CN110106883A - 一种矫正地铁隧道水平变形的实时反馈注浆方法 - Google Patents

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杜一鸣
郑刚
刁钰
程雪松
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Abstract

本发明公开了一种矫正地铁隧道水平变形的实时反馈注浆方法,包括(1)在袖阀管‑隧道反方向一侧设置改良材料的水泥土搅拌墙;(2)在已变形隧道邻侧预埋袖阀管;(3)在隧道断面安装实时监测装置,注浆过程中实时反馈隧道变形;(4)注浆施工,基于实测数据对注浆参数进行实时调整。本发明通过对目标隧道变形进行实时监测反馈,可对注浆施工参数实时调整,配合使用添加水玻璃的新型双液浆,达到精确矫正隧道变形的目的。同时,采用设置单侧矿渣‑粉煤灰水泥土搅拌墙,控制浆液作用方向,最大化反馈注浆变形控制效果。

Description

一种矫正地铁隧道水平变形的实时反馈注浆方法
技术领域
本发明属于地下工程施工技术领域,具体涉及一种设置在隧道邻侧,矫正其水平变形的反馈注浆方法。
背景技术
城市化的进程加速了地下空间的开发利用,城市地下轨道交通作为一种有效缓解城市交通压力的地下空间利用途径,在世界范围内兴起。随着大量城市地铁建成并投入运营,既有地铁线路保护已成为一个不可回避的难题。城市建设过程中用地紧张造成了大量邻近既有隧道施工出现,而地铁盾构隧道的高度变形敏感特性又使得mm级别的变形控制成为了必然要求。
邻近既有地铁线路的堆载、开挖和施工扰动伴随着既有隧道周边土体的加载固结或卸荷变形,隧道会伴随周边土体变形产生相应的协调变形。常见的如隧道顶部堆载和邻侧卸荷造成的隧道截面水平径向拉伸变形。针对隧道水平方向拉伸变形,可通过增大隧道拱腰两侧土体水平方向应力状态,补偿应力损失,达到矫正隧道水平变形的目的。工程中常采用补偿注浆进行变形控制,通过在目标建(构)筑物周边土体内注入浆液,以此补偿应力损失进而达到控制变形的效果。
传统补偿注浆施工多基于工程经验,且缺乏对浆液作用方向的控制。补偿注浆施工中,常采用固定注浆压力并预先设计注浆方量和注浆速率,缺乏以目标对象变形为基础的实时变形控制。同时,因浆液进入土体后向着四周扩散,不能控制依据目标方向控制浆作用方向,进而最大化变形控制效果。
发明内容
本发明针对传统补偿注浆纠偏技术不能实时反馈控制和对浆液控制方向的不足,提出一种矫正地铁隧道水平变形的反馈注浆方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现:
一种矫正地铁隧道水平变形的实时反馈注浆方法,包括水泥土搅拌墙、预埋袖阀管、和实时监控装置安装和基于监测数据的反馈注浆施工,具体包括以下步骤:
(1)在袖阀管-隧道反方向一侧设置水泥土搅拌墙,控制浆液流动方向,提高注浆纠偏效果;袖阀管单侧TRD水泥土搅拌墙采用添加碱渣、粉煤灰的改性材料;
(2)在已变形隧道邻侧预埋袖阀管;
(3)在目标隧道截面上设置变形实时监控装置,反馈注浆施工过程中,采用全自动全站仪对变形测点进行实时监控;
(4)通过袖阀管向土层中注入浆液,根据隧道实时变形情况,对注浆压力、注浆速率、注浆方量进行实时调整,以达到最大化变形控制效果。
所述隧道变形实时监控装置设置于目标隧道截面上,分别位于隧道拱顶、拱腰和道床板两侧五个变形观测点。
所述袖阀管水平间距与隧道单节管片同宽,所处位置为单节管片中线,袖阀管与隧道管片净距为1.0~1.5m。
所述袖阀管套管中注入浆液,所述注浆浆液在传统水泥浆液中添加水玻璃。所述浆液为水泥、水玻璃和水配比而成双液浆,其体积配比为水泥:水玻璃:水=1:2.5:3.43。
所述改良材料的水泥土搅拌墙为单侧碱渣-粉煤灰水泥土搅拌墙。
所述改良材料的水泥土搅拌墙厚度800mm,长度与注浆范围一致,其中心与隧道净距为3~5m。
所述改良材料的水泥土搅拌墙是在水泥土搅拌墙施工中,添加工业废料碱渣及粉煤灰,水泥、碱渣和粉煤灰三者添加质量比为5:3:2。
同现有技术相比较,本发明的有益效果在于:
1、本发明中反馈注浆施工参数可根据隧道变形监测结果进行实时调整。基于对目标隧道水平位移的实时监测数据,有针对性调整注浆压力、注浆速率和注浆方量,达到最优注浆纠偏效果,同时避免过量纠偏情况的出现。
2、传统补偿注浆施工浆液从袖阀管中喷出后向着周边各个方向均匀扩散凝固,不能控制浆液扩散方向。本发明通过在袖阀管和目标隧道反方向设置单侧碱渣-粉煤灰水泥土搅拌墙,控制浆液扩散后的应力作用方向,最大化反馈注浆变形控制效果。
3、本发明中所述材料与传统材料相比具有高效、环保等特征。首先体现在注浆材料的创新,通过在传统水泥浆液中添加水玻璃,使浆液能够在20s内速凝,迅速达到纠偏效果。其次,通过在传统TRD水泥土搅拌墙材料中添加工业废料碱渣与粉煤灰,可在降低水泥用量的同时有效提升TRD水泥土搅拌墙刚度,高效环保。
附图说明
图1为反馈注浆系统剖面布置图;
图2为反馈注浆系统平面布置图;
附图中标记及相应的零部件名称:
1-已变形隧道,2-隧道变形监测点,3-预埋袖阀管,4-浆液,5-碱渣-粉煤灰水泥土墙,6-场地土体。
具体实施方式
以下参照附图及具体实施例对本实时反馈注浆施工方法做进一步说明。下述各实施例仅用于说明本发明而并非对本发明的限制。
本发明所述一种矫正地铁隧道水平变形的反馈注浆方法,首先在于注浆施工参数的实时反馈控制。相较于传统补偿注浆纠偏施工,本发明在目标隧道截面上设置五个变形观测点,分别位于隧道拱顶、拱腰和道床板两侧。反馈注浆施工过程中,采用全自动全站仪对五个变形测点进行实时监控,根据隧道实时变形情况,对注浆压力、注浆速率、注浆方量进行实时调整,以达到最大化变形控制效果,同时避免超量纠偏的发生。
本发明中所述注浆浆液在传统水泥浆液中添加水玻璃,以达到浆液速凝效果。本发明所述浆液为水泥、水玻璃和水配比而成双液浆,其体积配比为水泥:水玻璃:水=1:2.5:3.43,凝固时间为20s。如附图1和附图2所示,在场地中预埋袖阀管,通过袖阀管向土层中注入浆液,预埋袖阀管水平间距为1.2m,与隧道单节管片同宽,所处位置为单节管片中线。为最大化注浆效果,预埋袖阀管与隧道管片净距为1.0~1.5m。预埋袖阀管为PVC材质套管,直径50mm,其上设间距为0.33m的出浆孔,出浆孔位置外套橡胶圈阀门,保证浆液能够单向注入土体中。注浆过程中,将芯管插入到预埋袖阀管套管中注入浆液,浆液从套管上的出浆孔单向注入土体中。袖阀管每3孔位一节,注浆过程为从下往上分节注浆,基于实时监测结果调整注浆参数,直至单孔注浆完成。
如附图1和附图2所示,在袖阀管-隧道反方向一侧,设置TRD水泥土搅拌墙,以控制浆液扩散至变形隧道一侧,减小浆液反向应力扩散,最大化浆液纠偏效果。为提高水泥土搅拌墙强度和变形模量,在TRD水泥土墙施工中,添加工业废料碱渣及粉煤灰,水泥、碱渣和粉煤灰三者添加质量比为5:3:2。试验研究表明,在传统水泥土中加入碱渣及粉煤灰,可有效提高水泥土胶结性能,进而提高强度及变形模量。同时,可有效利用工业废料,实现绿色环保施工。
实施例1
如附图1和图2所示,本发明为一种矫正地铁隧道水平变形的实时反馈注浆装置。施工时,首先,在已发生水平单侧拉伸变形隧道1邻侧场地土体6中施工TRD水泥土搅拌墙5,水泥土搅拌墙厚度800mm,长度与注浆范围一致,其中心与隧道1净距为3~5m。施工过程中,为减小对隧道1的进一步扰动变形,将TRD施工速度降至最低。同时,将水泥、碱渣与粉煤灰按质量比5:3:2均匀混合进行TRD搅拌墙5施工。待施工完成后,静至水泥土搅拌墙5达到设计强度后,进行袖阀管3预埋施工。在场地TRD水泥土搅拌墙5和已变形隧道1二者间钻孔预埋袖阀管3,基于现有研究成果,其与隧道1管片净距应不大于3m,控制在1.0~1.5m较为适宜。为达到精确纠偏控制,为单孔-单管片设置,下管位置位于隧道单节管片中线,孔水平间距与单节管片宽度一致,为1.2m。选用袖阀管3直径为50mm,采用73mm钻孔设备成孔,成孔后下入预埋袖阀管,顶部封管处理。随后,在变形隧道1断面布置隧道水平位移监测点2,监测点2设置在隧道1截面拱顶1个,两侧拱腰各1个,道床板两侧各1个,共计5个,采用全自动全站仪对各测点2水平位移进行实时监测。随后,在预埋袖阀管3中下入芯管,准备注浆施工。配制浆液4准备施工,浆液4体积配比为水泥:水玻璃:水=1:2.5:3.43,设计初始注浆压力为0.3MPa,注浆速率为15~20L/min,注浆方量单孔为0.8~1m3,从下至上均匀注入。启动注浆施工,自下而上分节注浆,初始注浆点位置埋深为隧道1拱底以下2m,结束位置为隧道1拱顶埋深。注浆过程中,启动对监测点2的实时变形监测,监测频率为1次/2min,实时反馈监测数据,并根据监测数据对注浆压力、注浆速率和注浆方量等参数进行实时调整。所述注浆参数均为初始值,实施中需根据隧道变形实时监测情况进行调整。如实时监测数据显示,隧道变形速率过大,应及时降低注浆速率和注浆压力,而隧道纠偏绝对位移达到控制标准值后,需及时减小注浆方量,并停止注浆施工。
本实施例仅为单侧变形纠偏控制,若隧道1两侧同向拉伸,可考虑两侧对称布置该装置纠偏施工。需要强调的是,本发明所述的实施例是说明性的,而不是限定性的,因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例,凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式,同样属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种矫正地铁隧道水平变形的实时反馈注浆方法,其特征在于,包括水泥土搅拌墙、预埋袖阀管、实时监控装置安装和基于监测数据的反馈注浆施工,具体包括以下步骤:
(1)在袖阀管-隧道反方向一侧设置水泥土搅拌墙,控制浆液流动方向,提高注浆纠偏效果;袖阀管单侧TRD水泥土搅拌墙采用添加碱渣、粉煤灰的改性材料;
(2)在已变形隧道邻侧预埋袖阀管;
(3)在目标隧道截面上设置变形实时监控装置,反馈注浆施工过程中,采用全自动全站仪对变形测点进行实时监控;
(4)通过袖阀管向土层中注入浆液,根据隧道实时变形情况,对注浆压力、注浆速率、注浆方量进行实时调整,以达到最大化变形控制效果。
2.根据权利要求1所述矫正地铁隧道水平变形的实时反馈注浆方法,其特征在于,所述隧道变形实时监控装置设置于目标隧道截面上,分别位于隧道拱顶、拱腰和道床板两侧五个变形观测点,采用全自动全站仪对隧道截面监测点进行位移实时监测。
3.根据权利要求1所述矫正地铁隧道水平变形的实时反馈注浆方法,其特征在于,所述袖阀管水平间距与隧道单节管片同宽,所处位置为单节管片中线,袖阀管与隧道管片净距为1.0~1.5m。
4.根据权利要求1所述矫正地铁隧道水平变形的实时反馈注浆方法,其特征在于,所述袖阀管套管中注入浆液,所述注浆浆液在传统水泥浆液中添加水玻璃。
5.根据权利要求4所述矫正地铁隧道水平变形的实时反馈注浆方法,其特征在于,所述浆液为水泥、水玻璃和水配比而成双液浆,其体积配比为水泥:水玻璃:水=1:2.5:3.43。
6.根据权利要求1所述矫正地铁隧道水平变形的实时反馈注浆方法,其特征在于,所述改良材料的水泥土搅拌墙为单侧碱渣-粉煤灰水泥土搅拌墙。
7.根据权利要求1所述矫正地铁隧道水平变形的实时反馈注浆方法,其特征在于,所述改良材料的水泥土搅拌墙厚度800mm,长度与注浆范围一致,其中心与隧道净距为3~5m。
8.根据权利要求1所述矫正地铁隧道水平变形的实时反馈注浆方法,其特征在于,所述改良材料的水泥土搅拌墙是在水泥土搅拌墙施工中,添加工业废料碱渣及粉煤灰,水泥、碱渣和粉煤灰三者添加质量比为5:3:2。
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