超高地应力隧道的冻结施工方法及管片拼装方法和管片的密封结构与流程

本发明涉及超高地应力隧道的施工方法领域，特别是一种超高地应力隧道的冻结施工方法及管片拼装方法和管片的密封结构。

背景技术：

1、高地应力是指岩体中由于自重和构造应力作用而产生的应力，其值远大于正常地应力。高地应力通常是指在深部岩体中，由于自重和构造应力的作用，岩体内部所承受的应力值远大于正常地应力。这种高地应力状态会对隧道、矿井等地下工程的建设和运营产生重要影响。高地应力的主要来源包括地球自重和构造运动产生的应力，以及岩体中的温度梯度。高地应力对地下工程的影响主要体现在隧道变形、破坏等方面。在高地应力作用下，隧道开挖后容易发生变形，甚至出现坍塌、破坏等现象。此外，高地应力还可能影响地下工程的稳定性，增加施工难度和风险。因此，在设计和施工过程中需要充分考虑高地应力的影响，采取有效的措施应对，比如增加支护层数和层级，初期支护中，采用喷射混凝土、锚杆、钢拱架等措施对隧道围岩进行加固，防止围岩松动和坍塌。二次支护中，在初期支护的基础上，采用模筑混凝土进行二次支护，提高隧道结构的整体稳定性。在保证支护的同时，对隧道围岩和支护结构进行实时监测，及时发现异常情况并采取相应措施进行处理，确保施工安全。

2、再具体的，高地应力对施工中的破坏具体表现在对密封设备的高强度要求，而现阶段的密封设备想达到该要求，主要解决方法在于提高强度，采用各种饱和式支撑或者提高密封等级，技术人员常年在一线工作，发现上述措施均会大幅提高成本，现阶段没有一种方法可以实现低成本的满足高应力下密封强度的技术要求。

3、加之在盾构施工中，高地应力的情况多属于海底施工或湖底施工的工况，本身就多受施工条件显示，施工场合湿度更大，设备的密封元件也受其影响，实用寿命更低，常规的密封技术更加难以满足施工要求。

4、综上所述，现有技术中，存在如下的不足之处，具体的工作人员认为，复杂条件下隧洞施工密封元件密封等级难以满足施工要求且成本高的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了解决现有技术中超高地应力隧道—中密封件成本高，效果差的问题。

2、本发明的具体方案是：

3、设计一种超高地应力隧道的冻结施工方法，包括如下步骤：

4、（1）超前管棚钻孔：在超高地应力隧道的施工单元起始段，采用超前管棚钻孔作业，具体超前管棚钻孔作业包括如下步骤：

5、a.小导管加工制作：采用前端为尖椎形的小导管，在小导管尾部焊接不小于φ6.5钢筋加劲箍，管壁每隔150mm钻设梅花形溢浆孔，溢浆孔直径8mm；

6、b.钻孔：采用yt-28风动凿岩机进行钻孔作业，钻孔直径不大于50mm，由高孔位向低孔位进行钻孔；

7、c.清孔：采用高压风从孔底向孔口清理钻渣；

8、d.安装：将已加工的小导管用钻头顶进，其尾部与钢架焊接；

9、e.注浆：注浆前先喷射5～10cm厚混凝土，注浆结束后堵塞密实注浆孔，浆液强度达到70%以上，4h后进行下循环开挖。

10、（2）单孔中放入回流双管：超前管棚钻孔结束后，在后续的注浆步骤中，注浆管路设置双回流管，便于管路流通；

11、（3）冻结主管及泵站集中于隧道掘进机后配套：采用冷冻设备，对步骤（2）的主管中的流体实施低温冻结，在该冻结过程中，冻结设备安装在后配套支架上，以实现适应性配套工作。

12、本发明还涉及一种管片拼装方法，使用超高地应力隧道的冻结施工方法，采用三重让压的方法，实现高压下注浆过程中的密封，所述三重让压包括：

13、（1）在连接的钢管片外层加装厚度不小于3cm的橡胶板，管片之间采用厚度不小于5cm加厚密封垫；

14、（2）连接的混凝土管片外层覆孔隙材料层，对应的所述混凝土管片之间采用厚度不小于3cm加厚密封垫；

15、（3）管片外覆盖全包式囊袋，所述全包式囊袋内注浆，以便当外部水土压力达到阈值，浆液挤出并在20分钟内迅速凝固。

16、具体实施中，在所述步骤（2）中，孔隙材料层中的空隙呈梅花状或盘状。

17、所述全包式囊袋为筒状，其包裹所述管片的正反弧面，其边缘比管片边缘宽至少5cm，其表面设有多组平行的割裂纹，所述割裂纹处厚度小于其周围厚度，其极限膨胀压力不大于外部水土的最大压力。

18、本发明还涉及一种管片的密封结构，所述密封结构自隧洞方向向岩层方向依次包括喷射防水涂层、现浇二次衬砌、气膜夹层和管片。

19、具体实施中，所述气膜夹层材质包括pvc基材和涂层；其中涂层包括高分子聚合物或者金属，所述pvc基材与涂层间经由整体热熔连接

20、具体实施中，还包括管片外套装的全包式囊袋，所述全包式囊袋上设有注浆口，所述全包式囊袋内部填充加固浆液。

21、本发明的有益效果在于：

22、结合新型的管片密封方式和管片结构的让压设计，设计出一套可以适应超高水压海底隧道的施工方式，施工效果好，效率高。整个工作过程中，通过超前施工支护，增加管片拼装机和让压设计，和管片外层结构本身的改进，实现了得以对应超高地应力情况的超强密封，该设计可以应对河底，海底等多种超高压的底层情况，同时没有过多的抬高施工成本，工作过程中，设计的灵活度高，便于随时调节；

23、多设备多工艺多步骤的结合，使本发明中的设计具备多重让压，保压特征，相当于具备多重保险，整体施工效果好；

24、全包式囊袋的设计，一方面可以和冻结施工相结合为其提供调节量，另一方面自身的设计可以按需求定时破裂，破裂后形成结合当下情况的密封，再一方面，其自身的存在导致管片具备一定的滑动性，可以一定程度上降低内外应力，也可以实现管片的适量的自行调节，保证整体施工的效果，该调节步骤中，人工介入少，人力成本低；

25、超前支护的设计，一定程度上为后期密封提供了力学支撑，降低了密封难度，从整体上保证了设计目的的推行。

技术特征：

1.一种超高地应力隧道的冻结施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.一种管片拼装方法，使用如权利要求1所述的超高地应力隧道的冻结施工方法，其特征在于：采用三重让压的方法，实现高压下注浆过程中的密封，所述三重让压包括：

3.如权利要求2所述的管片拼装方法，其特征在于：在所述步骤（2）中，孔隙材料层中的空隙呈梅花状或盘状。

4.如权利要求2所述的管片拼装方法，其特征在于：所述全包式囊袋（5）为筒状，其包裹所述管片（4）的正反弧面，其边缘比管片（4）边缘宽至少5cm，其表面设有多组平行的割裂纹（6），所述割裂纹（6）处厚度小于其周围厚度，其极限膨胀压力不大于外部水土的最大压力。

5.一种管片的密封结构，其特征在于：所述密封结构自隧洞方向向岩层方向依次包括喷射防水涂层、现浇二次衬砌（2）、气膜夹层（3）和管片（4）。

6.如权利要求1所述的管片的密封结构，其特征在于：所述气膜夹层（3）材质包括pvc基材和涂层；其中涂层包括高分子聚合物或者金属，所述pvc基材与涂层间经由整体热熔连接。

7.如权利要求1所述的管片（4）的密封结构，其特征在于：还包括管片（4）外套装的全包式囊袋（5），所述全包式囊袋（5）上设有注浆口，所述全包式囊袋（5）内部填充加固浆液。

技术总结本发明涉及超高地应力隧道复杂工况下的施工方法领域，特别是一种超高地应力隧道的冻结施工及管片拼装方法和管片的密封结构。旨在解决现有技术中复杂条件下隧洞施工密封元件密封等级难以满足施工要求且成本高的问题。本发明将冻结工序融入到隧道掘进机设备及施工步中，超前管棚钻孔，单孔中放入回流双管，冻结主管及泵站集中于隧道掘进机后配套。优点在于：结合新型的管片密封方式和管片结构的让压设计，设计出一套可以适应超高水压海底隧道的施工方式，施工效果好，效率高。技术研发人员：吕乾乾,刘永胜,周建军,杨振兴,张艳军,赵海雷,谢希杰,王利明,张继超,任亚坤,刘伟,白彦磊,李文庆受保护的技术使用者：盾构及掘进技术国家重点实验室技术研发日：技术公布日：2024/9/12