[发明专利]一种可吸收挤压变形的盾构端头井加固结构及其施工方法

说明书

本发明提供了一种可吸收挤压变形的盾构端头井加固结构及其施工方法，该加固结构包括第一垂直加固层、包覆在所述第一垂直加固层外的第二垂直加固层和填充在所述第一垂直加固层、所述第二垂直加固层与端头井侧壁之间的旋喷桩加固层；所述第一垂直加固层覆盖隧道施工区域且四周边缘向外超过隧道施工区域。本发明提供的加固结构由抗渗和吸收变形性能极强的混合有泡沫的固化土形成第一垂直加固层，由抗渗和整板性能均很好的水泥固化土形成第二垂直加固层，相较于传统的单一水泥土加固结构，具有良好的吸收挤压变形的能力，避免了盾体通过时加固区域内大量贯通性裂缝的产生，减少了盾构始发和接收阶段涌水和涌砂现象的发生，极大地提升了施工安全性。

技术领域

本发明涉及土木工程材料和施工技术领域，具体涉及一种可吸收挤压变形的盾构端头井加固结构及其施工方法。

背景技术

盾构施工过程，盾构机的始发阶段(盾体由始发井全部进入土体，依靠反力架顶推前进的阶段)和接收阶段(盾体由土体完全推出进入接收井的阶段)为两个存在重大安全风险的施工阶段，其中主要安全风险因素之一是盾体处于洞门中间，洞门为非封闭状态，地下水和流沙极易通过盾体与洞门的空隙流入(或涌入)始发井和接收井，造成端头井侧壁外围土体失稳，导致坍塌和管涌安全事故，为降低安全风险常采用始发端和接收端端头井侧壁外围加固技术，常用加固方式是水泥固化土止水墙。

工程应用表明水泥固化土止水墙有效地降低了盾构始发和接收安全风险，但因水泥土固化后表现出极大的脆性破坏特性，受挤压吸收变形能力较弱，加固区域内的土体在盾体经过时，受到挤压经常快速发生脆性开裂，出现延向未加固区的贯通性裂缝，为地下水和流沙向工作面的流动涌入提供了原始通道，极大地降低了加固区的止水效果，由此引发的始发和接收阶段抢险工作频繁发生，成为当时盾构施工无法规避的技术问题。

发明内容

本发明的目的是解决上述的不足，提供一种可吸收挤压变形的盾构端头井加固结构及其施工方法。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种可吸收挤压变形的盾构端头井加固结构，设置在靠近端头井的位置处，包括第一垂直加固层、包覆在所述第一垂直加固层外的第二垂直加固层和填充在所述第一垂直加固层、所述第二垂直加固层与端头井侧壁之间的旋喷桩加固层；

所述第一垂直加固层采用混合有泡沫的固化土制成，所述第二垂直加固层采用水泥固化土制成，所述第一垂直加固层覆盖隧道施工区域且四周边缘向外超过隧道施工区域。

进一步地，所述第一垂直加固层的轴向分布区域为从离端头井侧壁0.65m至沿隧道方向外延10～15m范围内，所述第一垂直加固层的周向分布区域为从隧道施工区域中心至隧道轮廓线外扩1m范围内。这样设计，便于工作人员进行施工，而且经过验证，加固效果可靠。

进一步的，所述第二垂直加固层的轴向分布区域为从离端头井侧壁0.65m至沿隧道方向外延10～15m范围内，所述第二垂直加固层的周向分布区域为从隧道轮廓线外扩1m至隧道轮廓线外扩3～5m范围内。这样设计，便于工作人员进行施工，而且经过验证，加固效果可靠。

进一步的，所述旋喷桩加固层的轴向分布区域为从端头井侧壁至沿隧道方向外延0.65m范围内，所述旋喷桩加固层的周向分布区域为从隧道施工区域中心至隧道轮廓线外扩5m范围内。这样设计，便于工作人员进行施工，而且经过验证，加固效果可靠。

进一步的，所述混合有泡沫的固化土由泡沫、固化剂和原位土壤搅拌而成，泡沫按照体积量添加，比例为原位土壤体积的10％～15％。这样设计，泡沫添加体积较小，是基于减少泡沫引起的土体体积膨胀，大量试验表明泡沫采用以上添加量，引起土体体积膨胀极小。

进一步的，所述混合有泡沫的固化土28d龄期特征如下：无侧限抗压强度不低于1.2MPa，渗透系数不大于1.0×10^-7cm/s，湿密度不大于1300kg/m³。这样设计，保证了第一垂直加固层的结构稳定，且具有快速吸收盾体挤压变形的能力，结构简单，稳定牢靠。