(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221083475 6.0 (22)申请日 2022.07.14 (71)申请人 北京建筑大学 地址 100044 北京市西城区展览 路1号 (72)发明人 李会芳　段亚伟　廖维张　马超　 赵密　黄景琦　 (74)专利代理 机构 北京大地智谷知识产权代理 事务所 (特殊普通合伙) 11957 专利代理师 武丽华 (51)Int.Cl. E21D 11/08(2006.01) E21D 11/10(2006.01) E21D 11/38(2006.01) E21D 9/06(2006.01)G01D 21/02(2006.01) C04B 28/26(2006.01) (54)发明名称 一种盾构管片系统及其施工方法 (57)摘要 本发明涉及一种盾构管片系统， 尤其涉及一 种用于提高隧道 ‑场地界面抗剪能力的盾构管片 及其施工方法， 属于隧道工程技术领域。 包括用 于提高隧道 ‑场地界面抗剪能力的盾构管片结构 形式， 通过设置横纵向V形凹槽， 增加隧道与场地 界面间粘结性能从而提高隧道 ‑场地界面的抗剪 能力； 采用微生物诱导碳酸钙沉积技术提升壁后 浆体密实度， 通过实时监测与调控系统保证注浆 效果， 确保注 浆后管片与周围场地通过浆体紧密 连接形成粘 结性能良好的整体系统。 本发明提出 的盾构管片系统及其施工方法， 可以显著提高隧 道‑场地界面抗剪能力， 对于减小隧道地震灾害、 保证隧道安全运营 具有重要意 义。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115059481 A 2022.09.16 CN 115059481 A 1.一种盾构管片系统， 用于提高 隧道‑场地界面抗剪能力， 包括盾构管片、 注浆系统、 监 测与控制系统， 其特 征在于： 所述盾构管片包括环间螺栓孔(1)、 环向螺栓孔(2 )、 纵向V形凹槽(3)、 环向V形凹槽 (4)、 注浆孔(5)； 纵向V形凹槽(3)和环向V形凹槽(4)设置在盾构管片外表 面上， 用于提高界 面抗剪能力； 所述盾构管片相 邻拼接面上还设置有环间螺栓孔(1)、 环向螺栓孔(2)， 分别用 于隧道轴向盾构管片以及环向盾构管片之间的连接； 所述注浆系统包括基本浆液注浆系统(6)、 微生物混合液储液器(7)、 NaOH溶液储液器 (8)、 注浆管(9)； 注 浆管(9)的一端伸入 所述注浆孔(5)中， 另一端分别连接所述基本浆液注 浆系统(6)、 微 生物混合液储液器(7)以及NaOH溶 液储液器(8)； 所述监测与控制系统包括电阻传感器(10)、 pH值传感器(11)、 温度传感器(12)、 传感器 与信号采集装置间连接导线(13)、 信号转化器与PC终端(14)、 温度控制器(15)； 所述电阻传 感器(10)设置在注浆管(9)上， 所述pH值传感器(11)、 温度传感器(12)设置在纵向V形凹槽 (3)或环向V形凹槽(4)内， 所述电阻传 感器(10)、 pH值传感器(11)、 温度传 感器(12)通过传 感器与信号采集装置间连接导线(13)与信号转化器与PC终端(14)连接； 所述温度控制器 (15)设置在盾构管片内表面上； 所述监测与控制系统可实时监测壁后浆体密实度、 pH值和 环境温度， 根据监测结果及时调整微注浆系统生物浆液注入量及其反应环境， 确保注浆后 盾构管片与周围场地紧密连接 。 2.根据权利要求1所述的一种盾构管片系统， 其特征在于： 其中， 沿隧道轴向的纵向V形 凹槽(3)数量根据盾构管片直径与分块数量， 即盾构管片环向曲线长度确定， 最外侧纵向V 形凹槽(3)距盾构管片边缘不小于150mm， 设置1 ‑3条， 纵向V形凹槽(3)深度取盾构管片厚度 的1/4‑1/3， 既不影 响盾构管片整体性， 又能显著 提高注浆后隧道 ‑场地界面粘 结性能， 从而 提高隧道纵向和环向抗剪能力。 3.根据权利要求1所述的一种盾构管片系统， 其特征在于： 环间螺栓孔(1)、 环向螺栓孔 (2)的数量和位置满足受力和构造要求， 且 可与外表 面上纵向V形凹槽(3)、 环向V形 凹槽(4) 错开， 保证盾构管片主体的强度和刚度。 4.根据权利 要求1所述的一种盾构管片系统， 其特征在于： 所述纵向V形凹槽(3)、 环向V 形凹槽(4)中的凹槽横截面均为等腰直角三角形， 盾构管片加工时凹槽模具可采用直角角 钢， 制作简单且方便运输不易破坏； 所述凹槽与壁后浆体结合将隧道与场地粘结为整体， 可 显著提高隧道 ‑场地界面 抗剪能力从而改善隧道抗震性能。 5.根据权利要求1所述的一种盾构管片系统， 其特征在于： 所述注浆孔(5)位于盾构管 片重心位置， 可兼做起吊孔。 6.根据权利要求1所述的一种盾构管片系统， 其特征在于： 所述监测与控制系统中盾构 管片内外表 面之间的各类传感器与信号采集装置间连接导线(13)可从注 浆管(9)与注 浆孔 (5)之间穿过， 不需另外钻孔， 保证盾构管片的整体性。 7.一种根据权利要求1 ‑6任一项所述的盾构管片系统 的施工方法， 其特征在于， 包括如 下步骤： 步骤一： 按照工程设计图、 说明书做好盾构隧道 施工准备； 步骤二： 推进工作完成后， 进行盾构管片组装， 将盾构管片组装成管片环， 保证环间螺 栓孔(1)、 环向螺 栓孔(2)内的螺 栓接头紧固严密；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115059481 A 2步骤三： 盾构管片拼装完成后， 进行壁后注浆施工， 在盾构推进的同时进行； 步骤四： 注浆完成后， 根据隧道使用目的和作业环境， 进行防水、 防腐处 理工序。 8.根据权利要求7所述的施工方法， 其特征在于： 步骤三中， 壁后注浆采用微生物诱导 碳酸钙沉积技术MICP， 用于实现壁后注浆效果的改善， 保证浆体密实度并提高界面粘结性 能， 从而实现界面抗剪能力的提高； 注浆材料包括基本浆液注浆系统(6)内的基本浆液、 微 生物混合液储液器(7)内的微生物混合液， 微生物混合液包括菌液和反应液； 基本浆液是由 水泥、 粉煤灰、 膨胀土、 细砂、 水玻璃和水组成的混合溶液， 按照强度、 耐久性和凝结时间要 求设计配合比； 菌液为巴氏芽孢八叠球菌溶液， 菌液浓度为107cell/ml， OD600值为0.8～ 1.2； 反应液为体积比为1∶ 1的CaCl2和尿素溶液， 浓度为0.5mo l/L。 9.根据权利 要求8所述的施工方法， 其特征在于： 采用MICP温控加固技术， 按1∶4体积比 混合菌液和反应液， 得到的微生物混合液在4℃水浴环 境下保存； 按40 mL/h的流速将混合液 注入盾构管片 ‑场地之间的浆体中， 通过控制注入时间可以调整混合液注入量， 注入混合液 体积为基本浆液的1～ 2％； 在pH值8.0～ 9.0、 环境温度24～ 28℃的条件下进行养护。 10.根据权利要求9所述的施工方法， 其特征在于： 采用电阻率法测定基本浆液的注浆 效果， 将电阻传感器(10)设置在注 浆管(9)上， 无需单独另外钻探孔， 可边注 浆边监测， 根据 壁后浆体电阻变化判断浆体密实度； pH值传感器(11)、 温度传感器(12)设置于盾构管片外 壁上V型凹槽内， 传感器与信号采集装置间连接导线(13)通过注 浆孔(5)与信号转化器与P C 终端(14)连接； 当基本浆液注入后形成的浆体密实度低时， 可通过增加微生物混合液注入 量来改善加固效果； 采用1mol/L的NaOH溶液调节壁后浆体pH值至8.0 ‑9.0， 通过设置于盾构 管片内表 面的温度控制器(15)调整壁后环 境温度达到24 ‑28℃， 此时微生物活性较高， 保证 加固效果从而提高隧道 ‑场地整体性， 实现界面 抗剪能力的提高。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115059481 A 3