本發(fā)明涉及城市軌道交通施工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水底礦山盾構(gòu)隧道組合對接結(jié)構(gòu)形式及其施工方法。

背景技術(shù)：

隨著城市建設(shè)進程的加快，對地面交通、環(huán)境影響小的地下空間越來越多地受到青睞。我國城市地鐵建設(shè)正在快速發(fā)展，海濱城市的地鐵過海線路規(guī)劃也越來越多。目前我國海底隧道的建設(shè)尚處于起步階段，而且各個城市其地層的差異性及施工環(huán)境的復(fù)雜性都有不同，過海區(qū)間隧道適合采用的施工方法和結(jié)構(gòu)型式也有所區(qū)別。適合水下隧道建設(shè)的施工方法主要有圍堰明挖法、礦山法、盾構(gòu)法和沉管法，根據(jù)所處環(huán)境條件和地質(zhì)條件采用不同工法。

礦山法和盾構(gòu)法作為暗挖工法，對周邊環(huán)境影響小，在城市隧道和地下工程中采用較多。礦山法機動靈活，實施組織方便，造價低，控制地層變形能力稍差；盾構(gòu)法控制地層能力強，施工速度快，采用大型盾構(gòu)機設(shè)備，需要大型空間合理組織盾構(gòu)始發(fā)和接收。在城市軌道交通或鐵路、公路等地下工程中，區(qū)間隧道盾構(gòu)組織一般通過明挖地鐵車站或豎井來實現(xiàn)盾構(gòu)機的始發(fā)和接收。

穿越水域的海底隧道或水下隧道，一般在水域范圍采用的都是單一工法。礦山法可雙向掘進，海底實現(xiàn)貫通后澆筑二襯混凝土實現(xiàn)隧道連接。沉管法分節(jié)沉放，最終接頭設(shè)置在岸邊水深較淺處實現(xiàn)整條隧道貫通。盾構(gòu)法一般在海邊陸地設(shè)置豎井始發(fā)，對岸陸地設(shè)置豎井接收；或者兩臺盾構(gòu)機在岸邊相向掘進，海域中部對地層加固，實施機械對接。在海底或水下隧道采用兩種工法時，一般也都是在岸邊設(shè)置豎井，實現(xiàn)盾構(gòu)法和礦山法的連接。

采用上述常規(guī)盾構(gòu)組織隧道施工的方法存在一些不足，首先是施工組織不靈活，限制了盾構(gòu)工法的利用范圍。盾構(gòu)和其他工法連接時，只能采用明挖豎井進行大型盾構(gòu)機的吊拆，對于穿越水域只能設(shè)置在岸邊陸地。其次，如果盾構(gòu)法和礦山法區(qū)間連接點位于水域，需要在海中設(shè)置豎井，設(shè)置豎井要先圍堰筑島，影響航道通行，投資費用和施工難度都將顯著增加。再次，如果在海底先用礦山法施工施工一個擴大接收洞室，盾構(gòu)空推通過礦山法區(qū)間，這樣需要整個礦山法斷面都需加大斷面，投資增加；同時在海域設(shè)置大型接收洞室和長距離空推盾構(gòu)施工風(fēng)險高。最后是海域隧道一般都是控制性節(jié)點工程，工期要求高，采用單一盾構(gòu)法組織不夠靈活，盾構(gòu)一旦出現(xiàn)問題沒有好的應(yīng)對解決方案，影響整個工程進度。

從上面的分析可以看出，一般采用盾構(gòu)法和礦山法施工水下隧道，連接位置設(shè)置在陸域通過豎井方式，存在施工組織不靈活和效率低明顯缺點。結(jié)合地層條件和加固處理，為提高施工組織靈活性和效率，減小施工風(fēng)險，提出一種利用礦山法隧道的端頭施工接收洞，盾構(gòu)機械刀盤設(shè)置為可拆卸，采用接收箱體、管片襯砌、模筑襯砌聯(lián)合組成，實現(xiàn)在海域中部礦山法和盾構(gòu)工法對接施工。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種安全可靠、施工方便快捷、節(jié)省工程造價的水底礦山盾構(gòu)隧道機械土木組合對接的施工方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種水底礦山盾構(gòu)隧道組合對接結(jié)構(gòu)形式，它包含礦山段和盾構(gòu)段，礦山段的一端設(shè)置有盾構(gòu)段；所述的礦山段包含接收段隧道初期支護、堵頭墻、加固錨桿、接收地層加固、礦山段隧道二次襯砌、接收段隧道箱體襯砌、箱體襯砌端墻、填注水泥砂漿、盾構(gòu)管片襯砌、盾構(gòu)機鋼殼、接收段二次襯砌、二襯堵頭墻、加強二次襯砌；所述的接收段隧道初期支護的端部設(shè)置有堵頭墻，堵頭墻上設(shè)置有加固錨桿；所述的接收段隧道初期支護的一端設(shè)置有接收地層加固；所述的接收段隧道初期支護內(nèi)設(shè)置有礦山段隧道二次襯砌和接收段隧道箱體襯砌，接收段隧道箱體襯砌的一端設(shè)置有箱體襯砌端墻，接收段隧道箱體襯砌和箱體襯砌端墻內(nèi)設(shè)置填注水泥砂漿；所述的接收段隧道箱體襯砌的一端插設(shè)有盾構(gòu)管片襯砌；所述的盾構(gòu)機鋼殼內(nèi)設(shè)置有接收段二次襯砌，接收段二次襯砌上設(shè)置有二襯堵頭墻；所述的盾構(gòu)管片襯砌內(nèi)設(shè)置有加強二次襯砌。

作為優(yōu)選，所述的盾構(gòu)管片襯砌上設(shè)置管片背后注漿。

作為優(yōu)選，所述的盾構(gòu)機鋼殼上設(shè)置有鋼殼背后注漿。

作為優(yōu)選，所述的加強二次襯砌上設(shè)置加強圈梁。

一種水底礦山盾構(gòu)隧道組合對接結(jié)構(gòu)形式的施工方法，它包含如下步驟：

1、從礦山法隧道段采用鉆爆法或淺埋暗挖法進行接收段隧道初期支護施工，接收段隧道采用上下臺階法人工開挖，開挖完成后立即在開挖斷面外緣施作隧道初期支護，開挖至預(yù)定對接點時對端墻進行噴射混凝土封閉形成堵頭墻，并在堵頭墻上設(shè)置加固錨桿注漿以穩(wěn)定端墻；

2、進行接收地層加固，分段向盾構(gòu)隧道方向進行超前深孔注漿堵水加固地層；

3、加固完成后進行鉆孔檢查，然后施作礦山段隧道二次襯砌、接收段隧道箱體襯砌，箱體襯砌拱部預(yù)留注漿鋼管壓住水泥漿保證襯砌拱部密實，接著模筑箱體襯砌端墻進行封閉，而后開孔在箱體襯砌內(nèi)填注水泥砂漿，充滿整個箱體襯砌；

4、盾構(gòu)機沿盾構(gòu)法隧道向?qū)狱c掘進，拼裝管片襯砌，掘進至預(yù)定對接點時盾構(gòu)機刀盤直接破除堵頭墻，然后勻速持續(xù)掘進至箱體襯砌端墻位置，邊掘進邊拼裝管片，加強管片背后同步注漿；盾構(gòu)掘進過程中挖除箱體襯砌內(nèi)水泥砂漿，使得盾構(gòu)機在平衡狀態(tài)下接收；

5、對盾構(gòu)機后部管片注漿密實度進行檢測，然后拆除盾構(gòu)機后配套系統(tǒng)從盾構(gòu)隧道后方運出；接著在盾構(gòu)機鋼殼上設(shè)置吊點，配合洞內(nèi)地面千斤頂依次拆除尾盾、中盾和前盾；鑿除箱體襯砌端墻，拆解盾構(gòu)機刀盤，施作鋼殼背后注漿，對盾構(gòu)機鋼殼背后壓住水泥漿填充后方空隙密實；

6、在上述結(jié)構(gòu)內(nèi)緣鋪設(shè)防水層，從礦山法段開始分段安裝模板臺車或腳手架，模筑接收段二次襯砌和正常礦山法段交接處二襯堵頭墻；與盾構(gòu)法段交界段在管片內(nèi)模筑加強二次襯砌，設(shè)置加強圈梁，即完成礦山盾構(gòu)隧道機械土木組合對接的施工。

作為優(yōu)選，上述步驟1中，所述接收段隧道采用類圓形斷面，長度不小于盾構(gòu)機頭長度與1.5倍盾構(gòu)管片外徑之和。

作為優(yōu)選，上述步驟1中，所述隧道初期支護采用格柵鋼架噴射混凝土結(jié)構(gòu)，根據(jù)地層情況厚度取250～300mm。所述堵頭墻采用噴射混凝土結(jié)構(gòu)或素混凝土結(jié)構(gòu)。

作為優(yōu)選，上述步驟1中，所述堵頭墻加固錨桿采用玻璃纖維錨桿并注漿，橫豎向間距1.5m，梅花型布置。

作為優(yōu)選，上述步驟2中，所述接收地層加固的范圍為隧道開挖外輪廓以外3.0m，加固長度不小于12m；采用注漿法加固，注漿漿液為超細水泥漿，保證堵水和加固效果。

作為優(yōu)選，上述步驟3中，所述礦山段隧道二次襯砌、接收段隧道箱體襯砌及端墻均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；所述接收段隧道箱體襯砌內(nèi)輪廓比盾構(gòu)管片外輪廓外放至少300mm。

作為優(yōu)選，上述步驟4中，所述盾構(gòu)機為泥水平衡式盾構(gòu)機，刀盤為可拆卸式。

作為優(yōu)選，上述步驟4中，所述盾構(gòu)機在進入加固區(qū)之前，盾構(gòu)管片增設(shè)2個注漿孔，加強二次注漿和多次注漿，注漿漿液可采用水泥水玻璃雙液漿，保證封堵管片背后地下水不形成縱向串流。

作為優(yōu)選，上述步驟5中，盾構(gòu)機鋼殼不拆除留設(shè)在洞中，其余盾構(gòu)機部件分段分開拆除運出洞外，鋼殼背后采用水泥砂漿或普通水泥單液漿進行注漿填充，盾構(gòu)機拆除后，如發(fā)現(xiàn)個別部位存在滲漏水情況，需重復(fù)注漿進行堵漏。

作為優(yōu)選，上述步驟6中，所述接收段二次襯砌和加強二次襯砌均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，圓形斷面，斷面厚度250～600mm。在二次襯砌拱部預(yù)埋注漿鋼管對二襯后面空隙注漿填充。

作為優(yōu)選，上述步驟6中，所述加強二次襯砌長度范圍不小于1.5D。

本發(fā)明的有益效果為：

1、實現(xiàn)在水域中部下方地層中礦山法隧道與盾構(gòu)法隧道的對接施工，避免了復(fù)雜、投資大的筑島工程，豐富了盾構(gòu)工法的組織形式；

2、設(shè)置了多個支護環(huán)節(jié)，接收支護結(jié)構(gòu)由超前注漿、初期支護、封閉箱體襯砌、填充水泥砂漿、二襯鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)組合形成，適用于水下隧道礦山法和盾構(gòu)法的對接施工，有效封堵地下水，保證盾構(gòu)接收施工安全；

3、工藝簡單、便于操作，控制地層變形和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，并可針對土層和巖層進行施工，適用范圍廣，廢棄工程量少，節(jié)省工程造價。

附圖說明

圖1是本具體實施方式對接段初期支護結(jié)構(gòu)開挖支護施工示意圖；

圖2是本具體實施方式對接段超前注漿加固地層施工示意圖；

圖3是本具體實施方式對接段封閉箱體襯砌施工示意圖；

圖4是本具體實施方式盾構(gòu)機對接礦山法施工示意圖；

圖5是本具體實施方式盾構(gòu)機拆解施工示意圖；

圖6是本具體實施方式對接段二次襯砌和接頭完成施工示意圖；

圖7是本具體實施方式施工完成示意圖。

附圖標記說明：

礦山段A、盾構(gòu)段B、接收段隧道初期支護1、堵頭墻2、加固錨桿3、接收地層加固4、礦山段隧道二次襯砌5、接收段隧道箱體襯砌6、箱體襯砌端墻7、填注水泥砂漿8、盾構(gòu)管片襯砌9、管片背后注漿10、盾構(gòu)機11、盾構(gòu)機鋼殼12、鋼殼背后注漿13、接收段二次襯砌14、二襯堵頭墻15、加強二次襯砌16、加強圈梁17。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

參看如圖1——圖7所示，一種水底礦山盾構(gòu)隧道組合對接結(jié)構(gòu)形式，它包含礦山段和盾構(gòu)段，礦山段的一端設(shè)置有盾構(gòu)段；所述的礦山段包含接收段隧道初期支護、堵頭墻、加固錨桿、接收地層加固、礦山段隧道二次襯砌、接收段隧道箱體襯砌、箱體襯砌端墻、填注水泥砂漿、盾構(gòu)管片襯砌、盾構(gòu)機鋼殼、接收段二次襯砌、二襯堵頭墻、加強二次襯砌；所述的接收段隧道初期支護的端部設(shè)置有堵頭墻，堵頭墻上設(shè)置有加固錨桿；所述的接收段隧道初期支護的一端設(shè)置有接收地層加固；所述的接收段隧道初期支護內(nèi)設(shè)置有礦山段隧道二次襯砌和接收段隧道箱體襯砌，接收段隧道箱體襯砌的一端設(shè)置有箱體襯砌端墻，接收段隧道箱體襯砌和箱體襯砌端墻內(nèi)設(shè)置填注水泥砂漿；所述的接收段隧道箱體襯砌的一端插設(shè)有盾構(gòu)管片襯砌；所述的盾構(gòu)機鋼殼內(nèi)設(shè)置有接收段二次襯砌，接收段二次襯砌上設(shè)置有二襯堵頭墻；所述的盾構(gòu)管片襯砌內(nèi)設(shè)置有加強二次襯砌。

作為優(yōu)選，所述的盾構(gòu)管片襯砌上設(shè)置管片背后注漿。

作為優(yōu)選，所述的盾構(gòu)機鋼殼上設(shè)置有鋼殼背后注漿。

作為優(yōu)選，所述的加強二次襯砌上設(shè)置加強圈梁。

一種水底礦山盾構(gòu)隧道組合對接結(jié)構(gòu)形式的施工方法，以軌道交通單線區(qū)間為例，盾構(gòu)法斷面外徑6.7m、內(nèi)徑6.0m，包括按順序進行的下列步驟：

1、首先從礦山法隧道段采用鉆爆法或淺埋暗挖法進行接收段隧道初期支護1施工。接收段隧道采用上下臺階法人工開挖，開挖完成后立即在開挖斷面外緣施作隧道初期支護1。接收段隧道初期支護采用格柵鋼架噴射混凝土結(jié)構(gòu)，開挖寬度和高度約8.5m，噴射C25混凝土厚度300mm。開挖至預(yù)定對接點時對端墻進行噴射混凝土封閉形成堵頭墻2，并在堵頭墻2上設(shè)置加固錨桿3注漿以穩(wěn)定端墻。堵頭墻2采用C25噴射混凝土，厚度150mmm；加固錨桿3采用直徑25mm玻璃纖維錨桿，橫豎向間距1.5m，對堵頭墻進行超前注漿加固地層，注漿漿液采用水泥水玻璃雙液漿；

2、進行接收地層加固4，由礦山法段隧道開挖面分段向盾構(gòu)隧道方向進行超前深孔注漿堵水加固地層；加固范圍為隧道開挖輪廓線以外3.0m，加固長度縱向12m，根據(jù)地層情況采用全孔一次性注漿或前進法注漿，注漿漿液為超細水泥漿，注漿壓力約為靜水壓力的2倍，保證注漿加固和堵水效果；

3、加固完成后進行鉆孔檢查，如不能滿足設(shè)計加固要求應(yīng)補充加固注漿。然后施作礦山段隧道二次襯砌5、接收段隧道箱體襯砌6，箱體襯砌6拱部預(yù)留注漿鋼管壓住水泥漿保證襯砌拱部密實。礦山段隧道二次襯砌5和接收段箱體襯砌6為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用模板臺階澆筑，礦山段二次襯砌5結(jié)構(gòu)厚度450mm，接收段箱體襯砌6結(jié)構(gòu)厚度250mm。箱體襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)凈空寬度為7.3m，相對盾構(gòu)管片外輪廓外放300mm，保證盾構(gòu)機能夠順利接收。接著模筑箱體襯砌端墻7進行封閉，而后開孔在箱體襯砌內(nèi)填注水泥砂漿8，充滿整個箱體襯砌6。至此形成封閉的接收箱體，減小盾構(gòu)接收過程中的突涌水風(fēng)險；箱體內(nèi)部填充水泥砂漿，為盾構(gòu)機平衡狀態(tài)下穩(wěn)定接收創(chuàng)造條件；

4、箱體襯砌施工完成之前，盾構(gòu)掌子面應(yīng)距離對接段20m之外。接收段隧道箱體襯砌6和填注水泥砂漿8完成后，盾構(gòu)機11沿盾構(gòu)法隧道向?qū)狱c掘進，拼裝盾構(gòu)管片襯砌9，盾構(gòu)管片襯砌9的每環(huán)管片上增設(shè)2個注漿孔，加強二次注漿和多次注漿，注漿漿液采用水泥水玻璃雙液漿，保證封堵管片背后地下水不形成縱向串流。確認盾構(gòu)管片襯砌9背后注漿的效果后，盾構(gòu)機11掘進至預(yù)定對接點，盾構(gòu)機11的刀盤直接破除堵頭墻2，然后勻速持續(xù)掘進至箱體襯砌端墻7位置，邊掘進邊拼裝管片，加強管片背后注漿10；盾構(gòu)掘進過程中挖除箱體襯砌6內(nèi)水泥砂漿8，使得盾構(gòu)機在平衡狀態(tài)下接收。管片背后注漿10采用普通水泥單液漿；

5、采用超聲波法對盾構(gòu)機后部管片注漿密實度進行檢測，保證盾構(gòu)管片襯砌9與圍巖結(jié)合緊密。盾構(gòu)機為泥水平衡盾構(gòu)機，前方刀盤設(shè)計為可拆卸式。然后拆除盾構(gòu)機后配套系統(tǒng)包括泥水運輸、管片安裝、注漿系統(tǒng)等從盾構(gòu)隧道后方運出；接著在盾構(gòu)機鋼殼12上設(shè)置吊點，配合洞內(nèi)地面千斤頂依次拆除尾盾、中盾和前盾；鑿除箱體襯砌端墻7，拆解盾構(gòu)機刀盤，將刀盤拆解為3～4塊，分塊運出洞外。施作鋼殼背后注漿13，對盾構(gòu)機鋼殼12背后壓住水泥漿填充后方空隙密實；鋼殼背后注漿13采用普通水泥單液漿；

6、盾構(gòu)機拆解運出洞外后，在連接段初期支護、盾構(gòu)鋼殼、管片襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)緣鋪設(shè)防水層，從礦山法段開始分段安裝模板臺車或腳手架，模筑接收段二次襯砌14和正常礦山法段交接處二襯堵頭墻15；接收段二次襯砌14為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚度600mm，通過堵頭墻15與先期施作的礦山段二次襯砌5平順連接；與盾構(gòu)法段交界段在管片內(nèi)模筑加強二次襯砌16，設(shè)置加強圈梁17，即可完成礦山盾構(gòu)隧道機械土木組合對接的施工。加強二次襯砌15為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚度為250mm，沿隧道縱向長度為12m。

其中，施工時應(yīng)做好超前地質(zhì)預(yù)報和地質(zhì)確認工作，對接點選擇在巖層等圍巖較好地段；在進入盾構(gòu)接收點前200米時，盾構(gòu)施工加強管片背后注漿堵水；對接點前施工加強盾構(gòu)姿態(tài)控制調(diào)整，水平控制±15mm,豎直控制在±30mm以內(nèi)。

本具體實施方式的有益效果為：

1、實現(xiàn)在水域中部下方地層中礦山法隧道與盾構(gòu)法隧道的對接施工，避免了復(fù)雜、投資大的筑島工程，豐富了盾構(gòu)工法的組織形式；

2、設(shè)置了多個支護環(huán)節(jié)，接收支護結(jié)構(gòu)由超前注漿、初期支護、封閉箱體襯砌、填充水泥砂漿、二襯鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)組合形成，適用于水下隧道礦山法和盾構(gòu)法的對接施工，有效封堵地下水，保證盾構(gòu)接收施工安全；

3、工藝簡單、便于操作，控制地層變形和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，并可針對土層和巖層進行施工，適用范圍廣，廢棄工程量少，節(jié)省工程造價。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征以及本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。