本发明涉及一种盾构隧道加固领域，具体涉及一种盾构隧道抗浮结构及其施工方法。
背景技术：
1、盾构隧道上浮是隧道建设期和运营期中普遍存在的问题。盾构隧道掘进施工期间，若处在富水地层中盾构机姿态控制较差或使用惰性浆液同步注浆时，易产生严重的上浮问题。同理，在地铁运营期间，受上方卸载影响（例如，在盾构隧道上方开挖施工基坑），上覆土压力的减小亦不可避免地增加隧道上浮风险。盾构隧道上浮对隧道结构的安全有重要影响，具体表现为：1）使管片侵入隧道建筑限界，增加轴线偏差，影响功能使用；2）使环间管片错台，导致螺栓受剪，管片开裂，严重时甚至会剪断螺栓，形成贯通裂缝，影响结构安全；3）使环间止水失效，导致接缝处渗漏水，严重时甚至会涌土涌砂，威胁隧道运营安全。
2、为了解决运营期间隧道抗浮问题，一些发明人设计了隧道抗浮结构。例如，中国发明专利申请号为200620049257.7，发明创造的名称为门式抗浮结构，其公开了由基坑底板和抗拔桩组成的门式抗浮结构，来控制隧道上浮。但若隧道周边不存在抗拔桩施工条件或不存在基坑底板时，则无法应用该抗浮结构，其应用条件受限较多。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了提供一种不仅盾构隧道抗浮效果好，而且不侵入隧道建筑限界，不影响隧道建筑空间内的管道走线和列车运营的一种盾构隧道抗浮结构及其施工方法。
2、本发明的技术方案是：
3、一种盾构隧道抗浮结构，包括抗浮单元，其包括：
4、预置钢板，固定在盾构管片内壁上，预置钢板所在的盾构管片处设有预留注浆孔，且预置钢板上设有与预留注浆孔对应的钢板过孔；
5、水泥土桩，位于盾构管片外侧的土层内，水泥土桩一端靠近或抵接在盾构管片的外壁上；
6、抗浮构件，抗浮构件一端与预置钢板固定连接，抗浮构件另一端依次穿过钢板过孔与预留注浆孔并插入水泥土桩内。本方案的一种盾构隧道抗浮结构通过预置钢板、水泥土桩与抗浮构件组合形成，能够有效增强盾构隧道的抗浮效果，并且盾构隧道抗浮结构的施工不受是否存在基坑底板和是否符合抗拔桩施工条件的限制。另一方面，本方案的一种盾构隧道抗浮结构仅需要在盾构管片内壁上固定预置钢板，因而不会侵入隧道建筑限界，不影响隧道建筑空间内的管道走线和列车运营。
7、作为优选，还包括环向褥垫层，采用在盾构管片外侧注浆形成，环向褥垫层环绕设置在盾构隧道外侧并与盾构管片连为一体，水泥土桩一端与环向褥垫层连为一体，抗浮构件穿过环向褥垫层。基于此，水泥土桩作用在盾构管片上的作用力将通过环向褥垫层分布到隧道环向一周的各盾构管片上，避免盾构管片集中受力，从而有效的减小隧道结构的局部受力与变形，降低了相邻管片错台或差异沉降的风险。
8、作为优选，环向褥垫层的厚度大于等于水泥土桩最大直径的一半。如此，可以使环向褥垫层具有足够的强度，能够将水泥土桩作用在盾构管片上的作用力分布到隧道环向一周的各盾构管片上，以避免盾构管片集中受力。
9、作为优选，抗浮单元为多个，各抗浮单元的水泥土桩均位于盾构隧道的下方；或者各抗浮单元中的一部分抗浮单元的水泥土桩位于盾构隧道的下方，另一部分抗浮单元的水泥土桩位于盾构隧道的上方。基于此，位于盾构隧道下方的各抗浮单元既能实现隧道抗浮功能，又能起到隧道沉降变形控制的作用，实现了隧道抗浮和沉降变形双线控制，极大程度上降低了工程成本。位于盾构隧道上方的各抗浮单元能够进一步有效的提高隧道抗浮效果。
10、作为优选，抗浮单元中的一部分抗浮单元的水泥土桩呈竖直分布，另一部分抗浮单元的水泥土桩呈倾斜分布。通过竖直分布的水泥土桩与倾斜分布的水泥土桩配合，可以进一步有效的提高隧道抗浮效果和隧道沉降变形控制效果。
11、作为优选，预置钢板与盾构管片内壁对应的呈弧形，预置钢板紧靠在盾构管片内壁上，且预置钢板通过高强螺栓固定连接在盾构管片内壁上。如此，一方面方便预置钢板的安装固定，另一方面，预置钢板呈弧形，以使预置钢板可以紧靠在盾构管片内壁上，从而进一步保证本方案的盾构隧道抗浮结构不会侵入隧道建筑限界，不影响隧道建筑空间内的管道走线和列车运营。
12、作为优选，抗浮构件与预留注浆孔之间设有密封填充结构。如此，可以避免盾构隧道外高水土压力环境下产生的渗漏风险。
13、作为优选，密封填充结构包括：
14、聚氨酯填充层，其靠近盾构管片的外壁；
15、微膨胀细石混凝土填充层，其靠近盾构管片的内壁；
16、膨胀止水橡胶层，位于聚氨酯填充层与微膨胀细石混凝土填充层之间。如此，可以保证密封填充结构密封可靠性，有效的避免盾构隧道外高水土压力环境下产生的渗漏风险。
17、一种盾构隧道抗浮结构的施工方法，包括以下步骤：
18、将预置钢板固定在盾构管片内壁的指定位置；
19、水泥土桩施工，采用高压旋喷桩机的旋喷钻杆通过预留注浆孔，在盾构管片外侧的土层内施工水泥土桩；然后高压旋喷桩机的旋喷钻杆复位；
20、植入抗浮构件，在水泥土桩的水泥土初凝前，将抗浮构件通过预留注浆孔植入水泥土桩内；
21、在水泥土桩养护龄期达到设计要求后，在抗浮构件与预留注浆孔之间填充密封填充材料；接着，将抗浮构件与预置钢板焊接相连。通过预置钢板、水泥土桩与抗浮构件组合形成的盾构隧道抗浮结构，能够有效增强盾构隧道的抗浮效果，并且施工不受是否存在基坑底板和是否符合抗拔桩施工条件的限制。同时该施工方法的盾构隧道抗浮结构不会侵入隧道建筑限界，不影响隧道建筑空间内的管道走线和列车运营。
22、一种盾构隧道抗浮结构的施工方法，包括以下步骤：
23、将预置钢板固定在盾构管片内壁的指定位置；
24、水泥土桩施工，采用高压旋喷桩机的旋喷钻杆通过预留注浆孔在盾构管片外侧的土层内施工水泥土桩；然后高压旋喷桩机的旋喷钻杆复位；
25、施工环向褥垫层，通过盾构管片上的预留注浆孔在盾构管片外侧注浆形成环向褥垫层，水泥土桩一端与环向褥垫层连为一体；
26、植入抗浮构件，在水泥土桩的水泥土初凝前，将抗浮构件通过预留注浆孔植入水泥土桩内；
27、在水泥土桩养护龄期达到设计要求后，在抗浮构件与预留注浆孔之间填充密封填充材料；接着，将抗浮构件与预置钢板焊接相连。通过预置钢板、水泥土桩与抗浮构件组合形成的盾构隧道抗浮结构，能够有效增强盾构隧道的抗浮效果，并且施工不受是否存在基坑底板和是否符合抗拔桩施工条件的限制。同时该施工方法的盾构隧道抗浮结构不会侵入隧道建筑限界，不影响隧道建筑空间内的管道走线和列车运营。另一方面，水泥土桩作用在盾构管片上的作用力将通过环向褥垫层分布到隧道环向一周的各盾构管片上，避免盾构管片集中受力，从而有效的减小隧道结构的局部受力与变形，降低了相邻管片错台或差异沉降的风险。
28、本发明的有益效果是：
29、其一，不仅盾构隧道抗浮效果好，而且不侵入隧道建筑限界，不影响隧道建筑空间内的管道走线和列车运营。
30、其二，水泥土桩作用在盾构管片上的作用力将通过环向褥垫层分布到隧道环向一周的各盾构管片上，避免盾构管片集中受力，从而有效的减小隧道结构的局部受力与变形，降低了相邻管片错台或差异沉降的风险。
31、其三，既能实现隧道抗浮功能，又能起到隧道沉降变形控制的作用，实现了隧道抗浮和沉降变形双线控制，极大程度上降低了工程成本。
1.一种盾构隧道抗浮结构，其特征是，包括抗浮单元，其包括：
2.根据权利要求1所述的一种盾构隧道抗浮结构，其特征是，还包括环向褥垫层，采用在盾构管片外侧注浆形成，环向褥垫层环绕设置在盾构隧道外侧并与盾构管片连为一体，水泥土桩一端与环向褥垫层连为一体，抗浮构件穿过环向褥垫层。
3.根据权利要求2所述的一种盾构隧道抗浮结构，其特征是，所述环向褥垫层的厚度大于等于水泥土桩最大直径的一半。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种盾构隧道抗浮结构，其特征是，所述抗浮单元为多个，各抗浮单元的水泥土桩均位于盾构隧道的下方；或者各抗浮单元中的一部分抗浮单元的水泥土桩位于盾构隧道的下方，另一部分抗浮单元的水泥土桩位于盾构隧道的上方。
5.根据权利要求4所述的一种盾构隧道抗浮结构，其特征是，所述抗浮单元中的一部分抗浮单元的水泥土桩呈竖直分布，另一部分抗浮单元的水泥土桩呈倾斜分布。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种盾构隧道抗浮结构，其特征是，所述预置钢板与盾构管片内壁对应的呈弧形，预置钢板紧靠在盾构管片内壁上，且预置钢板通过高强螺栓固定连接在盾构管片内壁上。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种盾构隧道抗浮结构，其特征是，所述抗浮构件与预留注浆孔之间设有密封填充结构。
8.根据权利要求7所述的一种盾构隧道抗浮结构，其特征是，所述密封填充结构包括：
9.一种权利要求1-8任意一项所述的一种盾构隧道抗浮结构的施工方法，其特征是，包括以下步骤：
10.一种权利要求2-3任意一项所述的一种盾构隧道抗浮结构的施工方法，其特征是，包括以下步骤：
