穿越既有盾構隧道防隆起后退式深孔注漿系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種穿越既有盾構隧道防隆起后退式深孔注漿系統及方法，解決了下穿既有構筑物時礦山法開挖段隧道的上方土體容易隆起的難題。包括在既有盾構隧道（1）的下方設置有預開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道（3），在預開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道（3）的左端設置有已開挖的區間人防段隧道（4），在已開挖的區間人防段隧道（4）中的預開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道（3）的上導洞掌子面（15）上密布有深孔注漿孔（16），在深孔注漿孔（16）中設置有后退式深孔注漿機的鉆桿及注漿套管，后退式深孔注漿機的注漿壓力為1?1.5兆帕，后退式深孔注漿機中的注漿液為改性水玻璃。本發明利用了現場的已有設備，保證了既有盾構隧道不隆起。
【專利說明】
穿越既有盾構隧道防隆起后退式深孔注漿系統及方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種采用礦山法開挖地鐵隧道時對開挖隧道上方土體的進行后退式深孔注漿的系統和方法，特別涉及一種采用礦山法開挖地鐵隧道時開挖段的近距離上方設置有既有盾構隧道，在新隧道開挖時，對既有構筑物的沉降進行控制和補償的管幕施工沉降控制的后退式深孔注漿的系統和方法。
【背景技術】
[0002]在城市地鐵施工中，近距離下穿既有線路隧道的情況越來越多。當既有線路為盾構隧道時，由于盾構隧道的結構由柔性管片構成，各管片之間是采用高強螺栓連接的，當盾構隧道下方的土體受到擾動時，擾動范圍內的管片會產生超限的差異沉降，從而影響到既有盾構隧道的正常運營，因此控制沉降成為下穿既有線路的隧道施工中的重要課題。當在既有盾構隧道下方近距離施工新隧道時，若采用盾構法下穿，會使既有盾構隧道沉降超限，因此只能采用礦山法隧道施工。在開挖礦山法隧道前，需要對掌子面前方土體進行深孔注漿加固，注入雙液漿。注漿后隨著雙液漿的凝固被注漿加固的土體會產生向上隆起的效應。隆起的力向上傳遞到既有盾構隧道中，容易使隧道拼接管片發生隆起變形，超過變形控制指標。在現有技術中，礦山法近距離下穿既有盾構隧道時，一般采用全斷面深孔注漿方法。由于既有隧道與開挖隧道距離太近，在全斷面深孔注漿時，為了達到深孔注漿的效果，需要較大的注漿壓力，但較大的注漿壓力又會導致近距離處土體上拱嚴重，加重了既有盾構隧道管片的錯位變形，無法滿足既有隧道隆起控制指標的要求。若降低注漿壓力，可以起到控制隆起變形的目的，但壓力太低會減少漿液擴散半徑，達不到加固土體的效果。一般漿液擴散半徑可達到25厘米左右，所以常規的深孔注漿孔距為50厘米左右，以保證在較大的注漿壓力下，注漿孔之間土體得到充分地加固。當注漿壓力降低后，漿液擴散半徑會減小，50厘米的孔距無法保證土體得到充分加固的目的。現有管棚支撐工藝對管棚上方土體有一定的棚護作用，但管棚鋼管鉆進多采用帶水成孔作業工藝，由于水進入土體，更容易誘發沉降，若不帶水作業，大管徑鋼管直接頂進土體，又存在頂進困難。另外，管棚中相鄰鋼管間隙，也會誘導其上方的土體的沉降。
【發明內容】
[0003]本發明提供了一種穿越既有盾構隧道防隆起后退式深孔注漿系統及方法，解決了下穿既有構筑物時礦山法開挖段隧道的上方土體容易隆起的難題。
[0004]本發明是通過以下技術方案解決以上技術問題的:
一種穿越既有盾構隧道防隆起后退式深孔注漿系統，包括既有盾構隧道，在既有盾構隧道的下方設置有預開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道，在預開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道的左端設置有已開挖的區間人防段隧道，在已開挖的區間人防段隧道中的預開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道的上導洞掌子面上密布有深孔注漿孔，相鄰的深孔注漿孔的間距為20-30厘米，在深孔注漿孔中設置有后退式深孔注漿機的鉆桿及注漿套管，后退式深孔注漿機的注漿壓力為1-1.5兆帕，后退式深孔注漿機中的注漿液為改性水玻璃。
[0005]在區間人防段隧道的上方端頭墻中設置有鎖扣管幕，鎖扣管幕設置在既有盾構隧道的正下方，在鎖扣管幕與已開挖的區間人防段隧道的直角后背墻之間設置有鋼管頂進設備，鋼管頂進設備中的螺旋鉆桿是設置在鎖扣管幕中的鎖扣管幕鋼管中的，螺旋鉆桿的端頭頂端與鎖扣管幕鋼管的右端口的外端面之間的距離為10厘米，在頂進設備的出土口下方設置有計量土斗，在相鄰的兩個鎖扣管幕鋼管之間設置有鎖扣，在鎖扣管幕鋼管的外側壁上固定焊接有袖閥管，在袖閥管的入漿口上連接有膨潤土漿液注漿機。
[0006]—種穿越既有盾構隧道防隆起后退式深孔注漿方法，包括以下步驟:
第一步，在預開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道的上導洞掌子面上劃出深孔注漿孔的孔位，使相鄰的深孔注漿孔的間距為20-30厘米；
第二步，將后退式深孔注漿機的鉆桿及注漿套管設置在劃出深孔注漿孔的孔位上，進行鉆孔作業；
第三步，用后退式的注漿方法進行深孔注漿，注漿壓力保持在1-1.5兆帕，注漿液為改性水玻璃。
[0007]在預開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道的左端設置的已開挖的區間人防段隧道中先進行以下步驟:
第一步、在既有盾構隧道下方的準備開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道的左端先開挖出區間人防段隧道；
第二步、在第一根鎖扣管幕鋼管的外側壁上焊接鎖扣的母扣，在第二根鎖扣管幕鋼管的外側壁上焊接鎖扣的子扣，在每根鎖扣管幕鋼管的外側壁上焊接袖閥管;在I重量份的膨潤土中，加入9-11重量份的水，攪拌均勻，得到膨潤土漿液，將得到的膨潤土漿液裝入到膨潤土漿液注漿機中；
第三步、將鋼管頂進設備安裝在區間人防段隧道的直角后背墻上，在區間人防段隧道的上方端頭墻與鋼管頂進設備之間設置第一根鎖扣管幕鋼管，啟動鋼管頂進設備，將第一根鎖扣管幕鋼管頂入到上方端頭墻前方的既有盾構隧道下方的土體中；
第四步、在第一根鎖扣管幕鋼管被頂入上方端頭墻前方的既有盾構隧道下方的土體過程中，當鋼管頂進設備的頂進壓力達到20兆帕時，將第一根鎖扣管幕鋼管上焊接的袖閥管接到膨潤土漿液注漿機上，并將膨潤土漿液注入到鎖扣管幕鋼管的周圍土體中，以降低鎖扣管幕鋼管在頂進過程中的摩擦阻力;在第一根鎖扣管幕鋼管頂入到既有盾構隧道下方土體的整個過程中，鋼管頂進設備的螺旋鉆桿的端頭是設置在第一根鎖扣管幕鋼管中的，并且螺旋鉆桿的端頭頂端距離第一根鎖扣管幕鋼管的右端口的外端面10厘米;若鋼管頂進設備的頂進壓力再次達到20兆帕時，通過鋼管頂進設備將螺旋鉆桿向前推進，使螺旋鉆桿的端頭探出到第一鎖扣管幕鋼管的右端口外端面外10厘米處，達到松動鎖扣管幕鋼管前方土體的目的；
第五步、在已完成頂入工作的第一根鎖扣管幕鋼管的一側定位第二根鎖扣管幕鋼管，使第二根鎖扣管幕鋼管的子扣與第一根鎖扣管幕鋼管的母扣接插在一起，啟動鋼管頂進設備，將第二根鎖扣管幕鋼管頂入到上方端頭墻前方的既有盾構隧道下方的土體中，在頂入過程中重復第四步，使第二根鎖扣管幕鋼管順利頂入到位；
第六步、依次將后續的鎖扣管幕鋼管頂入到上方端頭墻前方的既有盾構隧道下方的土體中，并將相鄰的兩鎖扣管幕鋼管插接在一起，形成鎖扣管幕。
[0008]本發明利用了現場的已有設備，易于操作，使已發生的沉降得到及時的補償，保證了既有盾構隧道不隆起。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發明的結構示意圖；
圖2是圖1中B-B向剖視圖；
圖3是本發明的鎖扣管幕施工系統的結構示意圖；
圖4是圖3中A-A向剖視圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖對本發明進行詳細說明:
一種穿越既有盾構隧道防隆起后退式深孔注漿系統，包括既有盾構隧道1，在既有盾構隧道I的下方設置有預開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道3，在預開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道3的左端設置有已開挖的區間人防段隧道4，在已開挖的區間人防段隧道4中的預開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道3的上導洞掌子面15上密布有深孔注漿孔16，相鄰的深孔注漿孔16的間距為20-30厘米，在深孔注漿孔16中設置有后退式深孔注漿機的鉆桿及注漿套管，后退式深孔注漿機的注漿壓力為1-1.5兆帕，后退式深孔注漿機中的注漿液為改性水玻璃。
[0011]在區間人防段隧道4的上方端頭墻5中設置有鎖扣管幕，鎖扣管幕設置在既有盾構隧道I的正下方，在鎖扣管幕與已開挖的區間人防段隧道4的直角后背墻6之間設置有鋼管頂進設備8，鋼管頂進設備8中的螺旋鉆桿9是設置在鎖扣管幕中的鎖扣管幕鋼管7中的，螺旋鉆桿9的端頭頂端與鎖扣管幕鋼管7的右端口的外端面之間的距離10為10厘米，在頂進設備8的出土口下方設置有計量土斗11，在相鄰的兩個鎖扣管幕鋼管7之間設置有鎖扣14，在鎖扣管幕鋼管7的外側壁上固定焊接有袖閥管12，在袖閥管12的入漿口上連接有膨潤土漿液注漿機13。
[0012]—種穿越既有盾構隧道防隆起后退式深孔注漿方法，包括以下步驟:
第一步，在預開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道3的上導洞掌子面15上劃出深孔注漿孔16的孔位，使相鄰的深孔注漿孔16的間距為20-30厘米；
第二步，將后退式深孔注漿機的鉆桿及注漿套管設置在劃出深孔注漿孔16的孔位上，進行鉆孔作業；
第三步，用后退式的注漿方法進行深孔注漿，注漿壓力保持在1-1.5兆帕，注漿液為改性水玻璃。
[0013]在預開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道3的左端設置的已開挖的區間人防段隧道4中先進行以下步驟:
第一步、在既有盾構隧道I下方的準備開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道3的左端先開挖出區間人防段隧道4;
第二步、在第一根鎖扣管幕鋼管7的外側壁上焊接鎖扣14的母扣，在第二根鎖扣管幕鋼管7的外側壁上焊接鎖扣14的子扣，在每根鎖扣管幕鋼管7的外側壁上焊接袖閥管12;在I重量份的膨潤土中，加入9-11重量份的水，攪拌均勻，得到膨潤土漿液，將得到的膨潤土漿液裝入到膨潤土漿液注漿機13中；
第三步、將鋼管頂進設備8安裝在區間人防段隧道4的直角后背墻6上，在區間人防段隧道4的上方端頭墻5與鋼管頂進設備8之間設置第一根鎖扣管幕鋼管7，啟動鋼管頂進設備8，將第一根鎖扣管幕鋼管7頂入到上方端頭墻5前方的既有盾構隧道I下方的土體中；
第四步、在第一根鎖扣管幕鋼管7被頂入上方端頭墻5前方的既有盾構隧道I下方的土體過程中，當鋼管頂進設備8的頂進壓力達到20兆帕時，將第一根鎖扣管幕鋼管7上焊接的袖閥管12接到膨潤土漿液注漿機13上，并將膨潤土漿液注入到鎖扣管幕鋼管7的周圍土體中，以降低鎖扣管幕鋼管7在頂進過程中的摩擦阻力；在第一根鎖扣管幕鋼管7頂入到既有盾構隧道I下方土體的整個過程中，鋼管頂進設備8的螺旋鉆桿9的端頭是設置在第一根鎖扣管幕鋼管7中的，并且螺旋鉆桿9的端頭頂端距離第一根鎖扣管幕鋼管7的右端口的外端面10厘米;若鋼管頂進設備8的頂進壓力再次達到20兆帕時，通過鋼管頂進設備8將螺旋鉆桿9向前推進，使螺旋鉆桿9的端頭探出到第一鎖扣管幕鋼管7的右端口外端面外10厘米處，達到松動鎖扣管幕鋼管7前方土體的目的；
第五步、在已完成頂入工作的第一根鎖扣管幕鋼管7的一側定位第二根鎖扣管幕鋼管，使第二根鎖扣管幕鋼管2的子扣與第一根鎖扣管幕鋼管7的母扣接插在一起，啟動鋼管頂進設備8，將第二根鎖扣管幕鋼管2頂入到上方端頭墻5前方的既有盾構隧道I下方的土體中，在頂入過程中重復第四步，使第二根鎖扣管幕鋼管順利頂入到位；
第六步、依次將后續的鎖扣管幕鋼管7頂入到上方端頭墻5前方的既有盾構隧道I下方的土體中，并將相鄰的兩鎖扣管幕鋼管插接在一起，形成鎖扣管幕。
[0014]由于相鄰的鎖扣管幕鋼管是通過子母鎖扣連接，使鎖扣管幕鋼管形成了一個封閉的鎖扣管幕，起到了后續礦山法開挖過程中，對近距離下穿既有盾構隧道上方土體起到支撐的作用，達到了沉降量的有效控制，使其變形量控制在控制指標范圍內。在管幕的每根鎖扣管幕鋼管7的施工過程中，通過注入膨潤土漿液，解決了不帶水頂入管幕鋼管阻力大，現有設備無法完成的難題。特別是在頂入過程中，通過協調好實時對出土量和頂進壓力的控制，最大限度地控制了對新建隧道上方土體影響，嚴格科學控制了既有盾構隧道下方擾動土體的擾動排出量，在頂入過程中，通過實時對出土量的定量控制，嚴格科學控制了既有盾構隧道下方擾動土體的擾動排出量，對沉降量控制指標的完成起到了立竿見影的作用。本發明科學地解決了注漿壓力與注漿孔間距的矛盾，即加固了土體，又克服了上方既有盾構隧道隆起的問題。
【主權項】
1.一種穿越既有盾構隧道防隆起后退式深孔注漿系統，包括既有盾構隧道(I)，在既有盾構隧道(I)的下方設置有預開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道(3)，在預開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道(3)的左端設置有已開挖的區間人防段隧道(4)，其特征在于，在已開挖的區間人防段隧道(4)中的預開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道(3)的上導洞掌子面(15)上密布有深孔注漿孔(16)，相鄰的深孔注漿孔(16)的間距為20-30厘米，在深孔注漿孔(16)中設置有后退式深孔注漿機的鉆桿及注漿套管，后退式深孔注漿機的注漿壓力為1-1.5兆帕，后退式深孔注漿機中的注漿液為改性水玻璃。2.根據權利要求1所述的一種穿越既有盾構隧道防隆起后退式深孔注漿系統，其特征在于，在區間人防段隧道(4)的上方端頭墻(5)中設置有鎖扣管幕，鎖扣管幕設置在既有盾構隧道(I)的正下方，在鎖扣管幕與已開挖的區間人防段隧道(4)的直角后背墻(6)之間設置有鋼管頂進設備(8)，鋼管頂進設備(8)中的螺旋鉆桿(9)是設置在鎖扣管幕中的鎖扣管幕鋼管(7)中的，螺旋鉆桿(9)的端頭頂端與鎖扣管幕鋼管(7)的右端口的外端面之間的距離(10)為10厘米，在頂進設備(8)的出土口下方設置有計量土斗(11)，在相鄰的兩個鎖扣管幕鋼管(7)之間設置有鎖扣(14)，在鎖扣管幕鋼管(7)的外側壁上固定焊接有袖閥管(12)，在袖閥管(12 )的入漿口上連接有膨潤土漿液注漿機(13)。3.—種穿越既有盾構隧道防隆起后退式深孔注漿方法，包括以下步驟: 第一步，在預開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道(3)的上導洞掌子面(15)上劃出深孔注漿孔(16)的孔位，使相鄰的深孔注漿孔(16)的間距為20-30厘米； 第二步，將后退式深孔注漿機的鉆桿及注漿套管設置在劃出深孔注漿孔(16)的孔位上，進行鉆孔作業； 第三步，用后退式的注漿方法進行深孔注漿，注漿壓力保持在1-1.5兆帕，注漿液為改性水玻璃。4.根據權利要求3所述的一種穿越既有盾構隧道防隆起后退式深孔注漿方法，在預開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道(3)的左端設置的已開挖的區間人防段隧道(4)中先進行以下步驟: 第一步、在既有盾構隧道(I)下方的準備開挖的礦山法暗挖下穿段區間隧道(3)的左端先開挖出區間人防段隧道(4); 第二步、在第一根鎖扣管幕鋼管(7)的外側壁上焊接鎖扣(14)的母扣，在第二根鎖扣管幕鋼管(7)的外側壁上焊接鎖扣(14)的子扣，在每根鎖扣管幕鋼管(7)的外側壁上焊接袖閥管(12);在I重量份的膨潤土中，加入9-11重量份的水，攪拌均勻，得到膨潤土漿液，將得到的膨潤土漿液裝入到膨潤土漿液注漿機(13)中； 第三步、將鋼管頂進設備(8)安裝在區間人防段隧道(4)的直角后背墻(6)上，在區間人防段隧道(4)的上方端頭墻(5)與鋼管頂進設備(8)之間設置第一根鎖扣管幕鋼管(7)，啟動鋼管頂進設備(8)，將第一根鎖扣管幕鋼管(7)頂入到上方端頭墻(5)前方的既有盾構隧道(I)下方的土體中； 第四步、在第一根鎖扣管幕鋼管(7)被頂入上方端頭墻(5)前方的既有盾構隧道(I)下方的土體過程中，當鋼管頂進設備(8)的頂進壓力達到20兆帕時，將第一根鎖扣管幕鋼管(7)上焊接的袖閥管(12)接到膨潤土漿液注漿機(13)上，并將膨潤土漿液注入到鎖扣管幕鋼管(7)的周圍土體中，以降低鎖扣管幕鋼管(7)在頂進過程中的摩擦阻力；在第一根鎖扣管幕鋼管(7)頂入到既有盾構隧道(I)下方土體的整個過程中，鋼管頂進設備(8)的螺旋鉆桿(9)的端頭是設置在第一根鎖扣管幕鋼管(7)中的，并且螺旋鉆桿(9)的端頭頂端距離第一根鎖扣管幕鋼管(7)的右端口的外端面10厘米;若鋼管頂進設備(8)的頂進壓力再次達到20兆帕時，通過鋼管頂進設備(8)將螺旋鉆桿(9)向前推進，使螺旋鉆桿(9)的端頭探出到第一鎖扣管幕鋼管(7)的右端口外端面外10厘米處，達到松動鎖扣管幕鋼管(7)前方土體的目的； 第五步、在已完成頂入工作的第一根鎖扣管幕鋼管(7)的一側定位第二根鎖扣管幕鋼管，使第二根鎖扣管幕鋼管的子扣與第一根鎖扣管幕鋼管(7)的母扣接插在一起，啟動鋼管頂進設備(8)，將第二根鎖扣管幕鋼管頂入到上方端頭墻(5)前方的既有盾構隧道(I)下方的土體中，在頂入過程中重復第四步，使第二根鎖扣管幕鋼管順利頂入到位； 第六步、依次將后續的鎖扣管幕鋼管(7)頂入到上方端頭墻(5)前方的既有盾構隧道(I)下方的土體中，并將相鄰的兩鎖扣管幕鋼管插接在一起，形成鎖扣管幕。
【文檔編號】E21D9/06GK105909265SQ201610407897
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月12日
【發明人】趙輝, 王江華, 王云龍, 羅文江, 王漢霆, 李建
【申請人】中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司