[0001] 本发明涉及地下工程技术领域，特别涉及一种适合强透水层盾构穿越超深竖井的装置及其施工方法。

[0002] 在盾构隧道施工过程中，盾构机常常需要穿越竖井，尤其是在高富水复杂地质条件下，这种施工环境的难度和风险大幅增加。为了确保施工的安全性，现有技术通常采用多种措施来控制竖井中的水土压力，防止在施工过程中出现涌水、涌砂等危险事故。现有的常见做法是，在竖井结构的外侧设置封闭结构或U型素地连墙止水，并通过搅拌桩或旋喷桩等工艺对地连墙与围护结构之间的区域进行满堂加固。为保证施工洞口的安全，通常在洞口处采用临时竖向冻结技术，同时预留辅助降水措施以减轻地下水的压力。竖井结构的内部通常采用塑性混凝土进行回填，盾构机穿越完成后，需要凿除这些塑性混凝土和钢筋混凝土管片，并施作后浇环梁以确保结构稳定性。

[0003] 尽管上述方法在保证竖井穿越的安全性方面具有一定的效果，但也存在一些明显的不足。首先，施工工序繁多，涉及封闭结构、止水措施、加固桩以及临时冻结技术等多项复杂工序，导致施工时间较长、成本较高。此外，竖井外侧通常采用大量端头加固措施，增加了施工难度和投资成本。其次，在盾构机穿越竖井后，需要对内部的塑性混凝土进行回填和凿除，增加了工程量和施工复杂性，特别是管片的凿除工作耗时耗力，且容易引发工程风险。因此，现有技术在提升工程效率、降低风险和节约成本方面仍有改进空间。

[0028] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明。

[0029] 此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本申请的各方面。

[0030] 请参阅图1‑2，本实施例提供了一种适合强透水层盾构穿越超深竖井的装置，包括套筒结构，该套筒结构由钢筋混凝土套筒1、钢套筒2和防水装置3组成，该套筒结构不仅为盾构机穿越提供稳定的通道。钢筋混凝土套筒设置在两端，分别与超深竖井侧墙先期环梁相接，并凸出侧墙一定长度。钢套筒2设置在两侧的钢筋混凝土套筒1之间，钢套筒2主要用于在盾构机穿越时提供穿越空间，确保盾构穿越时竖井内外的水土压力保持平衡，从而防止水土渗漏的风险。防水装置3位于钢筋混凝土套筒1和钢套筒2之间，包括帘布橡胶板和翻板，通过帘布橡胶和翻板形成密封效果，确保在高水压条件下仍然具有良好的防水性能。

[0031] 套筒结构的内部填充了水土，这些水土的压力与超深竖井外侧围护结构的水土压力保持平衡。通过这种压力平衡，可以避免盾构机在穿越过程中因压力差异引发的不稳定现象，如涌水或涌砂等危险。在盾构机穿越时，在盾构管片5背后形成了建筑间隙4，这些间隙需要通过注浆进行填充，注浆不仅起到密封的作用，还通过加固建筑间隙4，进一步提高了结构的稳定性，避免后期的渗水或结构位移问题。

[0032] 本实施例中，钢筋混凝土套筒1部位的建筑间隙4的注浆方式采用多种措施加强背后注浆。在盾构机穿越过程中可进行同步注浆，同步注浆即在盾构掘进的同时进行注浆，确保建筑间隙4及时得到填充，避免空隙产生，二次注浆则是在盾构机穿越完成后，再次对钢筋混凝土套筒1部位的建筑间隙4进行注浆，以进一步密实间隙，增加防水性能并确保隧道结构的长期稳定性，为了增强该建筑间隙4的密封效果，还在其中注入聚氨酯，聚氨酯材料具有优良的弹性和防水性能，可以有效防止渗水，提高隧道结构的防水性能和耐久性。

[0033] 进一步地，钢筋混凝土套筒1的截面设计为圆形，便于盾构机的通过，且钢筋混凝土套筒1与端墙处先期环梁相接，确保了整个结构的连续性和稳定性，先期环梁起到加固竖井侧墙和端部的作用，与钢筋混凝土套筒1相接后，整体结构形成了一个完整的环形支撑系统，有效增强了竖井的抗压强度和稳定性。靠近地下连续墙的一侧设计了更厚的壁，提供更大的强度和稳定性，而靠近钢套筒2的一侧壁较薄，以便为钢套筒2的安装提供空间，同时在保证整体结构强度的情况下减少材料的使用。

[0034] 进一步地，素混凝土基座6安装在超深竖井的底部，用于支撑钢筋混凝土套筒1和钢套筒2，确保底部支撑更加稳定，防止竖井底部在长期承载压力下发生沉降或其他结构性问题，进一步提高盾构穿越竖井时的安全性和稳定性。

[0035] 请参阅图3，本发明的另一实施例描述了一种基于上述适合强透水层盾构穿越超深竖井的装置的施工方法，包括以下步骤：

[0036] S1，首先在超深竖井的两侧安装钢筋混凝土套筒1，钢筋混凝土套筒1的设计使其凸出于超深竖井的侧墙一定长度。

[0037] 通过以上步骤，保证了盾构机穿越时，钢筋混凝土套筒1不仅可以提供稳定的结构支撑，还能防止竖井侧墙受到施工影响。

[0038] S2，在两侧的钢筋混凝土套筒1之间安装钢套筒2，在钢筋混凝土套筒1与钢套筒2之间安装防水装置3。

[0039] 通过以上步骤，钢套筒2在隧道掘进过程中提供额外的支撑，防水装置3确保密封性能，避免施工过程中发生水渗入的问题。

[0040] S3，在超深竖井的底部回填素混凝土基座6，以支撑和固定钢筋混凝土套筒1和钢套筒2。

[0041] 通过以上步骤，素混凝土基座6为整个套筒结构提供稳定的基础支撑，防止竖井底部出现沉降或其他结构性问题，进一步提升整体的结构稳定性。

[0042] S4，在套筒结构内部回填水土，使水土的压力与超深竖井外侧围护结构的水土压力保持平衡。

[0043] 通过以上步骤，填充与外部围护结构水土压力平衡的水土，确保竖井内部和外部的压力一致，这种平衡能够有效防止盾构机穿越时出现的涌水、涌砂现象，减少施工中的风险。

[0044] S5，盾构机穿越施工，拼装盾构管片5，所述盾构管片5背后的建筑间隙4通过同步注浆的方式初步填充。

[0045] 通过以上步骤，随着盾构机的推进，铺设盾构管片5，盾构管片5作为隧道的支撑结构，确保隧道内壁的稳定性，在盾构管片5背面形成建筑间隙4，此时通过同步注浆的方式对建筑间隙4进行初步填充，确保间隙的密实度，并为后续的施工提供基础。

[0046] S6，通过在所述钢筋混凝土套筒1部位的建筑间隙4进行二次注浆进一步密实填充，并注入聚氨酯以增强渗水阻力。

[0047] 通过以上步骤，通过二次注浆对钢筋混凝土套筒1部位的建筑间隙4进行进一步密实填充，确保间隙均被完全密封，并在间隙中注入聚氨酯，以增强其渗水阻力，从而确保整个结构在高水压条件下仍具备良好的防水性能，避免后续的渗漏问题。

[0048] 进一步地，还包括步骤S7，盾构机完成穿越施工后，开始拆除钢套筒2。通过密实建筑间隙、加长渗水通道距离以提高渗水阻力的方式保证拆除钢套筒2时不发生涌水涌砂事故。并且，在盾构机穿越施工和钢套筒2拆除的过程中，需对钢筋混凝土套筒1所在区段的管片进行位移和变形的监测，确保盾构机穿越时和拆除钢套筒2时隧道结构的稳定性。此外，还要监测钢筋混凝土套筒1背后的地下水流动情况以及土体的稳定性，防止在施工过程中由于压力变化引起水土渗漏或土体移位。在步骤S7中，拆除钢套筒2之前，首先需要对钢筋混凝土套筒1部位的建筑间隙4中的注浆体进行检测，确保建筑间隙4中的注浆体已经完全填充且密实，避免在钢套筒2拆除后，因填充不足而导致渗漏或结构不稳定的情况，在检测确认建筑间隙4的注浆体质量符合要求后，才能继续进行钢套筒2的拆除工作，从而保证拆除过程中不会影响整个隧道的稳定性和安全性。

[0049] 综上所述，本发明公开了一种适合强透水层盾构穿越超深竖井的装置及其施工方法，通过采用钢筋混凝土套筒1和钢套筒2的优化设计，有效简化了盾构穿越超深竖井的施工工序，省去了传统端头加固措施，减少了回填及凿除塑性混凝土的工程量，同时避免了大量凿除盾构管片5的操作，不仅降低了施工过程中的风险，还显著提高了工程进度，通过减少繁琐的工序和材料耗费，本发明在保证工程质量的同时，节约了大量工程投资。该方法适用性强，操作便捷，特别适合于在强透水地层下进行盾构隧道穿越超深竖井的施工，具有较高的实用价值和推广意义，在降低施工风险的同时，本发明显著节约了工程投资，为盾构穿越工程提供了一种高效、安全且经济的解决方案。

[0050] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。