一种控制地铁运营盾构隧道沉降的自膨胀桩施工方法技术

本发明专利技术提供了一种控制地铁运营盾构隧道沉降的自膨胀桩施工方法，包括以下步骤：1)勘探取样：在隧道工后长期沉降区域钻孔取出岩芯，将岩芯进行的土工试验，得到试样的物理力学指标并划分不同的土层范围，确定坚硬土层顶面所在位置埋深，选择适合不同类别土层的注浆压力P

【技术实现步骤摘要】
一种控制地铁运营盾构隧道沉降的自膨胀桩施工方法


[0001]本专利技术涉及隧道施工领域，尤其涉及地铁运营盾构隧道沉降的自膨胀桩施工方法。

技术介绍

[0002]在软土地层中修建地铁盾构隧道，盾构隧道工后会有不断发展的长期沉降，隧道长期沉降中最常见的病害形式有水害、衬砌破损和运行不平顺。隧道水害不仅增加隧道内湿度，造成电路短路等事故，而且危及运输安全。隧道由于渗水和漏水，将会造成衬砌开裂或使原有裂缝发展变大，加重衬砌的裂损。隧道的长期沉降，使得列车运行不平顺。目前对于控制地铁盾构隧道沉降有许多措施，如扩大承载面积、增大初期支护刚度、增设仰拱、增设锁脚钢管、软基注浆、增设锚杆等。扩大承载面积、增大初期支护刚度、增设仰拱、增设锁脚钢管等这些都是在施工阶段的措施，在隧道开挖时增强地基承载力，需要大空间，软基注浆易被地下水流冲刷，无法保证有效加固范围，增设锚杆在钻孔和安装过程中比较复杂、工作量较大和时间长，会影响地铁的正常运营。但是运营期间的地铁盾构隧道不能进行大规模的开挖和修复，而且运行的隧道空间较小，大型设备无法进入修复，每天的夜间运营隧道停运时间短需要保证在较短的时间里采取控制地铁下沉和加固土体的措施，因此，有必要研究一种有效控制地铁运营盾构隧道下沉的自膨胀桩的施工方法，该方法不需要大型设备，对盾构隧道管片损伤小，施作时间短，并有效加固盾构隧道周围土体。
[0003]中国专利(申请号：202022270102.9，公开日：2020
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13)公开了一种隧道内软基处理的钢管桩复合地基结构，适用于隧道施工阶段，通过开设多个等间距的潜地桩和深地桩，形成的钢管桩复合地基提升地基承载力，但在地桩中直接注入浆液，无法控制注浆范围，极易被地下水冲刷流失，而且需要施作的空间大，无法在狭小的运营盾构隧道内施工。
[0004]上述专利只适用于地铁隧道施工阶段，施作空间大，无法控制浆液，与地铁运营盾构隧道要求的小开挖、短时和可注性相违背。
[0005]中国专利(申请号：202110236605.0，公开日：2021
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03)公开了一种盾构隧道破碎带地层注浆加固设备及其注浆加固方法，其利用小型的注浆设备注入盾构管片背部区域和深度注浆区域，两部分区域通过先后注浆加固隧道，破碎地带透水性强，在施作的过程中没办法控制注浆，需要进行多次注浆，并无法保证注浆质量，导致人力物力的增加。中国专利(申请号：202010419966.4，公开日：2020
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18)公开了一种盾构隧道压密注浆结构，其利用支撑脚和可调节注浆组件组成的注浆装置，提升注浆效率和稳定性，但没有提供可靠稳定的注浆加固方法，无法保证对地基的加固效果。中国专利(申请号：201310554187.5，公开日：2013
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11)公开了软土地基盾构隧道沉降控制钢套管注浆加固装置，其利用TAM单元串接成的钢套管，结合膨胀式止浆塞，可以在任意埋深向周围土体进行注浆，但无法判断周边土层特性，施加相应的注浆压力，降低了浆液的可注性。
[0006]上述专利适用于地铁隧道运营阶段，都没有很好的控制性注浆措施，浪费人力物力，并无法保证形成桩体的质量。
[0007]中国专利(申请号：201811252811.5，公开日：2018
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25)公开了盾构隧道内深孔注浆加固方法及设备，其在注浆管内设置逆止阀，注浆管管口设置球阀，封堵地下水和跑浆的现象，但没有提供小型便捷的注浆装置，无法保证注浆加固的顺利进行。中国专利(申请号：202011618835.5，公开日：2020
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31)公开了一种盾构隧道沉降控制钢套管注浆加固装置，其钢套管分内钢管和外钢管，两部分钢管通过注浆组件分开注浆，延伸了注浆长度，但没有控制注浆量的措施，形成的微型桩质量无法保证。
[0008]上述专利适用于地铁运营阶段，没有提供系统的注浆加固措施和通畅运作的施工设备，无法保证注浆的短时高效和成桩的质量。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的问题是提供一种控制地铁运营盾构隧道沉降的自膨胀桩施工方法，用于有效控制地铁运营盾构隧道沉降和加固盾构隧道周围土体。
[0010]为了解决上述的技术问题，本专利技术解决这些问题所采用的技术方案是：
[0011]一种控制地铁运营盾构隧道沉降的自膨胀桩施工方法，包括以下步骤：
[0012]1)勘探取样：在隧道工后长期沉降区域钻孔取出岩芯，将岩芯进行的土工试验，得到试样的物理力学指标并划分不同的土层范围，确定坚硬土层顶面所在位置埋深，采取高压注浆，依据分析土样得出的数据，通过判据公式，选择适合不同类别土层的注浆压力P
注浆
；所述判据公式为：
[0013][0014]由孔隙比与压力曲线e
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p，得到：
[0015]e＝e0‑
ap
[0016][0017]P
注浆
＝k0γh+p其中，s：土层压缩量、e0：初始孔隙比、e1：最终孔隙比、b：土层压缩影响范围、a：压缩系数、k0：土的静止侧压力系数；
[0018]2)钢管和圆型土工袋制作：
[0019]21)选取与钻孔匹配的钢管，并且钢管外壁与钻孔内壁之间间隔一定距离以放置圆形土工袋和钢管箍环；
[0020]22)通过勘探取样分析划分不同土层范围，在钢管外侧按照土层的划分，依次打上注浆口；土层交界处的钢管位置制作管节，管节内放置橡胶密封圈，利用PC塑料制成的圆饼封堵管节；
[0021]23)在钢管外套置圆型土工袋，相邻两个圆型土工袋的交接处套置钢管箍环固定；
[0022]3)钻机钻注浆孔：注浆孔的孔底钻至坚硬土层顶面以下；
[0023]4)灌浆施工：放置制作完成的钢管和圆型土工袋，利用打孔注浆一体机向钢管内注入膏状浆液；所述膏状浆液是由≥60％的粗、细骨料级配的石子和≤40％的可硬化膏状水泥浆组成。
[0024]在一较佳实施例中：步骤4包括以下子步骤：
[0025]41)灌浆时自上而下开始第一段注浆，先利用钻机钻开第一管节处的PC塑料制成的圆饼，再将注浆管下放至注浆区域，依据土层性质施加注浆压力；浆液由注浆孔流入第一层圆型土工袋，第二管节处的圆饼封堵使得浆液不能流入第二段钢管内；
[0026]42)第一段注浆结束后，拔出注浆管，将事先涂抹了混凝土脱膜剂的钢筋沿注浆管位置下放到第二管节圆饼顶面；
[0027]43)待混凝土硬化后将钢筋脱模，利用钻机沿孔洞钻取钻孔，重复步骤42和43；最后完成桩顶段的注浆，取出注浆管，修复钻取钻孔破坏的管片。
[0028]在一较佳实施例中：所述钢管的直径为129mm。
[0029]在一较佳实施例中：所述注浆口直径为25mm，注浆口的数量不小于20个/米。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种控制地铁运营盾构隧道沉降的自膨胀桩施工方法，其特征在于包括以下步骤：1)勘探取样：在隧道工后长期沉降区域钻孔取出岩芯，将岩芯进行的土工试验，得到试样的物理力学指标并划分不同的土层范围，确定坚硬土层顶面所在位置埋深，采取高压注浆，依据分析土样得出的数据，通过判据公式，选择适合不同类别土层的注浆压力P
注浆
；所述判据公式为：由孔隙比与压力曲线e
‑
p，得到：e＝e0‑
apP
注浆
＝k0γh+p其中，s：土层压缩量、e0：初始孔隙比、e1：最终孔隙比、b：土层压缩影响范围、a：压缩系数、k0：土的静止侧压力系数；2)钢管和圆型土工袋制作：21)选取与钻孔匹配的钢管，并且钢管外壁与钻孔内壁之间间隔一定距离以放置圆形土工袋和钢管箍环；22)通过勘探取样分析划分不同土层范围，在钢管外侧按照土层的划分，依次打上注浆口；土层交界处的钢管位置制作管节，管节内放置橡胶密封圈，利用PC塑料制成的圆饼封堵管节；23)在钢管外套置圆型土工袋，相邻两个圆型土工袋的交接处套置钢管箍环固定；3)钻机钻注浆孔：注浆孔的孔底钻至坚硬土层顶面以下；4)灌浆施工：放置制作完成的钢管和圆型土工袋，利用打孔注浆一体机向钢管内注入膏状浆液；所述膏状浆液是由≥60％的粗、细骨料级配的石子和≤40％的可硬化膏状水泥浆组成。2.根据权利要求1所述的一种控制地铁运营盾构隧道沉降的自膨胀桩施工方法，其特征在于：步骤4包括以下子步骤：41)灌浆时自上而下开始第一段注浆，先利用钻机钻开第一管节处的PC塑料制成的圆饼，再将注浆管下放至注浆区域，依据土层性质施加注浆压力；浆液由...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈星欣，王彪，郭力群，何明高，蔡奇鹏，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：