CN105672327A - 一种小直径竖井高聚物注浆开挖支护结构的设计施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小直径竖井高聚物注浆开挖支护结构的设计施工方法，包括如下步骤：（一）微型支护桩施工；（二）小直径竖井开挖，侧壁高聚物注浆封闭施工；（三）微型支护桩桩间内衬结构施工，根据开挖深度和计算结果，微型支护桩间进行内衬结构施工；（四）依次竖向分层分段开挖，重复步骤(二)、（三），施工至设计深度，即完成小直径竖井注浆开挖支护结构的施工；（五）支护结构完成使用功能后，随着回填的工作的开始，即可进行支护结构的回收工作。本发明构建的支护结构体系具有安全可靠、施工快捷、技术先进、可回收重复利用、经济指标优越等优点。

Description

一种小直径竖井高聚物注浆开挖支护结构的设计施工方法

技术领域

本发明属于土木、水利、矿山、市政等基础设施中的小直径竖井开挖支护技术领域，具体涉上述领域局部需要进行小直径竖井施工项目的小直径竖井高聚物注浆开挖支护结构的设计施工方法。

背景技术

新中国成立以来，我国土木、水利、矿山、市政等基础设施建设取得了举世瞩目的成就。在地下空间利用、矿产资源开采过程中，尤其是市政管网施工和检修过程中，往往需要进行小直径竖井开挖支护，其特点是开挖直径小，深度不定，可能承受渗漏或地下水困扰，使用时间短。伴随着岩土工程领域的技术、机械及土木工程材料等的发展，边坡支护技术得到了有效发展，相应地出现了土钉墙、复合土钉墙、地下连续墙、排桩支护、桩锚支护等支护结构体系形式。与此同时，为控制地下水或者渗漏对竖井边坡支护及地下施工的影响，还需在支护体系中考虑设置止水帷幕或者辅以降水措施。特别是在地下水位较高、放坡空间有限的情况下，基坑支护必须同时考虑采取降水或止水等地下水处理措施，才能满足施工需要。相比而言，竖井开挖空间小，采用传统的支护结构，施工停顿多以致于施工工期长，造价高，对周边环境的影响加大，此外，为更好的控制因渗漏和地下水引起的竖井侧壁蠕变，需要进一步完善支护结构的止水与控水功能，使得竖井支护结构的成本进一步增加。但从技术经济成本的角度出发，竖井支护作为一种地下基础施工所必须的临时措施，使用寿命一般不超过1个月，在地下基础施工完毕后被废弃或者拆除，采用传统的支护结构，施工工期也接近1个月，竖井支护工程的造价就非常的昂贵了。

在当前的建筑工程材料中，钢材的加工性能较好，力学性能优越，在土木工程中得到了广泛的应用。与此同时，高聚物注浆技术是20世纪70年代发展起来的地基基础快速加固技术。该技术通过向地基中注射高聚物材料，利用高聚物材料发生化学反应后的体积迅速膨胀并快速胶结固化的特性，达到加固地基、填充脱空或提升结构沉降区的目的。本专利基于刚才的力学及可加工特性与高聚物注浆技术的特性研究，发明了一种小直径竖井高聚物注浆开挖支护结构的设计施工方法，为土木、水利、矿山、市政等行业的小直径竖井开挖提供了全新的支护技术，工期短，造价低，回收价值高，且可重复利用。目前国内还未见关于竖井高聚物注浆开挖支护结构的相关报道。

发明内容

本发明针对土木、水利、矿山、市政工程中的小直径竖井开挖支护的发展需求和目前支护技术存在的不足，发明了一种小直径竖井高聚物注浆开挖支护结构的设计施工方法。本发明首次在小直径竖井支护结构体系中引入微型支护桩外侧土工布缠绕后高聚物注浆技术，借助高聚物注浆技术提供的膨胀力、快速胶结硬化和止水特性，对竖井侧壁土体的蠕变和渗漏进行有效控制，并基于土压力理论研发而来的；在施工工艺上，通过充分发挥刚才优异的力学及加工性能、高聚物技术的材料特性及优秀的操作工艺，实现本发明的设计目的。利用该发明可快速完成对土木、水利、矿山、市政工程中的小直径竖井的开挖支护工作，真正意义上实现并完成了作为一个临时性工程的使命，并通过对小直径竖井支护结构的回收，大大的降低了支护成本，为上述各类工程中等的小直径竖井的开挖支护提供了技术先进、安全可靠、经济指标优越的新方法。

本发明采取的技术方案为：

一种小直径竖井高聚物注浆开挖支护结构的设计施工方法，其特征在于，在小直径竖井开挖支护设计中，首次引入高聚物注浆技术，借助高聚物材料的快速膨胀、快速胶结固化及止水特性，完成对侧壁土体的蠕变进行控制，更适合软土地区的竖井开挖需要。根据相关资料完成设计与验算工作后，再进行支护结构的施工。施工过程具体包括如下步骤：

（一）微型支护桩施工，其具体步骤如下：

（1）微型支护桩加工：根据设计要求，选用合适的钢材进行微型支护桩加工，包括焊接或钻孔拼接加工，用于微型支护桩加工的材料可以是管材或者型材。

（2）微型支护桩施工：在指定地面位置，利用钻孔机械完成微型支护桩的施工，施工过程中严格控制成孔精度，包括平面定位精度和垂直度两个方面。

（二）小直径竖井开挖，侧壁高聚物注浆封闭施工，其具体步骤如下：

（1）小直径竖井分层开挖0.5m左右，开挖深度范围内的微型支护桩外侧缠绕土工布。

（2）土工布后高聚物注浆，注浆量以土工布形成显著张力为准。

（三）微型支护桩桩间内衬结构施工，根据开挖深度和计算结果，微型支护桩间进行内衬结构施工。其具体施工步骤如下：

（1）采用水准仪对内衬安装标高进行控制，以便将内衬结构的安装精度控制在误差允许的范围内。

（2）采用螺栓或者其它工艺手段，将内衬结构与微型支护桩可靠连接。

（四）依次竖向分层分段开挖，重复步骤(二)、（三），施工至设计竖井底标高，即完成小直径竖井注浆开挖支护结构的施工，必要时，根据计算结果，在体系的对应位置设置对撑钢梁，以增强结构体系的刚度和稳定性。

（五）支护结构完成使用功能后，随着回填的工作的开始，即可进行支护结构的回收工作，具体回收步骤如下：

（1）随回填工作的进展，分层逐步回收内衬结构。

（2）回填至地表部位时，开始回收微型支护桩。

与现行的小直径竖井开挖支护技术相比，本发明具有以下优点：

（1）本专利技术提出的小直径竖井开挖支护结构的使用功能很好的体现了临时支护工程的特点：安全可靠、技术先进、经济指标优越。保证地下结构施工期间安全的临时措施，安全可靠是首要因素，技术先进、经济指标优越是评价小直径竖井开挖支护结构的优劣的可靠标准。

（2）材料特性发挥完美，充分将钢材的力学及加工性能、高聚物材料的快速膨胀、快速胶结固化及止水特性有机的结合起来，结构传力受力方式明确、结构安全可靠。

（3）施工快捷，不需养生。各项工作均可无间歇地连续作业，施工快捷。尤其是高聚物材料在反应后15分钟内即形成90%左右的强度，不需养生，与传统的支护结构体系相比，可节省40%以上的施工工期。

（4）综合经济效益更具优势。与传统支护技术相比，小直径竖井高聚物注浆开挖支护结构的最大特点是基坑使用阶段安全可靠，同时后续的回收价值高，且可重复使用，并节省了大量的施工工期。

因此，本发明研发的小直径竖井高聚物注浆开挖支护结构的设计施工方法，在土木、水利、矿山、市政工程中的小直径竖井的开挖支护技术中具有明显优势。与现行的小直径竖井的支护技术相比，小直径竖井高聚物注浆开挖支护结构的设计施工方法又是一整套全新的技术，主要表现在：

（1）全新的开挖支护结构设计理念：在竖井开挖支护结构中，首次引入高聚物注浆技术，借助高聚物材料的快速膨胀、快速胶结固化及止水特性，完成对侧壁的土体蠕变进行控制，更适合软土地区的竖井开挖需要。

（2）结构体系受力分工明确：小直径竖井高聚物注浆开挖支护结构体系中结构受力分工明确。高聚物材料形成的聚合体很好的弥合了支护结构与土体的结构刚度的差异，使得支护结构与侧壁土体的变形协调，并起到防渗和土体的侧向蠕变作用；土压力通过高聚物材料、土工布分散到微型支护桩、内衬结构，结构受力合理，材料力学特性发挥充分。承担土压力的构件本身具备材质均匀，各向同性，力学指标明确，结构计算更合理可靠。

（3）边坡侧壁防渗效果明显，针对性强。在小直径竖井的土方开挖过程中，通过开挖过程的直接揭露，利用高聚物材料在侧壁土体和结构体系之间的快速膨胀，形成具备防渗滞水功能的高聚物面层，同时利用高聚物对侧壁土体的软弱部位进行补强，使得结构周围土体相对均匀，不存在明显的薄弱环节。

（4）结构回收率高、重复利用率高：小直径竖井高聚物注浆开挖支护结构体系的绝大部分构件均可采用标准化生产的钢构件，改变过去一个支护结构发挥使用功能即被遗弃的局面，本支护结构在发挥完使用功能后，不仅回收率高，而且回收价值高；同时，回收后的构件也能为后续支护项目的多次周转使用。

综上所述，本发明无论从小直径竖井的开挖支护结构的设计理念、受力机理、侧壁防渗效果还是结构体系的回收利用等方面都和现行的同类支护技术明显不同，具有安全可靠、施工快捷、技术先进、可回收重复利用、经济指标优越等优点，并成功应用于小直径竖井的支护工程，发展应用前景可观。

附图说明

图1小直径竖井微型支护桩平面布置图;

图2小直径竖井首次开挖支护剖面图;

图3小直径竖井首次开挖支护剖面大样图;

图4小直径竖井高聚物注浆开挖支护结构完成剖面图;

图5小直径竖井高聚物注浆开挖支护结构局部平剖图;

附图标记：1-微型支护桩，2-焊接或钻孔拼接，3-地面，4-小直径竖井，5-土工布，6-高聚物注浆，7-内衬结构，8-竖井底标高。

具体实施方式

实施例：

下面结合附图对本发明作进一步说明。

一种小直径竖井高聚物注浆开挖支护结构的设计施工方法，其特征在于，在小直径竖井开挖支护设计中，首次引入高聚物注浆技术，借助高聚物材料的快速膨胀、快速胶结固化及止水特性，完成对竖井侧壁土体的蠕变进行控制，更适合软土地区的竖井开挖需要。根据相关资料完成设计与验算工作后，再进行支护结构的施工。施工过程具体包括如下步骤：

（一）微型支护桩施工，其具体步骤如下：

（1）微型支护桩加工：根据设计要求，选用合适的钢材进行微型支护桩1加工，包括焊接或钻孔拼接2加工，用于微型支护桩加工的材料可以是管材或者型材。

（2）微型支护桩施工：在指定地面3位置，利用钻孔机械完成微型支护桩2的施工，施工过程中严格控制成孔精度，包括平面定位精度和垂直度两个方面，如图1所示。

（二）小直径竖井4开挖，侧壁高聚物注浆封闭施工，其具体步骤如下：

（1）小直径竖井4分层开挖0.5m左右，开挖深度范围内的微型支护桩外侧缠绕土工布5。

（2）土工布后高聚物注浆6，注浆量以土工布形成显著张力为准，如图2所示。

（三）微型支护桩桩间内衬结构7施工，根据开挖深度和计算结果，微型支护桩间进行内衬结构7施工。其具体施工步骤如下：

（1）采用水准仪对内衬结构安装标高进行控制，以便将内衬结构的安装精度控制在误差允许的范围内。

（2）采用螺栓或者其它工艺手段，将内衬结构与微型支护桩可靠连接，如图3所示。

（四）依次竖向分层分段开挖，重复步骤(二)、（三），施工至设计竖井底标高8，即完成小直径竖井注浆开挖支护结构的施工，必要时，根据计算结果，在体系的对应位置设置对撑钢梁，以增强结构体系的刚度和稳定性，如图4、图5所示。

（五）支护结构完成使用功能后，随着回填的工作的开始，即可进行支护结构的回收工作，具体回收步骤如下：

（1）随回填工作的进展，分层逐步回收内衬结构7。

（2）回填至地表部位时，开始回收微型支护桩1。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (1)

1.一种小直径竖井高聚物注浆开挖支护结构的设计施工方法，其特征在于，在小直径竖井开挖支护设计中，首次引入高聚物注浆技术，借助高聚物材料的快速膨胀、快速胶结固化及止水特性，完成对竖井侧壁土体的蠕变进行控制，更适合软土地区的竖井开挖需要，根据相关资料完成设计与验算工作后，再进行支护结构的施工；施工过程具体包括如下步骤：

（一）微型支护桩施工，其具体步骤如下：

（1）微型支护桩加工：根据设计要求，选用合适的钢材进行微型支护桩加工，包括焊接或钻孔拼接加工，用于微型支护桩加工的材料可以是管材或者型材；

（2）微型支护桩施工：在指定地面位置，利用钻孔机械完成微型支护桩的施工，施工过程中严格控制成孔精度，包括平面定位精度和垂直度两个方面；

（二）小直径竖井开挖，侧壁高聚物注浆封闭施工，其具体步骤如下：

（1）小直径竖井分层开挖0.5m左右，开挖深度范围内的微型支护桩外侧缠绕土工布；

（2）土工布后高聚物注浆，注浆量以土工布形成显著张力为准；

（三）微型支护桩桩间内衬结构施工，根据开挖深度和计算结果，微型支护桩间进行内衬结构施工；其具体施工步骤如下：

（1）采用水准仪对内衬结构安装标高进行控制，以便将内衬结构的安装精度控制在误差允许的范围内；

（2）采用螺栓或者其它工艺手段，将内衬结构与微型支护桩可靠连接；

（四）依次竖向分层分段开挖，重复步骤(二)、（三），施工至设计竖井底标高，即完成小直径竖井注浆开挖支护结构的施工，必要时，根据计算结果，在体系的对应位置设置对撑钢梁，以增强结构体系的刚度和稳定性；

（五）支护结构完成使用功能后，随着回填的工作的开始，即可进行支护结构的回收工作，具体回收步骤如下：

（1）随回填工作的进展，分层逐步回收内衬结构；

（2）回填至地表部位时，开始回收微型支护桩。