近距離下穿既有盾構隧道管幕施工沉降控制系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種近距離下穿既有盾構隧道管幕施工沉降控制系統及方法，解決了下穿既有盾構隧道時礦山法開挖段上方土體下沉控制的難題。包括在區間人防段隧道（4）的上方端頭墻（5）中設置有鎖扣管幕，鎖扣管幕設置在既有盾構隧道（1）的正下方，在鎖扣管幕與已開挖的區間人防段隧道（4）的直角后背墻（6）之間設置有鋼管頂進設備（8），在頂進設備（8）的出土口下方設置有計量土斗（11），在相鄰的兩個鎖扣管幕鋼管（7）之間設置有鎖扣（14），在鎖扣管幕鋼管（7）的外側壁（2）上固定焊接有袖閥管（12），在袖閥管（12）的入漿口上連接有膨潤土漿液注漿機（13）。本發明利用了現場的已有設備，沉降控制效果好。
【專利說明】
近距離下穿既有盾構隧道管幕施工沉降控制系統及方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種采用礦山法開挖地鐵隧道時對開挖隧道上方土體的沉降進行控制的系統和方法，特別涉及一種采用礦山法開挖地鐵隧道時開挖段的近距離上方設置有正在運營的既有盾構隧道，在新隧道開挖時，對既有盾構隧道的沉降進行控制的管幕施工沉降控制系統及方法。
【背景技術】
[0002]在城市地鐵施工中，近距離下穿既有線路隧道的情況越來越多。當既有線路為盾構隧道時，由于盾構隧道的結構是由柔性管片構成的，各管片之間是采用高強螺栓連接成一體的柔性結構，當盾構隧道下方土體受到擾動時，擾動范圍內的管片會產生超過允許限值差異的沉降，威脅到既有盾構隧道的正常運營。因此控制既有盾構隧道的沉降，已成為下穿既有盾構隧道的新隧道施工時必須解決的問題。在既有盾構隧道下方近距離施工新隧道時，若采用盾構法下穿的施工工藝，往往會使既有盾構隧道沉降超限。因此，通常是采用礦山法進行新隧道施工的。在礦山法近距離下穿既有盾構隧道施工中，現有技術是采用全斷面深孔注漿的方式，對新隧道開挖段上方土體進行加固。由于既有隧道與新開挖隧道的距離太近，全斷面深孔注漿的壓力會導致近距離處的土體出現嚴重上拱，加重了既有盾構隧道的管片錯位和變形程度，達不到既有隧道隆起控制指標的要求。采用深孔注漿方式加固近距離下穿既有盾構隧道的新隧道上方土體的方案，是無法滿足既有隧道沉降和隆起控制指標要求的。現有技術也有采用管棚支撐工藝對新開挖隧道上方土體進行加固的，但由于管棚鋼管的鉆進，一般是采用帶水成孔工藝，水體進入新開挖隧道上方土體后，更容易產生沉降，帶水作業管棚的方案也不可取。若不帶水直接將管棚中的鋼管頂入到新開挖隧道上方土體的方案，雖然克服了水體所引起的沉降缺陷，但存在大直徑鋼管直接頂進土體困難的問題，特別是在既有盾構隧道的下方近距離穿越存在較大困難，此外，管棚中相鄰鋼管存在的間隙也會成為其上方土體沉降的誘因。
【發明內容】
[0003]本發明提供了一種近距離下穿既有盾構隧道管幕施工沉降控制系統及方法，解決了下穿既有盾構隧道時礦山法開挖段上方土體下沉控制的難題。
[0004]本發明是通過以下技術方案解決以上技術問題的:
一種近距離下穿既有盾構隧道管幕施工沉降控制系統，包括在地下設置的既有盾構隧道，在既有盾構隧道的下方設置有礦山法暗挖下穿段區間隧道，在礦山法暗挖下穿段區間隧道的左端設置有已開挖的區間人防段隧道，在區間人防段隧道的上方端頭墻中設置有鎖扣管幕，鎖扣管幕設置在既有盾構隧道的正下方，在鎖扣管幕與已開挖的區間人防段隧道的直角后背墻之間設置有鋼管頂進設備，鋼管頂進設備中的螺旋鉆桿是設置在鎖扣管幕中的鎖扣管幕鋼管中的，螺旋鉆桿的端頭頂端與鎖扣管幕鋼管的右端口的外端面之間的距離為10厘米，在頂進設備的出土口下方設置有計量土斗，在相鄰的兩個鎖扣管幕鋼管之間設置有鎖扣，在鎖扣管幕鋼管的外側壁上固定焊接有袖閥管，在袖閥管的入漿口上連接有膨潤土漿液注漿機。
[0005]在袖閥管的入漿口上并連有雙液注漿機。
[0006]一種近距離下穿既有盾構隧道管幕施工沉降控制方法，包括以下步驟:
第一步、在既有盾構隧道下方的準備開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道的左端先開挖出區間人防段隧道；
第二步、在第一根鎖扣管幕鋼管的外側壁上焊接鎖扣的母扣，在第二根鎖扣管幕鋼管的外側壁上焊接鎖扣的子扣，在每根鎖扣管幕鋼管的外側壁上焊接袖閥管;在I重量份的膨潤土中，加入9-11重量份的水，攪拌均勻，得到膨潤土漿液，將得到的膨潤土漿液裝入到膨潤土漿液注漿機中；
第三步、將鋼管頂進設備安裝在區間人防段隧道的直角后背墻上，在區間人防段隧道的上方端頭墻與鋼管頂進設備之間設置第一根鎖扣管幕鋼管，啟動鋼管頂進設備，將第一根鎖扣管幕鋼管頂入到上方端頭墻前方的既有盾構隧道下方的土體中；
第四步、在第一根鎖扣管幕鋼管被頂入上方端頭墻前方的既有盾構隧道下方的土體過程中，當鋼管頂進設備的頂進壓力達到20兆帕時，將第一根鎖扣管幕鋼管上焊接的袖閥管接到膨潤土漿液注漿機上，并將膨潤土漿液注入到鎖扣管幕鋼管的周圍土體中，以降低鎖扣管幕鋼管在頂進過程中的摩擦阻力;在第一根鎖扣管幕鋼管頂入到既有盾構隧道下方土體的整個過程中，鋼管頂進設備的螺旋鉆桿的端頭是設置在第一根鎖扣管幕鋼管中的，并且螺旋鉆桿的端頭頂端距離第一根鎖扣管幕鋼管的右端口的外端面10厘米;若鋼管頂進設備的頂進壓力再次達到20兆帕時，通過鋼管頂進設備將螺旋鉆桿向前推進，使螺旋鉆桿的端頭探出到第一鎖扣管幕鋼管的右端口外端面外10厘米處，達到松動鎖扣管幕鋼管前方土體的目的；
第五步、在已完成頂入工作的第一根鎖扣管幕鋼管的一側定位第二根鎖扣管幕鋼管，使第二根鎖扣管幕鋼管的子扣與第一根鎖扣管幕鋼管的母扣接插在一起，啟動鋼管頂進設備，將第二根鎖扣管幕鋼管頂入到上方端頭墻前方的既有盾構隧道下方的土體中，在頂入過程中重復第四步，使第二根鎖扣管幕鋼管順利頂入到位；
第六步、依次將后續的鎖扣管幕鋼管頂入到上方端頭墻前方的既有盾構隧道下方的土體中，并將相鄰的兩鎖扣管幕鋼管插接在一起，形成鎖扣管幕。
[0007]本發明利用了現場的已有設備，易于操作，沉降控制效果好，具有較好的經濟與社會效益。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發明的結構示意圖；
圖2是圖1中A-A向剖視圖。
【具體實施方式】
[0009]下面結合附圖對本發明進行詳細說明:
一種近距離下穿既有盾構隧道管幕施工沉降控制系統，包括在地下設置的既有盾構隧道1，在既有盾構隧道I的下方設置有礦山法暗挖下穿段區間隧道3，在礦山法暗挖下穿段區間隧道3的左端設置有已開挖的區間人防段隧道4，在區間人防段隧道4的上方端頭墻5中設置有鎖扣管幕，鎖扣管幕設置在既有盾構隧道I的正下方，在鎖扣管幕與已開挖的區間人防段隧道4的直角后背墻6之間設置有鋼管頂進設備8，鋼管頂進設備8中的螺旋鉆桿9是設置在鎖扣管幕中的鎖扣管幕鋼管7中的，螺旋鉆桿9的端頭頂端與鎖扣管幕鋼管7的右端口的外端面之間的距離10為10厘米，在頂進設備8的出土口下方設置有計量土斗11，在相鄰的兩個鎖扣管幕鋼管7之間設置有鎖扣14，在鎖扣管幕鋼管7的外側壁上固定焊接有袖閥管12，在袖閥管12的入漿口上連接有膨潤土漿液注漿機13。
[0010]在袖閥管12的入漿口上并連有雙液注漿機，當依次將所有的鎖扣管幕鋼管7頂入到上方端頭墻5前方的既有盾構隧道I下方的土體中，形成鎖扣管幕后，通過在鎖扣管幕鋼管7的外側壁2上固定焊接袖閥管12對既有盾構隧道I的下方設置的礦山法暗挖下穿段區間隧道3上方的土體進行雙液注漿，以達到固定其上方土體的目的。
[0011 ] 一種近距離下穿既有盾構隧道管幕施工沉降控制方法，包括以下步驟:
第一步、在既有盾構隧道I下方的準備開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道3的左端先開挖出區間人防段隧道4;
第二步、在第一根鎖扣管幕鋼管7的外側壁上焊接鎖扣14的母扣，在第二根鎖扣管幕鋼管7的外側壁上焊接鎖扣14的子扣，在每根鎖扣管幕鋼管7的外側壁上焊接袖閥管12;在I重量份的膨潤土中，加入9-11重量份的水，攪拌均勻，得到膨潤土漿液，將得到的膨潤土漿液裝入到膨潤土漿液注漿機13中；
第三步、將鋼管頂進設備8安裝在區間人防段隧道4的直角后背墻6上，在區間人防段隧道4的上方端頭墻5與鋼管頂進設備8之間設置第一根鎖扣管幕鋼管7，啟動鋼管頂進設備8，將第一根鎖扣管幕鋼管7頂入到上方端頭墻5前方的既有盾構隧道I下方的土體中；
第四步、在第一根鎖扣管幕鋼管7被頂入上方端頭墻5前方的既有盾構隧道I下方的土體過程中，當鋼管頂進設備8的頂進壓力達到20兆帕時，將第一根鎖扣管幕鋼管7上焊接的袖閥管12接到膨潤土漿液注漿機13上，并將膨潤土漿液注入到鎖扣管幕鋼管7的周圍土體中，以降低鎖扣管幕鋼管7在頂進過程中的摩擦阻力；在第一根鎖扣管幕鋼管7頂入到既有盾構隧道I下方土體的整個過程中，鋼管頂進設備8的螺旋鉆桿9的端頭是設置在第一根鎖扣管幕鋼管7中的，并且螺旋鉆桿9的端頭頂端距離第一根鎖扣管幕鋼管7的右端口的外端面10厘米;若鋼管頂進設備8的頂進壓力再次達到20兆帕時，通過鋼管頂進設備8將螺旋鉆桿9向前推進，使螺旋鉆桿9的端頭探出到第一鎖扣管幕鋼管7的右端口外端面外10厘米處，達到松動鎖扣管幕鋼管7前方土體的目的；
第五步、在已完成頂入工作的第一根鎖扣管幕鋼管7的一側定位第二根鎖扣管幕鋼管，使第二根鎖扣管幕鋼管的子扣與第一根鎖扣管幕鋼管7的母扣接插在一起，啟動鋼管頂進設備8，將第二根鎖扣管幕鋼管頂入到上方端頭墻5前方的既有盾構隧道I下方的土體中，在頂入過程中重復第四步，使第二根鎖扣管幕鋼管順利頂入到位；
第六步、依次將后續的鎖扣管幕鋼管7頂入到上方端頭墻5前方的既有盾構隧道I下方的土體中，并將相鄰的兩鎖扣管幕鋼管插接在一起，形成鎖扣管幕。
[0012]由于相鄰的鎖扣管幕鋼管是通過子母鎖扣連接，使鎖扣管幕鋼管形成了一個封閉的鎖扣管幕，起到了后續礦山法開挖過程中，對近距離下穿既有盾構隧道上方土體起到支撐的作用，達到了沉降量的有效控制，使其變形量控制在控制指標范圍內。在管幕的每根鎖扣管幕鋼管7的施工過程中，通過注入膨潤土漿液，解決了不帶水頂入管幕鋼管阻力大，現有設備無法完成的難題。特別是在頂入過程中，通過協調好實時對出土量和頂進壓力的控制，最大限度地控制了對新建隧道上方土體影響，嚴格科學控制了既有盾構隧道下方擾動土體的擾動排出量，對沉降量控制起到了立竿見影的作用。
[0013]以下列出了現場鋼管頂進設備8將鎖扣管幕鋼管7頂入上方端頭墻5前方的既有盾構隧道I下方土體中時，出土量及實測的既有盾構隧道I沉降量的實施例:
實施例1:將一根外徑為300毫米、長42米的鎖扣管幕鋼管7頂入上方端頭墻5前方的既有盾構隧道I下方土體，在頂入過程中，螺旋鉆桿9的端頭頂端與鎖扣管幕鋼管7的右端口外端面之間的距離保持在10厘米，頂入的體積為3.192立方米，將鎖扣管幕鋼管7中的土體全部掏出到計量土斗11中，計量得到土體的體積為4.8立方米，監測得到的既有盾構隧道I的沉降量為0.6毫米；
實施例2:將一根外徑為300毫米、長42米的鎖扣管幕鋼管7頂入上方端頭墻5前方的既有盾構隧道I下方土體中，螺旋鉆桿9的端頭端面與鎖扣管幕鋼管7的右端口外端面處于同一截面中，頂入的體積3.192立方米，將鎖扣管幕鋼管7土體全部掏出到計量土斗11中，計量得到土體的體積為5.6立方米，監測得到的既有盾構隧道I的沉降量為1.4毫米；
實施例3:將一根外徑為300毫米、長42米的鎖扣管幕鋼管7頂入上方端頭墻5前方的既有盾構隧道I下方土體中，螺旋鉆桿9的端頭伸出鎖扣管幕鋼管7的右端口外端面外10厘米處，頂入的體積3.192立方米，將鎖扣管幕鋼管7土體全部掏出到計量土斗11中，計量得到土體的體積為6.8立方米，監測得到既有盾構隧道I的沉降量為2.0毫米；
實施例4:將一根外徑為300毫米、長42米的鎖扣管幕鋼管7頂入上方端頭墻5前方的既有盾構隧道I下方土體中，螺旋鉆桿9的端頭伸出鎖扣管幕鋼管7的右端口外端面外15厘米處，頂入的體積3.192立方米，將鎖扣管幕鋼管7土體全部掏出到計量土斗11中，計量得到土體的體積為7.5立方米，監測得到既有盾構隧道I的沉降量為2.4毫米；
經過數次實時監測得到:在保證既有盾構隧道I的沉降量不超過2.0毫米的情況下，得到螺旋鉆桿9的端頭端面伸出鎖扣管幕鋼管7的端口外側面要小于或等于10厘米。
【主權項】
1.一種近距離下穿既有盾構隧道管幕施工沉降控制系統，包括在地下設置的既有盾構隧道(1)，在既有盾構隧道(I)的下方設置有礦山法暗挖下穿段區間隧道(3)，在礦山法暗挖下穿段區間隧道(3)的左端設置有已開挖的區間人防段隧道(4)，其特征在于，在區間人防段隧道(4)的上方端頭墻(5)中設置有鎖扣管幕，鎖扣管幕設置在既有盾構隧道(I)的正下方，在鎖扣管幕與已開挖的區間人防段隧道(4)的直角后背墻(6)之間設置有鋼管頂進設備(8)，鋼管頂進設備(8)中的螺旋鉆桿(9)是設置在鎖扣管幕中的鎖扣管幕鋼管(7)中的，螺旋鉆桿(9)的端頭頂端與鎖扣管幕鋼管(7)的右端口的外端面之間的距離(10)為10厘米，在頂進設備(8)的出土口下方設置有計量土斗(11)，在相鄰的兩個鎖扣管幕鋼管(7)之間設置有鎖扣(14)，在鎖扣管幕鋼管(7)的外側壁上固定焊接有袖閥管(12)，在袖閥管(12)的入漿口上連接有膨潤土漿液注漿機(13)。2.根據權利要求1所述的一種近距離下穿既有盾構隧道管幕施工沉降控制系統，其特征在于，在袖閥管(12 )的入漿口上并連有雙液注漿機。3.—種近距離下穿既有盾構隧道管幕施工沉降控制方法，包括以下步驟: 第一步、在既有盾構隧道(I)下方的準備開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道(3)的左端先開挖出區間人防段隧道(4); 第二步、在第一根鎖扣管幕鋼管(7)的外側壁上焊接鎖扣(14)的母扣，在第二根鎖扣管幕鋼管(7)的外側壁上焊接鎖扣(14)的子扣，在每根鎖扣管幕鋼管(7)的外側壁上焊接袖閥管(12);在I重量份的膨潤土中，加入9-11重量份的水，攪拌均勻，得到膨潤土漿液，將得到的膨潤土漿液裝入到膨潤土漿液注漿機(13)中； 第三步、將鋼管頂進設備(8)安裝在區間人防段隧道(4)的直角后背墻(6)上，在區間人防段隧道(4)的上方端頭墻(5)與鋼管頂進設備(8)之間設置第一根鎖扣管幕鋼管(7)，啟動鋼管頂進設備(8)，將第一根鎖扣管幕鋼管(7)頂入到上方端頭墻(5)前方的既有盾構隧道(I)下方的土體中； 第四步、在第一根鎖扣管幕鋼管(7)被頂入上方端頭墻(5)前方的既有盾構隧道(I)下方的土體過程中，當鋼管頂進設備(8)的頂進壓力達到20兆帕時，將第一根鎖扣管幕鋼管(7)上焊接的袖閥管(12)接到膨潤土漿液注漿機(13)上，并將膨潤土漿液注入到鎖扣管幕鋼管(7)的周圍土體中，以降低鎖扣管幕鋼管(7)在頂進過程中的摩擦阻力；在第一根鎖扣管幕鋼管(7)頂入到既有盾構隧道(I)下方土體的整個過程中，鋼管頂進設備(8)的螺旋鉆桿(9)的端頭是設置在第一根鎖扣管幕鋼管(7)中的，并且螺旋鉆桿(9)的端頭頂端距離第一根鎖扣管幕鋼管(7)的右端口的外端面10厘米;若鋼管頂進設備(8)的頂進壓力再次達到20兆帕時，通過鋼管頂進設備(8)將螺旋鉆桿(9)向前推進，使螺旋鉆桿(9)的端頭探出到第一鎖扣管幕鋼管(7)的右端口外端面外10厘米處，達到松動鎖扣管幕鋼管(7)前方土體的目的； 第五步、在已完成頂入工作的第一根鎖扣管幕鋼管(7)的一側定位第二根鎖扣管幕鋼管(2)，使第二根鎖扣管幕鋼管(2)的子扣與第一根鎖扣管幕鋼管(7)的母扣接插在一起，啟動鋼管頂進設備(8)，將第二根鎖扣管幕鋼管(2)頂入到上方端頭墻(5)前方的既有盾構隧道(I)下方的土體中，在頂入過程中重復第四步，使第二根鎖扣管幕鋼管(2)順利頂入到位； 第六步、依次將后續的鎖扣管幕鋼管(7)頂入到上方端頭墻(5)前方的既有盾構隧道(I)下方的土體中，并將相鄰的兩鎖扣管幕鋼管插接在一起，形成鎖扣管幕。
【文檔編號】E21D9/00GK105909259SQ201610411597
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月12日
【發明人】羅文江, 高崇, 王漢霆, 王云龍, 趙輝, 李建
【申請人】中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司