CN108612545B - 一种砂卵石地层穿越既有设施主动控制复式注浆抬升工法 - Google Patents
一种砂卵石地层穿越既有设施主动控制复式注浆抬升工法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种砂卵石地层穿越既有设施主动控制复式注浆抬升工法，属于土木工程技术领域，包括施工准备、注浆封闭区施工、注浆持力层施工、注浆抬升受力区施工、信息化主动控制、注浆效果检查、开挖及开挖观测、观测结果分析与判断，先对施工地点做地质勘探，测量各种数据，根据测量数据再编制抬升方案，根据勘探数据标注施工点，通过钻机打孔，配制注浆液，注浆形成注浆受力区域，检测注浆效果后对隧道进行开挖，在开挖的过程进行观测，通过观测数据继续优化方案。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，具体是涉及一种砂卵石地层穿越既有设施主动控制复式注浆抬升工法。
背景技术
随着我国城市化水平的不断提高，城市大量地下空间开发会涉及到穿越既有设施，如何控制既有设施的变形，既保证其正常运营，又要保证新建地下工程正常建设是工程技术人员所面临的主要问题。国内外针对砂卵石地层隧道穿越既有设施施工已经积累了大量的工程经验，但大多是采取各种辅助措施实现被动控制既有设施变形，砂卵石地层一般由粘性土、粗砂、卵石组成，偶遇巨石块、冲积砂卵石层，岩石成份多为石英砂岩，大多数砂卵石地层结构松散，分布不匀，在一定程度上，砂砾(卵)石的工程性质取决于其颗粒级配，而被动控制即有设施变形，控制范围小，施工进展慢，很大程度上浪费了人力物力。
目前在砂卵石地层中隧道下穿越既有设施主要难点是：1、既有设施变形要求严、不能停止运营；2、砂卵石地层辅助措施不易成孔、开挖易坍塌、易导致变形突变，土体变形控制难；3、常规单管注浆均匀性差、不易形成连续封闭区，注浆区域易出现加固薄弱区；4、根据变形控制要求需多次成孔注浆，工艺复杂困难，变形一旦超限很难恢复。5、要做到主动精确控制既有设施变形难度较大；6、其它托换技术如长管棚、水平高压旋喷桩工艺复杂、需专用工作面、施工不便。
发明内容
针对以上存在的技术问题，本发明提出了一种砂卵石地层穿越既有设施主动控制复式注浆抬升工法。
本发明的技术方案是：
一种砂卵石地层穿越既有设施主动控制复式注浆抬升工法，包括以下步骤；
S1:施工准备:施工前采用顺变电磁法探明前方地质、水文情况，根据加固和抬升范围确定可控注浆区域进行注浆方案设计，根据实际现场资料，利用数值模拟对抬升的各种工况进行优化，编制主动控制注浆抬升方案；
S2：注浆封闭区施工：(1)注浆封闭区及止浆盘的施工，根据注浆压力要求确定注浆封闭区的厚度，为掌子面施做止浆盘，在注浆区域前方应设置封闭层、注浆区域的下方设置持力层，注浆区域的左右两侧设置相对隔离反力墙，采用加筋喷射混凝土或模筑混凝土的方法对掌子面设置止浆墙；(2)掌子面注浆孔定位，采用经纬仪、卷尺工具，根据设计加固范围确定各注浆孔位、注浆成孔角度和各注浆孔长度，在拟注浆部位标注钻孔位置，并编号；(3)在注浆影响区域的隧道开挖轮廓线；
S3：注浆持力层施工,在预抬升下方区域采用注浆、高压旋喷的方式加固土层形成持力层；
S4：注浆抬升受力区施工,以上述步骤S2和S3所述的注浆封闭区、两侧的隔离反力墙和注浆持力层所围成区域作为注浆受力区域，根据所述注浆封闭区、两侧的隔离反力墙、注浆持力层的需求，通过复式注浆分阶段、分时机对既有设施实现主动控制或抬升完成注浆工作；
S5:信息化主动控制，通过预先在既有设施布设全自动监控量测系统，实时监控量测主动注浆抬升期间的各变量变化，及时将监控量测数据反馈到计算机控制系统，根据反馈信息及时调整注浆参数；
S6：注浆效果检查，对注浆区域进行注浆检测，获得检测数据，根据获得的检测数据确定隧道开挖前的预抬升区域；
S7:开挖及开挖观测，(1)选用开挖设备并对隧道进行开挖，开挖原则遵循“浅埋暗挖18字方针：—管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”；(2)对开挖过程进行观测，观测内容包括：掌子面及拱顶状况、初期支护状态、地层超前探测；
S8：观测结果分析与判断：根据观测结果，进行主动动态注浆调整或补充注浆，根据开挖观测情况调整下一循环注浆抬升参数或进行动态复式注浆程序。
进一步地，所述步骤S1中可控注浆区域范围0-20m，可控范围在即有设施的技术上最多不得超多20m，否则易发生安全事故。
进一步地，所述步骤S1中所述编制主动控制注浆抬升方案包括：工程概况、注浆抬升目标曲线、注浆封闭区、注浆持力层、注浆方法选择、注浆范围及分区、注浆材料选择、注浆参数确定、注浆工艺流程、注浆设备、隧道开挖中注浆效果的观测与检测方法、注浆方法的优化、注浆抬升效果、既有设施控制指标、预警值和报警值，再制定方案时需考虑诸多因素，以保证工程的顺利进行。
进一步地，所述步骤S2中的所述注浆方法为：以保护圈纵向的任一断面开始注浆，注浆时按照注浆孔中的浆液扩散连续“成环”的原则进行，有利于提高注浆的均匀性。
所述注浆液成分按照重量百分比包括：水泥20％-25％、超细水泥8％-10％、水玻璃20％-23％、外添加剂3％-5％，余量为水，可根据不同地质换将对注浆液的具体比例进行微调。
所述外添加剂按照重量百分比包括：六偏磷酸钠[(NaPO3)6]20％-25％、碱式碳酸锌[Zn2(OH)2CO3]15％-18％、磺甲基丹宁10％-12％、铁铬木质素磺酸盐(FCLS)15％-17％、钠羧甲基纤维素8％-10％，余量为聚丙烯酸钠。
所述步骤S8中的调整下一循环注浆抬升参数的依据为开挖观测显示：(1)若无渗水、结石体分布均匀、土层密实，另外初期支护也无渗漏水、拱顶下沉及隧道净空收敛不超过预警值，则表明注浆效果很好，下一循环注浆应进行优化；(2)若无明显渗水、结石体分布较为均匀、土层较为密实，另外初期支护也无明显渗漏水、拱顶下沉及隧道净空收敛不超过预警值，则表明注浆效果良好，可进行下一循环注浆，在实践中检验方案并及时优化方案。
所述步骤S8中的所述进行动态复式注浆程序条件为：(1)开挖观测显示有2个及以上出现“效果不好”，需要启动动态注浆程序，进行及时补浆；(2)满足以下任一条件，需要启动动态复式注浆程序，进行及时补浆：土体出水量≥0.1m3/h、室内试验达不到设计要求、拱顶沉降、地面沉降或隧道收敛，达到或超过红色预警、二衬结构内力超过设计要求、既有设施变形超限或自动监测注浆抬升超过设计值、地层条件、地下水条件发生变化，需对注浆方式方法进行动态调整，在不满足预期效果时做到及时补浆，及时加固。
本发明的有益效果是：
(1)主动复式注浆工艺先进、操作简单，根据施工不同阶段进行分类注浆，避免重复钻孔，达到快速施工和节约成本的效果；
(2)根据不同阶段的需求进行不同目的注浆工艺，不仅避免多次成孔的复杂操作，而且实现多次注浆保证浆液连续和均匀，既节省时间又加快施工进度，同时结合全自动监控量测技术，使既有设施变形始终处于可控范围内，实现主动动态控制抬升目的；
(3)本发明在主动精确控制既有设施变形精度高，采用复式注浆，注浆的均匀性更好。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
具体实施方式
为便于对本发明技术方案的理解，下面结合图1做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例1
如附图1所示，一种砂卵石地层穿越既有设施主动控制复式注浆抬升工法，包括以下步骤；
S1:施工准备:施工前采用顺变电磁法探明前方地质、水文情况，根据加固和抬升范围确定可控注浆区域进行注浆方案设计，可控注浆区域范围15m，可控范围在即有设施的技术上最多不得超多20m，否则易发生安全事故，根据实际现场资料，利用数值模拟对抬升的各种工况进行优化，编制主动控制注浆抬升方案，编制主动控制注浆抬升方案包括：工程概况、注浆抬升目标曲线、注浆封闭区、注浆持力层、注浆方法选择、注浆范围及分区、注浆材料选择、注浆参数确定、注浆工艺流程、注浆设备、隧道开挖中注浆效果的观测与检测方法、注浆方法的优化、注浆抬升效果、既有设施控制指标、预警值和报警值，再制定方案时需考虑诸多因素，以保证工程的顺利进行；
S2：注浆封闭区施工：(1)注浆封闭区及止浆盘的施工，根据注浆压力要求确定注浆封闭区的厚度，为掌子面施做止浆盘，在注浆区域前方应设置封闭层、注浆区域的下方设置持力层，注浆区域的左右两侧设置相对隔离反力墙，采用加筋喷射混凝土或模筑混凝土的方法对掌子面设置止浆墙；(2)掌子面注浆孔定位，采用经纬仪、卷尺工具，根据设计加固范围确定各注浆孔位、注浆成孔角度和各注浆孔长度，在拟注浆部位标注钻孔位置，并编号；(3)在注浆影响区域的隧道开挖轮廓线；注浆方法为：以保护圈纵向的任一断面开始注浆，注浆时按照注浆孔中的浆液扩散连续“成环”的原则进行，有利于提高注浆的均匀性；
S3：注浆持力层施工,在预抬升下方区域采用注浆、高压旋喷的方式加固土层形成持力层；
S4：注浆抬升受力区施工,以上述步骤S2和S3的注浆封闭区、两侧的隔离反力墙和注浆持力层所围成区域作为注浆受力区域，根据注浆封闭区、两侧的隔离反力墙、注浆持力层的需求，通过复式注浆分阶段、分时机对既有设施实现主动控制或抬升完成注浆工作，注浆所用注浆液成分按照重量百分比包括：水泥20％、超细水泥8％、水玻璃20％、外添加剂3％，余量为水，可根据不同地质换将对注浆液的具体比例进行微调，外添加剂按照重量百分比包括：六偏磷酸钠[(NaPO3)6]20％、碱式碳酸锌[Zn2(OH)2CO3]15％、磺甲基丹宁10％、铁铬木质素磺酸盐(FCLS)15％、钠羧甲基纤维素8％，余量为聚丙烯酸钠；
S5:信息化主动控制，通过预先在既有设施布设全自动监控量测系统，实时监控量测主动注浆抬升期间的各变量变化，及时将监控量测数据反馈到计算机控制系统，根据反馈信息及时调整注浆参数；
S6：注浆效果检查，对注浆区域进行注浆检测，获得检测数据，根据获得的检测数据确定隧道开挖前的预抬升区域；
S7:开挖及开挖观测，(1)选用开挖设备并对隧道进行开挖，开挖原则遵循“浅埋暗挖18字方针：—管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”；(2)对开挖过程进行观测，观测内容包括：掌子面及拱顶状况、初期支护状态、地层超前探测；
S8：观测结果分析与判断：根据观测结果，进行主动动态注浆调整或补充注浆，根据开挖观测情况调整下一循环注浆抬升参数或进行动态复式注浆程序，调整下一循环注浆抬升参数的依据为开挖观测显示：(1)若无渗水、结石体分布均匀、土层密实，另外初期支护也无渗漏水、拱顶下沉及隧道净空收敛不超过预警值，则表明注浆效果很好，下一循环注浆应进行优化；(2)若无明显渗水、结石体分布较为均匀、土层较为密实，另外初期支护也无明显渗漏水、拱顶下沉及隧道净空收敛不超过预警值，则表明注浆效果良好，可进行下一循环注浆，在实践中检验方案并及时优化方案；进行动态复式注浆程序条件为：(1)开挖观测显示有2个及以上出现“效果不好”，需要启动动态注浆程序，进行及时补浆；(2)满足以下任一条件，需要启动动态复式注浆程序，进行及时补浆：土体出水量≥0.1m3/h、室内试验达不到设计要求、拱顶沉降、地面沉降或隧道收敛，达到或超过红色预警、二衬结构内力超过设计要求、既有设施变形超限或自动监测注浆抬升超过设计值、地层条件、地下水条件发生变化，需对注浆方式方法进行动态调整，在不满足预期效果时做到及时补浆，及时加固。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：
(1)所示步骤S1：中可控注浆区域范围18m；
(2)中所述步骤S4中注浆液成分按照重量百分比包括：水泥22％、超细水泥9％、水玻璃22％、外添加剂4％，余量为水，可根据不同地质换将对注浆液的具体比例进行微调，外添加剂按照重量百分比包括：六偏磷酸钠[(NaPO3)6]24％、碱式碳酸锌[Zn2(OH)2CO3]16％、磺甲基丹宁11％、铁铬木质素磺酸盐(FCLS)16％、钠羧甲基纤维素9％，余量为聚丙烯酸钠；
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：
(1)所示步骤S1：中可控注浆区域范围20m；
(2)中所述步骤S4中注浆液成分按照重量百分比包括：水泥25％、超细水泥10％、水玻璃23％、外添加剂5％，余量为水，可根据不同地质换将对注浆液的具体比例进行微调，外添加剂按照重量百分比包括：六偏磷酸钠[(NaPO3)6]25％、碱式碳酸锌[Zn2(OH)2CO3]17％、磺甲基丹宁12％、铁铬木质素磺酸盐(FCLS)17％、钠羧甲基纤维素10％，余量为聚丙烯酸钠；
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种砂卵石地层穿越既有设施主动控制复式注浆抬升工法，其特征在于，包括以下步骤；
S1:施工准备:施工前采用顺变电磁法探明前方地质、水文情况，根据加固和抬升范围确定可控注浆区域进行注浆方案设计，根据实际现场资料，利用数值模拟对抬升的各种工况进行优化，编制主动控制注浆抬升方案；
S2：注浆封闭区施工：(1)注浆封闭区及止浆盘的施工，根据注浆压力要求确定注浆封闭区的厚度，为掌子面施做止浆盘，在注浆区域前方应设置封闭层、注浆区域的下方设置持力层，注浆区域的左右两侧设置相对隔离反力墙，采用加筋喷射混凝土或模筑混凝土的方法对掌子面设置止浆墙；(2)掌子面注浆孔定位，采用经纬仪、卷尺工具，根据设计加固范围确定各注浆孔位、注浆成孔角度和各注浆孔长度，在拟注浆部位标注钻孔位置，并编号；(3)在注浆影响区域的隧道开挖轮廓线；
S3：注浆持力层施工,在预抬升下方区域采用注浆、高压旋喷的方式加固土层形成持力层；
S4：注浆抬升受力区施工,以上述步骤S2和S3所述的注浆封闭区、两侧的隔离反力墙和注浆持力层所围成区域作为注浆受力区域，根据所述注浆封闭区、两侧的隔离反力墙、注浆持力层的需求，通过复式注浆分阶段、分时机对既有设施实现主动控制或抬升完成注浆工作；
S5:信息化主动控制，通过预先在既有设施布设全自动监控量测系统，实时监控量测主动注浆抬升期间的各变量变化，及时将监控量测数据反馈到计算机控制系统，根据反馈信息及时调整注浆参数；
S6：注浆效果检查，对注浆区域进行注浆检测，获得检测数据，根据获得的检测数据确定隧道开挖前的预抬升区域；
S7:开挖及开挖观测，(1)选用开挖设备并对隧道进行开挖；(2)对开挖过程进行观测，观测内容包括：掌子面及拱顶状况、初期支护状态、地层超前探测；
S8：观测结果分析与判断：根据观测结果，进行主动动态注浆调整或补充注浆，根据开挖观测情况调整下一循环注浆抬升参数或进行动态复式注浆程序。
2.如权利要求1所述的一种砂卵石地层穿越既有设施主动控制复式注浆抬升工法，其特征在于，所述步骤S1中可控注浆区域范围0-20m。
3.如权利要求1所述的一种砂卵石地层穿越既有设施主动控制复式注浆抬升工法，其特征在于，所述步骤S1中所述编制主动控制注浆抬升方案包括：工程概况、注浆抬升目标曲线、注浆封闭区、注浆持力层、注浆方法选择、注浆范围及分区、注浆材料选择、注浆参数确定、注浆工艺流程、注浆设备、隧道开挖中注浆效果的观测与检测方法、注浆方法的优化、注浆抬升效果、既有设施控制指标、预警值和报警值。
4.如权利要求1所述的一种砂卵石地层穿越既有设施主动控制复式注浆抬升工法，其特征在于，所述步骤S2中注浆时：以保护圈纵向的任一断面开始注浆，注浆时按照注浆孔中的浆液扩散连续“成环”的原则进行。
5.如权利要求1所述的一种砂卵石地层穿越既有设施主动控制复式注浆抬升工法，其特征在于，其中注浆采用注浆液，所述注浆液的成分按照重量百分比包括：水泥20％-25％、超细水泥8％-10％、水玻璃20％-23％、外添加剂3％-5％，余量为水。
6.如权利要求1所述的一种砂卵石地层穿越既有设施主动控制复式注浆抬升工法，其特征在于，所述步骤S8中的调整下一循环注浆抬升参数的依据为开挖观测显示：(1)若无渗水、结石体分布均匀、土层密实，另外初期支护也无渗漏水、拱顶下沉及隧道净空收敛不超过预警值，则表明注浆效果很好，下一循环注浆应进行优化；(2)若无明显渗水、结石体分布较为均匀、土层较为密实，另外初期支护也无明显渗漏水、拱顶下沉及隧道净空收敛不超过预警值，则表明注浆效果良好，可进行下一循环注浆。
7.如权利要求1所述的一种砂卵石地层穿越既有设施主动控制复式注浆抬升工法，其特征在于，所述步骤S8中的所述进行动态复式注浆程序条件为：(1)开挖观测显示有2个及以上出现“效果不好”，需要启动动态注浆程序，进行及时补浆；(2)满足以下任一条件，需要启动动态复式注浆程序，进行及时补浆：土体出水量≥0.1m3/h、室内试验达不到设计要求、拱顶沉降、地面沉降或隧道收敛，达到或超过红色预警、二衬结构内力超过设计要求、既有设施变形超限或自动监测注浆抬升超过设计值、地层条件、地下水条件发生变化，需对注浆方式方法进行动态调整。
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