[发明专利]一种盾构隧道端头微生物加固结构及其施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微生物加固结构及其施工方法，特别涉及一种盾构隧道端头微生物加固结构及其施工方法。

背景技术

目前，在盾构进出洞时，一般采用的施工方法是先完成盾构井主体结构，再对盾构隧道端头土体进行改良加固，然后凿除洞门处钢筋混凝土围护结构，进而完成盾构机始发或到达。其中，洞门破除要求的时间非常紧，施工难度大。洞门破除后对加固体强度及密封性要求很高，加固效果不佳时，在洞门破除时极易出现盾构与洞门间隙涌泥涌砂及地表沉降现象，进而危及附近地下管线和建筑物的安全。为防止此类现象发生，以满足强度和抗渗性的要求，如何选择合理的盾构隧道端头加固处理方案，或者是选择合理的盾构进出洞施工方法，是目前需要解决的关键技术问题。

盾构隧道端头常用的加固方式有深层搅拌法、高压旋喷法、SMW工法、人工冻结法、注浆法、素混凝土灌注桩法和降水法等。土体加固可以采用一种工法或多种工法相结合的加固手段。加固方式应根据工程地质条件、地下水位、结构埋深、盾构机型与直径、作业环境等条件来进行选择，同时考虑安全性、施工方便性、经济性、工期等因素。目前，端头地层加固方式可以分为以下两大类：

（1）化学加固方式——高压喷射注浆法、深层搅拌法、注浆法、素混凝土灌注桩法等；

（2）物理加固方式——冻结法、降水法等。

可以看出，上述两大类土体加固方法都是利用机械能或人造材料对土体进行物理化学加固，而在机械施工及材料生产过程中均需要消耗大量的能源。其中，基于水泥、石灰或化学浆材的化学加固技术是一种极为常用的土体加固方法，它是将浆液灌入土体的孔隙或者与土体强制搅拌混合，从而达到增强土体强度，降低其渗透性的目的。然而，水泥与石灰等传统的胶凝材料能改变土体的pH值，使土体呈碱性并形成一定范围的侵蚀环境，对地下水与周围植被均会造成不良的影响。水泥生产过程中还会排放大量的温室气体，每生产1t水泥熟料，因燃煤和石灰石分解会排放出1t的CO₂，其存在能耗高、污染环境等缺点，势必会对生态环境构成威胁，严重阻碍建设资源节约型和环境友好型社会的发展进程。对于其它化学灌浆材料而言，除了水玻璃（Na2SiO3）外，所有化学浆材（环氧树脂类、丙烯酸盐类、酚醛树脂类、聚氨酯类等）都是有毒的。因此，研究节能减排、生态环保、经济高效的新型土体加固方法意义重大。如何寻找到具有能耗小、污染少且性能优良的新型土体加固技术是目前亟待坚决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的盾构隧道端头常用加固方式存在诸多问题而提供的一种盾构隧道端头微生物加固结构及其施工方法。

本发明提供的盾构隧道端头微生物加固结构是在围护结构的前端设有微生物加固区，微生物加固区靠近围护结构侧设置有垂直管。

微生物加固区的范围：其中隧道横向断面的上下距离为盾构机外径底部下方3.0m处至地面，隧道横向断面的左右距离为盾构机外径左边3.0m至盾构机外径右边3.0m处，隧道纵向断面方向为盾构主机长度加上2-3倍管片宽度为纵向加固长度，盾构机外径周圈3.0m范围内为强加固区，隧道顶部以上3.0m至地面为弱加固区。

垂直管为加热管兼做冻结管，直径为127mm，垂直管设有1-3排，插花布置，垂直管间距为800mm，排间距为800mm；垂直管深度为地面至盾构机外径底部3m，垂直管的材质为无缝低碳钢管或PVC或PPR或ABS或PE管，垂直管截面为圆形或工字形或X形或T形或Y形。

本发明提供的盾构隧道端头微生物加固结构的施工方法，其具体方法如下所述：

第一步、微生物加固区的施工，具体工艺如下：

定位→预搅拌喷菌液下沉→至设计深度时，原地喷菌液1min→搅拌喷菌液上升→重复搅拌喷菌液下沉→重复搅拌喷菌液上升→搅拌喷胶结溶液下沉→至设计深度时，原地喷胶结溶液1min→搅拌喷胶结溶液上升→重复搅拌喷胶结溶液下沉→重复搅拌喷胶结溶液上升→完成移机；

第二步、加热循环系统的施工：在第一步的微生物加固区施工完毕后，即刻进行加热循环系统的施工，具体为：采用热水或热盐水在微生物加固区内布设的垂直管内循环，热水或热盐水温度控制在30-70℃，热水循环施工时温度监测同时进行，当95%以上的测温点温度达到30℃以上时停止循环热水；