CN115637999A - 一种盾构隧道防上浮管片及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构隧道防上浮管片及其安装方法，盾构隧道防上浮管片包括钢筋混凝土管片，在管片的顶部中间位置上开设有安装槽，在安装槽内安装有伸缩部件，安装槽顶部设有支撑钢板；伸缩部件包括底部套管和安装在套管内的伸缩柱，套管预制镶嵌在安装槽内的混凝土底座里面，伸缩柱的顶端与支撑钢板内侧固定在一起；在支撑钢板和安装槽之间设置有筒状的密封气囊，在混凝土底座和支撑钢板之间形成一个密封腔；在管片内设有注浆管，注浆管顶端穿过管片和混凝土底座，与密封腔连通；在注浆管底部设置有密封阀。本发明盾构隧道防上浮管片在使用后，能够在管片上方与隧道外岩土体之间形成一个稳定支撑，起到管片抗上浮及管片定位作用。

Description

一种盾构隧道防上浮管片及其安装方法

技术领域

本发明涉及盾构掘进施工技术领域，具体涉及一种盾构隧道防上浮管片及其安装方法。

背景技术

随着城市地铁及地下管廊工程的大量施工，地下空间的开发越来越多，为减少道路交通堵塞及环境保护的需要，越来越多的地下工程采用盾构法施工。

盾构法施工具有安全、高效、环保的优势。但是在实际施工过程中，在地下水丰富及高水压地区，盾构施工管片在施工过程会中受到浮力的作用，容易产生管片上浮、错台，造成隧道底标高偏差超标、影响隧道使用空间。上浮严重的还将导致盾构隧道管片剪切破坏、盾构机栽头、盾构姿态无法控制等问题，严重影响施工质量及隧道安全。

因此，如何解决上述技术问题，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种盾构隧道防上浮管片及其安装方法，用于盾构施工隧道管片定位，以防止管片隧道在浮力作用下上浮，能有效解决盾构施工隧道管片上浮造成管片破坏及因隧道管片上浮导致盾构姿态难以控制的难题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种盾构隧道防上浮管片，包括钢筋混凝土管片，在管片的顶部中间位置上开设有安装槽，在安装槽内安装有伸缩部件，安装槽顶部设有支撑钢板，支撑钢板的形状和大小与安装槽顶部开口相契合；

伸缩部件包括底部套管和安装在套管内的伸缩柱，套管预制镶嵌在安装槽内的混凝土底座里面，伸缩柱的顶端与支撑钢板内侧固定在一起；

在支撑钢板和安装槽之间设置有筒状的密封气囊，密封气囊的顶部与支撑钢板的内侧面密封固定在一起，密封气囊的底端与安装槽内的混凝土底座边缘密封固定在一起，在混凝土底座和支撑钢板之间形成一个密封腔；

在管片内设有注浆管，注浆管的底端位于管片的底部，顶端穿过管片和混凝土底座，与密封腔连通；在注浆管底部设置有密封阀。

优选的，在未使用状态下，密封腔内通过注浆管被抽真空，真空泵与注浆管连接，对密封腔内进行抽真空，然后将注浆管底部的密封阀关闭，密封气囊折叠在安装槽内，伸缩柱位于套管内，支撑钢板顶面与管片顶部表面齐平。在混凝土底座边缘开设用于容纳折叠后的密封气囊的凹陷部，密封气囊底部安装在凹陷部内。支撑钢板的顶部为弧面，与管片的顶部弧面相匹配，使得收缩在安装槽内时，其外表面与管片的顶部弧面契合。

伸缩部件可以采用自锁式的伸缩柱，使得伸缩柱伸出后不会下滑，自锁结构可以采用：在伸缩柱外壁上开设横向的限位槽，在限位槽内设置有限位柱，限位柱底部设置有弹簧，在套管上部侧壁上对应位置开设有与限位柱相匹配的限位孔，伸缩柱位于套管内时，限位柱的一部分收缩在限位槽内，伸缩柱伸出之后，限位柱在弹簧的作用下伸出，卡接在限位孔内，避免伸缩柱下滑。还可以在套管内壁上位于限位孔下方的位置设置竖向的滑槽，限位柱外端抵接在滑槽内，伸缩柱上移时，限位柱沿滑槽移动，使得限位柱可以准确地进入到限位孔内。

优选的，在管片拼装后，将注浆设备的出浆管与所述注浆管对应连接，打开密封阀，并采用注浆泵加压注浆，混凝土浆料通过注浆管进入到密封腔内，密封气囊打开，伸缩柱从套管内伸出，推动支撑钢板支撑在隧道外岩土体上。

当管片安装后，随着盾构机向前掘进行走，支撑钢板完全脱出盾尾后，在注浆管密封阀口接上出浆管，打开密封阀，密封腔内在真空负压的作用下吸入速凝高强灌浆混凝土，并采用注浆泵加压注浆，使得密封腔内充满速凝高强灌浆混凝土，推动支撑钢板支撑在隧道外壁岩土体上，起到管片抗上浮及管片定位作用。

优选的，在管片的底部开设有注浆凹槽，注浆管底端和密封阀位于注浆凹槽内。注浆管底端位于注浆凹槽内，不超出管片底面。

优选的，密封气囊为可折叠的耐压橡胶材质。

优选的，所述伸缩部件为四个，分别位于安装槽内的四角处。

优选的，密封气囊的顶部边缘和底部边缘内部通过钢制压条密封固定在支撑钢板内侧壁和安装槽内部边缘。

优选的，支撑钢板的宽度为管片环宽的1/3，长度为1/3管片弧长，支撑钢板的厚度约5cm。

本发明还涉及一种盾构隧道防上浮管片安装方法，包括下列步骤：

S1：当盾构机掘进到1环管片距离时，先在隧道下部开始拼装普通钢筋混凝土管片，在隧道断面2点钟、10点钟，12点钟位置各拼装1片防上浮管片；

S2：第1环管片拼装完成后，盾构机继续向前掘进，随着盾构机的前进，根据油缸伸出长度测算管片脱出盾尾的长度；

S3：待定位管片环宽的2/3脱出盾构机盾尾即支撑板完全露出盾尾刷后，依次将注浆设备的出浆管连接到12点、10点、2点钟方向防上浮管片的密封阀接头上；

S4：依次打开12点、10点、2点钟方向防上浮管片的密封阀，在密封气囊内的真空负压作用下，吸入速凝高强灌浆混凝土，同时采用注浆泵加压注浆，密封气囊内充满的速凝高强灌浆混凝土与伸缩柱及支撑钢板凝结成一个整体，共同支撑在开挖隧道岩土体上壁，以抵抗管片外注浆及地下水对管片隧道的浮力，防止管片隧道上浮。

本发明的有益效果在于：本发明中的盾构隧道防上浮管片，用于盾构施工隧道管片定位，以防止管片上浮。通过在管片顶部开设安装槽，设置支撑钢板和密封气囊，在未未使用时，支撑钢板扣合在安装槽上部开口处，并与管片顶面齐平，不影响管片的正常安装；通过设置密封气囊，可以对密封腔内进行抽真空，待管片安装后，打开密封阀，可以在真空负压的作用下使得灌浆混凝土快速进入到密封腔内；通过设置伸缩柱，可以对支撑钢板起到定位作用，避免支撑钢板被灌浆混凝土顶出时发生偏移。本发明盾构隧道防上浮管片在使用后，能够在管片上方与隧道外岩土体之间形成一个稳定支撑，起到管片抗上浮及管片定位作用。能有效解决盾构施工过程中隧道管片上浮造成的管片破坏及因隧道管片上浮导致盾构姿态难以控制的难题。

附图说明

图1是本发明盾构隧道防上浮管片未使用时的结构示意图；

图2是本发明盾构隧道防上浮管片的支撑钢板伸出后的状态示意图；

图3是本发明盾构隧道防上浮管片的使用状态图；

图4是伸缩部件的自锁结构示意图。

图中标号：1为钢筋混凝土管片、2为支撑钢板、3为密封气囊、4为伸缩柱、5为管片凹凸榫、6为管片密封沟槽、7为管片连接螺栓孔、8为注浆管、9为密封阀、10为注浆凹槽、11混凝土底座，12为套管；13限位柱，14弹簧、15限位孔。A为防上浮管片、B为普通钢筋混凝土管片、C为隧道管片壁后砂浆填充层、D为管片隧道外岩土体。

具体实施方式

下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的设备元件如无特别说明，均为常规设备元件。

实施例1：一种盾构隧道防上浮管片，参见图1-图3，包括钢筋混凝土管片1，在管片的顶部中间位置上开设有安装槽，在安装槽内安装有伸缩部件，安装槽顶部设有支撑钢板2，支撑钢板2的形状和大小与安装槽顶部开口相契合。

伸缩部件包括底部套管12和安装在套管12内的伸缩柱4，套管12预制镶嵌在安装槽内的混凝土底座11里面，伸缩柱4的顶端与支撑钢板2内侧固定在一起；

在支撑钢板2和安装槽之间设置有筒状的密封气囊3，密封气囊3的顶部与支撑钢板2的内侧面密封固定在一起，密封气囊3的底端与安装槽内的混凝土底座11边缘密封固定在一起，在混凝土底座11和支撑钢板2之间形成一个密封腔。

在管片内设有注浆管8，注浆管8的底端位于管片的底部，顶端穿过管片和混凝土底座11，与密封腔连通；在注浆管8底部设置有真空密封阀9。

在未使用状态下，密封腔内通过注浆管8被抽真空，注浆管8底部的密封阀9关闭，密封气囊3折叠在安装槽内，伸缩柱4位于套管12内，支撑钢板2顶面与管片顶部表面齐平。

在管片拼装后，将注浆设备的出浆管与所述注浆管8对应连接，打开密封阀9，并采用注浆泵加压注浆，混凝土浆料通过注浆管8进入到密封腔内，密封气囊3打开，伸缩柱4从套管内伸出，推动支撑钢板2支撑在隧道外岩土体上。

在管片的底部开设有注浆凹槽10，注浆管8底端和密封阀9位于注浆凹槽内10。密封气囊3为可折叠的耐压橡胶材质。本实施例中，所述伸缩部件4为四个，分别位于安装槽内的四角处。密封气囊3的顶部边缘和底部边缘内部通过钢制压条密封固定在支撑钢板2内侧壁和安装槽内部边缘。在混凝土底座11边缘开设用于容纳折叠后的密封气囊3的凹陷部，密封气囊3底部安装在凹陷部内。支撑钢板2的顶部为弧面，与管片的顶部弧面相匹配，使得收缩在安装槽内时，其外表面与管片的顶部弧面契合。支撑钢板的宽度为管片环宽的1/3，长度为1/3管片弧长，支撑钢板的厚度约5cm，注浆管8不小于DN32。

实施例2：一种盾构隧道防上浮管片，在实施例1的基础上，进一步的，伸缩部件设置为自锁式伸缩柱，采用的自锁结构为：在伸缩柱4外壁上开设横向的限位槽，在限位槽内设置有限位柱13，限位柱13底部设置有弹簧14，在套管上部侧壁上对应位置开设有与限位柱相匹配的限位孔15，伸缩柱4位于套管12内时，限位柱13的一部分收缩在限位槽内，伸缩柱4伸出之后，限位柱13在弹簧14的作用下伸出，卡接在限位孔15内，避免伸缩柱4下滑，参见图4。还可以在套管内壁上位于限位孔下方的位置设置竖向的滑槽，限位柱外端抵接在滑槽内，伸缩柱上移时，限位柱沿滑槽移动，使得限位柱可以准确地进入到限位孔内。

实施例3：一种盾构隧道防上浮管片安装方法，如图4所示，将防上浮管片A与普通钢筋混凝土管片B拼装在盾构隧道相应位置，用于防止管片隧道上浮及管片隧道定位作用。具体包括下列步骤：

S1：当盾构机掘进到1环管片距离时，先在隧道下部开始拼装普通钢筋混凝土管片，在隧道断面2点钟、10点钟，12点钟位置各拼装1片防上浮管片；

S2：第1环管片拼装完成后，盾构机继续向前掘进，随着盾构机的前进，根据油缸伸出长度测算管片脱出盾尾的长度；

S3：待定位管片环宽的2/3脱出盾构机盾尾即支撑板完全露出盾尾刷（即支撑钢板完全露出盾尾刷）后，依次将注浆设备的出浆管连接到12点、10点、2点钟方向防上浮管片的密封阀接头上；

S4：依次打开12点、10点、2点钟方向防上浮管片的密封阀，在密封气囊内的真空负压作用下，吸入速凝高强灌浆混凝土，同时采用注浆泵加压注浆，密封气囊内充满的速凝高强灌浆混凝土与伸缩柱及支撑钢板凝结成一个整体，共同支撑在开挖隧道岩土体上壁，以抵抗管片外注浆及地下水对管片隧道的浮力，防止管片隧道上浮。

上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (9)

1.一种盾构隧道防上浮管片，其特征在于，包括钢筋混凝土管片，在管片的顶部中间位置上开设有安装槽，在安装槽内安装有伸缩部件，安装槽顶部设有支撑钢板，支撑钢板的形状和大小与安装槽顶部开口相契合；

伸缩部件包括底部套管和安装在套管内的伸缩柱，套管预制镶嵌在安装槽内的混凝土底座里面，伸缩柱的顶端与支撑钢板内侧固定在一起；

在支撑钢板和安装槽之间设置有筒状的密封气囊，密封气囊的顶部与支撑钢板的内侧面密封固定在一起，密封气囊的底端与安装槽内的混凝土底座边缘密封固定在一起，在混凝土底座和支撑钢板之间形成一个密封腔；

在管片内设有注浆管，注浆管的底端位于管片的底部，顶端穿过管片和混凝土底座，与密封腔连通；在注浆管底部设置有密封阀。

2.根据权利要求1所述的盾构隧道防上浮管片，其特征在于，在未使用状态下，密封腔内通过注浆管被抽真空，注浆管底部的密封阀关闭，密封气囊折叠在安装槽内，伸缩柱位于套管内，支撑钢板顶面与管片顶部表面齐平。

3.根据权利要求1所述的盾构隧道防上浮管片，其特征在于，在管片拼装后，将注浆设备的出浆管与所述注浆管对应连接，打开密封阀，并采用注浆泵加压注浆，混凝土浆料通过注浆管进入到密封腔内，密封气囊打开，伸缩柱从套管内伸出，推动支撑钢板支撑在隧道外岩土体上。

4.根据权利要求1所述的盾构隧道防上浮管片，其特征在于，在管片的底部开设有注浆凹槽，注浆管底端和密封阀位于注浆凹槽内。

5.根据权利要求1所述的盾构隧道防上浮管片，其特征在于，密封气囊为可折叠的耐压橡胶材质。

6.根据权利要求1所述的盾构隧道防上浮管片，其特征在于，所述伸缩部件为四个，分别位于安装槽内的四角处。

7.根据权利要求1所述的盾构隧道防上浮管片，其特征在于，密封气囊的顶部边缘和底部边缘内部通过钢制压条密封固定在支撑钢板内侧壁和安装槽内部边缘。

8.根据权利要求1所述的盾构隧道防上浮管片，其特征在于，支撑钢板的宽度为管片环宽的1/3，长度为1/3管片弧长。

9.权利要求1所述的盾构隧道防上浮管片安装方法，其特征在于，包括下列步骤：

S1：当盾构机掘进到1环管片距离时，先在隧道下部开始拼装普通钢筋混凝土管片，在隧道断面2点钟、10点钟，12点钟位置各拼装1片防上浮管片；

S2：第1环管片拼装完成后，盾构机继续向前掘进，随着盾构机的前进，根据油缸伸出长度测算管片脱出盾尾的长度；

S3：待定位管片环宽的2/3脱出盾构机盾尾（即支撑板完全露出盾尾刷）后，依次将注浆设备的出浆管连接到12点、10点、2点钟方向防上浮管片的密封阀接头上；

S4：依次打开12点、10点、2点钟方向防上浮管片的密封阀，在密封气囊内的真空负压作用下，吸入速凝高强灌浆混凝土，同时采用注浆泵加压注浆，密封气囊内充满的速凝高强灌浆混凝土与伸缩柱及支撑钢板凝结成一个整体，共同支撑在开挖隧道岩土体上壁，以抵抗管片外注浆及地下水对管片隧道的浮力，防止管片隧道上浮。

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