰接销14同金属圆管铰接在一起，铰接销同翼杆垂直，翼杆同金属圆管连接的一端设有位于金属圆管内的推柄15，金属圆管设有供翼杆以铰接销为轴转动时通过的翼杆进出孔16，翼杆合拢在金属圆管上时推柄阻拦在金属圆管内；翼杆合拢在金属圆管上时，翼杆位于金属圆管的外部。翼杆为仅同金属圆管连接的一端的端面上设翼杆部开口17的盲管结构，翼杆的周面上设有若干连通翼杆内外部空间的锥头弹出孔18，锥头弹出孔内穿设有尖端朝外的锥头19。锥头同柔性密封管20的一端连接在一起，柔性密封管为橡胶管。柔性密封管的另一端同锥头弹出孔密封连接在一起，具体地：柔性密封管同锥头连接的一端设有端壁21而形成盲管结构，柔性密封管通过端壁同锥头的端面连接在一起。锥头弹出孔内设有出孔部限位块22，锥头上设有锥头部限位块23，锥头部限位块同出孔部限位块抵接在一起而阻止锥头经锥头弹出孔掉入到所述翼杆内。翼杆处于合拢状态时，锥头部限位块同出孔部限位块抵接在一起、锥头的外端全部容置在锥头弹出孔内。本发明还设置有驱动轴24，驱动轴为插入金属圆管时仅远离金属圆管内端的一端的端面上设有驱动轴部开口25的盲管结构，驱动轴的周面上设有若干能够同翼杆部开口对齐的喷气孔26。驱动轴设置有喷气孔的部位的外表面上设有沿喷气孔周向延伸的橡胶密封圈27。

施工时，用驱动轴从进浆孔插入金属圆管内去推推柄，推柄以铰接销为轴转动而驱动翼杆摆动而展开到插入加固桩安装孔的孔壁的土体32内，翼杆展开摆动插入加固桩安装孔的孔壁的土体的过程中在加固桩安装孔的孔壁上划出扇形槽31；驱动轴插入金属圆管的过程中，橡胶密封圈同翼杆之间沿驱动轴的周向错开。当驱动轴插入到轴孔内不能够继续插入时停止插入驱动轴，此时驱动杆的一端通过设置在驱动杆上的轴头33转动连接在轴孔内，另一端转动连接在注浆孔内，翼杆处于展开状态，转动驱动轴到喷气孔同翼杆部开口对齐，喷气孔同翼杆部开口对齐时橡胶密封圈将喷气孔和翼杆部开口密封连接在一起。通过驱动轴部开口向驱动轴内鼓气，气体经过排气孔和翼杆部开口进入翼杆内从而驱动锥头从翼杆内弹出，锥头弹出时将柔性密封管拉出翼杆而伸直。从金属圆管内取出驱动轴。通过进浆孔将浆液注入金属圆管后经过出浆孔进入填充腔和扇形槽，浆液固化后形成位于填充腔和金属圆管内的固化层28，固化层和金属圆管构成加固桩。通过进浆孔注入的浆液还填充到翼杆和柔性密封管内，填充到柔性密封管内的浆液固化而形成加固指29。通过进浆孔注入的浆液还填充到扇形槽内固化后形成同固化层一体成型在一起的加固翼片30。位于盾构隧道管片水平方向同一端的加固桩排之间，加固杆沿盾构隧道管片的周向一一对应地对齐；翼杆展开时，位于盾构隧道管片水平方向同一端的相邻的两排加固桩排、一排加固桩排上的至少一根翼杆的端部同另一排加固桩排上的至少一根翼杆的端部抵接在一起。本发明中浆液为水泥浆。