CN111156032B - 一种注浆管内插型钢注浆加固既有地铁隧道结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种注浆管内插型钢注浆加固既有地铁隧道结构，包括：隧道管片环、注浆管、注浆定位装置、型钢和地层。本发明的有益效果是：本发明通过注浆钢花管底部设置出尖，中部至底部表面由疏到密设置梅花型小孔，保证了浆液的顺利流入和流出的，提高了注浆加固效果。同时将主要注浆压力释放区后移至注浆管底部，避免了因注浆二次扰动过大引起既有隧道管片环的变形，进而引起整个隧道结构的变形；本发明通过多次材料封堵及设置防水垫层、橡胶圈等，较好地解决了隧道注浆施工及后续可能出现的渗漏问题，较现有的加固结构和施工方法在防水性能上有了较大的提升。
Description
技术领域
本发明涉及既有地铁隧道结构加固领域，尤其涉及一种注浆管内插型钢注浆加固既有地铁隧道结构及方法。
背景技术
随着城市地下空间的不断发展和地铁隧道的逐渐建成运营，越来越多的既有运营地铁隧道周边不可避免地出现近接施工情况，加之地铁隧道本身对近接施工的敏感性又较高，目前绝大多数的既有地铁隧道都存在不同程度的变形。然而，过大的变形不仅会导致隧道管片张开、错台、轨道翘曲变形，甚至会因管片间的变形张开量过大引起漏水漏沙等危害，严重影响地铁隧道的运营安全和使用寿命。因此，为了保证既有运营地铁隧道的长期安全性，提高隧道管片的整体刚度与承载力，有必要采取一定的加固措施对周边地层和隧道管片结构进行加固。
工程中常采用注浆对隧道管片结构的周围地层进行加固，但是由于软土的流动性和注浆施工控制不当导致浆液流窜，极易引起邻近地层或邻近既有结构物二次扰动。许多因注浆加固反而加剧既有地铁隧道结构变形的案例也时有发生。因此，充分考虑软土地区的既有运营地铁隧道的所处地层特点及结构特征，十分有必要研发一种有效可行且极具针对性的加固既有地铁隧道结构及方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种注浆管内插型钢注浆加固既有地铁隧道结构及方法。
这种注浆管内插型钢注浆加固既有地铁隧道结构，包括隧道管片环、注浆管、注浆定位装置、型钢和地层；所述隧道管片环由管片拼接而成，隧道管片环的每一块管片均设置注浆管，所述注浆管通过管片预留的注浆孔将隧道管片环与周围的地层相连接；所述注浆管包括注浆钢花管和注浆拼接管；所述注浆钢花管底部设置出尖，注浆钢花管顶部内表面设置螺旋丝扣，注浆钢花管表面打设小孔；所述注浆拼接管底部外表面设置螺旋丝扣并与注浆钢花管顶部内表面的螺旋丝扣配合连接，注浆拼接管与注浆设备相连；所述注浆钢花管与注浆拼接管的连接处位于注浆定位装置中，所述注浆定位装置安装在管片预留的注浆孔内，注浆定位装置内外表面均设置防水密封垫，注浆定位装置顶端内表面设置螺旋丝扣并与注浆孔的螺旋盖配合相连；所述注浆管沿隧道管片环的圆周径向设置；所述型钢内插于注浆钢花管内。
作为优选：所述注浆钢花管的管身为空心圆柱形钢管，从注浆钢花管中部至底部由疏至密设置有小孔，小孔呈梅花型布置。
作为优选：所述注浆拼接管为空心圆柱形钢管，其内外径与注浆钢花管相同。
作为优选：所述注浆定位装置为空心圆柱形钢管，注浆钢花管顶部位于注浆定位装置中，注浆拼接管向外伸出注浆定位装置外部；所述注浆定位装置的内径大于注浆钢花管和注浆拼接管的外径，注浆定位装置的外径小于预留注浆孔的直径；注浆定位装置的底端顶在管片预留的注浆孔底部，注浆定位装置的顶端与注浆孔孔口平齐。
作为优选：所述防水密封垫通过胶黏剂与注浆定位装置粘贴。
作为优选：所述型钢为H型钢，型钢的尺寸与注浆钢花管相匹配。
这种注浆管内插型钢注浆加固既有地铁隧道结构的施工方法，包括以下步骤：
1）注浆管布设定位
注浆管设置在管片预留的注浆孔中，沿隧道管片环的圆周径向设置，由测量组放出管片上每个注浆孔的位置并作出标记；
2）钻孔
根据测量布置的点位采用注浆管钻机进行钻孔，孔深钻穿管片至设计深度为止；开孔时，低压慢转，钻进过程中利用测量设备控制钻孔的偏斜率；
3）安装注浆定位装置
将已设置好防水密封垫的注浆定位装置安装在已钻孔完毕的注浆孔内，注浆定位装置底端顶在管片的预留注浆孔的底部；
4）安装注浆管
钻孔完毕，安装注浆管；内插型钢的注浆钢花管从注浆孔由机械顶进，穿过注浆定位装置并顶进至设计深度时，注浆钢花管顶部位于注浆定位装置中，将注浆拼接管与注浆钢花管通过螺旋丝扣相连接；在注浆管拼接完成并达到设计位置后，用速凝水泥对孔口与注浆管的缝隙进行封堵严密；
5）注浆
注浆前先将管内的泥砂清干净，再进行注浆，注浆设备与注浆拼接管相连，通过驱动装置将浆液喷射进入；进行连续注浆，每钻完一个孔，随即安设该孔的注浆管并注浆，然后再进行下一孔的施工；注浆过程中实时观察注浆管片环及附近管片环的错台、渗漏水情况，并根据注浆量或注浆压力情况，决定是否结束注浆作业；
注浆施工采取注浆量与注浆压力双控制，施工时要根据现场的地质条件调整注浆压力、注浆浆液及注浆量；
6）回收注浆拼接管并封堵注浆孔
待注浆作业结束后，在浆液还未凝结时旋动注浆拼接管，解除注浆拼接管与注浆钢花管的连接，拔除并回收注浆拼接管，待下一个注浆孔注浆时使用，同时对注浆孔中存在的孔隙填充速凝水泥堵塞严密；在封堵注浆孔拧螺旋盖时，螺旋盖套一圈环形橡胶垫圈；注浆管周围的地层通过浆液加固形成水泥土复合结构，同时注浆管内形成管型钢浆液的组合结构；注浆管内插型钢组合结构将加固地层与既有隧道管片环有机结合形成多骨架的双圆整体结构。
作为优选：所述步骤5）中，注浆采用水泥和水玻璃双液浆，注浆参数根据现场试验予以调整。
本发明的有益效果是：
1）本发明通过注浆钢花管底部设置出尖，中部至底部表面由疏到密设置梅花型小孔，保证了浆液的顺利流入和流出的，提高了注浆加固效果。同时将主要注浆压力释放区后移至注浆管底部，避免了因注浆二次扰动过大引起既有隧道管片环的变形，进而引起整个隧道结构的变形。
2）本发明通过将型钢内插入注浆管进行一体化注浆加固，使得形成的注浆管内插型钢组合结构不仅有很好的加固止水效果，而且增强了结构的抗弯性能，进而通过注浆管内插型钢组合结构作为骨架将既有隧道管片环与周围加固的地层结合，形成一个多骨架的双圆密闭整体结构，更好增强了整体的刚度与强度，起到了很好的加固防水效果，能更好地应用于软弱地层。
3）本发明通过多次材料封堵及设置防水垫层、橡胶圈等，较好地解决了隧道注浆施工及后续可能出现的渗漏问题，较现有的加固结构和施工方法在防水性能上有了较大的提升。
4）本发明注浆管内插型钢注浆加固既有地铁隧道结构的施工方法适用范围广，适用性更强，降低了施工难度和成本，作为保护既有地铁隧道安全运营的一种有效可行的方法，具有显著的经济和社会效益。
附图说明
图1是本发明的注浆钢花管示意图；
图2是本发明的注浆拼接管示意图；
图3是本发明的注浆定位装置示意图；
图4是本发明的注浆管沿隧道管片环圆周径向设置示意图；
图5是本发明的注浆钢花管内插型钢示意图；
图6是本发明的注浆钢花管内插型钢截面图；
图7是本发明的注浆管内插型钢组合结构拼接完成示意图；
图8是本发明的注浆施工完成示意图；
图9是本发明的注浆施工完成形成的加固结构示意图。
附图标记说明： 1——管片；2——注浆钢花管；2-1——出尖；2-2——小孔；3——注浆拼接管；4——螺旋丝扣；5——注浆定位装置；6——防水密封垫；7——螺旋盖；8——型钢；9——地层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
所述注浆管内插型钢注浆加固既有地铁隧道结构，是一种隧道管片环与注浆管内插型钢注浆形成的组合结构。所述隧道管片环由六块管片1拼接而成，分别为一块小封顶块，两块邻接块和三块标准块，隧道管片环外径6.2m，内径5.5m，管片厚度350mm，宽度1200mm。所述隧道管片环的每一块管片1均设置由内向外的注浆管，所述注浆管通过管片1预留的注浆孔将隧道管片环与周围的地层9相连接。所述管片1上的预留注浆孔直径为50mm，深度一般为300-350mm，具体取300mm。
如图1所示，所述注浆管包括注浆钢花管2和注浆拼接管3，所述注浆钢花管2的管身为空心圆柱形钢管，其底部设置出尖2-1，顶部内表面设置螺旋丝扣4，所述螺旋丝扣4是为了将注浆钢花管2与注浆拼接管3相连。所述注浆钢花管2表面打设小孔2-2，孔径5mm，从注浆钢花管2中部至底部由疏至密设置，孔间距10mm-20mm不等，小孔2-2呈梅花型布置。所述注浆钢花管2直径与长度分别视管片预留注浆孔孔径与设计注浆加固深度而定，更具体的，所述注浆钢花管2外径为35mm，长度一般为2.0-3.0m，具体取2.0m。
如图2所示，所述注浆拼接管3为空心圆柱形钢管，外径与注浆钢花管2相同为35mm，底部外表面设置螺旋丝扣4，注浆拼接管3底部外表面的螺旋丝扣4是为了与注浆钢花管2顶部内表面的螺旋丝扣4配合连接，达到注浆钢花管2和注浆拼接管3相连的目的。所述注浆拼接管3长度视注浆设备而定，并与注浆设备相连，更具体的，所述注浆拼接管3长度为0.5m。
所述注浆钢花管2与注浆拼接管3的连接处位于注浆定位装置5中，所述注浆定位装置5为空心圆柱形钢管，安装在管片1预留的注浆孔内，注浆钢花管2向内穿过注浆定位装置5，注浆拼接管3向外伸出注浆定位装置5外部。所述注浆定位装置5的内径要大于注浆钢花管2和注浆拼接管3的外径，其外径要略小于预留注浆孔的直径，高度与注浆孔深度相同。更具体的，注浆定位装置5的直径为40mm，长度为300mm。注浆定位装置5内外表面均设置防水密封垫6，所述防水密封垫6通过胶黏剂与注浆定位装置5粘贴，起到内外双重防水功效。注浆定位装置5的底端（靠近地层9侧）顶在管片1预留的注浆孔的底部，其顶端与注浆孔孔口平齐，顶端内表面设置螺旋丝扣4，所述螺旋丝扣4是为了在最终注浆完成后，与注浆孔的螺旋盖7配合相连完成孔洞的封堵，如图8所示。
所述注浆管沿隧道管片环的圆周径向设置，如图4所示。
所述型钢8（以H型钢为例）内插于注浆钢花管2内，型钢尺寸选择应符合注浆钢花管尺寸，型钢8（以H型钢为例）选用特殊构造尺寸H×B=1500mm×30mm，以保证型钢8顺利插入整个注浆钢花管2内，如图5和图6所示。
所述注浆管内插型钢注浆加固既有地铁隧道结构的施工方法，包括以下步骤：
1、注浆管布设定位
注浆管设置在管片1预留的注浆孔中，沿隧道管片环的圆周径向设置，由测量组放出管片1上每个注浆孔的位置并作出标记。
2、钻孔
根据测量布置的点位采用注浆管钻机进行钻孔，孔的直径35mm，孔深钻穿管片1至设计深度2.0m为止。开孔时，低压慢转，钻进过程中利用倾斜仪等测量设备有效控制钻孔的偏斜率。
3、安装注浆定位装置
将已设置好防水密封垫6的注浆定位装置5安装在已钻孔完毕的注浆孔内，一端顶在管片1的预留注浆孔的底部。
4、安装注浆管
钻孔完毕，注浆管及时跟进。注浆钢花管2（内插型钢8）从注浆孔由机械顶进，顶进通过注浆定位装置5时，应尽量避免触碰摩擦导致防水密封垫6受损。注浆钢花管2顶进至设计深度2.0m时，其顶部应位于注浆定位装置5中，将注浆拼接管3与注浆钢花管2通过螺旋丝扣4相连接，如图7所示。在注浆管拼接完成并达到设计位置后，用速凝水泥等材料对孔口与注浆管的缝隙进行封堵严密，以防注浆时冒浆。
5、注浆
注浆前先将管内的泥砂清干净（可用高压水冲洗），再进行注浆，注浆设备与注浆拼接管3相连，通过驱动装置将浆液喷射进入。更具体的，注浆采用水泥、水玻璃双液浆，注浆参数根据现场试验予以调整。注浆必须连续进行，施工过程中为了防止串孔和漏浆现象发生，每钻完一个孔，随即安设该孔的注浆管并注浆，然后再进行下一孔的施工。注浆过程中应实时观察注浆管片环及附近管片环的错台、渗漏水情况，并根据注浆量或注浆压力情况，决定是否结束注浆作业。
注浆遵循从外到内，从无水至有水的原则。注浆施工采取注浆量与注浆压力双控制，以确保注浆效果；同时，施工时要根据现场的地质条件调整注浆压力、注浆浆液及注浆量，确保注浆达到最好的效果。
6、回收注浆拼接管并封堵注浆孔
待注浆作业结束后，及时在浆液还未凝结时旋动注浆拼接管3，解除注浆拼接管3与注浆钢花管2的连接，拔除并回收注浆拼接管3，待下一个注浆孔注浆时使用，同时对注浆孔中存在的孔隙填充速凝水泥等材料堵塞严密。最后，在封堵注浆孔拧螺旋盖7时，螺旋盖7套一圈环形橡胶垫圈，以进一步达到密实防渗漏的作用。
此时，注浆管周围的地层9已通过浆液加固形成水泥土复合结构，同时注浆管内形成管-型钢-浆液的组合结构。注浆管内插型钢组合结构将加固地层与既有隧道管片环有机结合形成多骨架的双圆整体结构，如图9所示，起到了加固补强和防水的良好效果。
Claims (5)
1.一种注浆管内插型钢注浆加固既有地铁隧道结构，其特征在于：包括隧道管片环、注浆管、注浆定位装置（5）、型钢（8）和地层（9）；所述隧道管片环由管片（1）拼接而成，隧道管片环的每一块管片（1）均设置注浆管，所述注浆管通过管片（1）预留的注浆孔将隧道管片环与周围的地层（9）相连接；所述注浆管包括注浆钢花管（2）和注浆拼接管（3）；所述注浆钢花管（2）底部设置出尖（2-1），注浆钢花管（2）顶部内表面设置螺旋丝扣（4），注浆钢花管（2）表面打设小孔（2-2）；所述注浆拼接管（3）底部外表面设置螺旋丝扣（4）并与注浆钢花管（2）顶部内表面的螺旋丝扣（4）配合连接，注浆拼接管（3）与注浆设备相连；所述注浆钢花管（2）与注浆拼接管（3）的连接处位于注浆定位装置（5）中，所述注浆定位装置（5）安装在管片（1）预留的注浆孔内，注浆定位装置（5）内外表面均设置防水密封垫（6），注浆定位装置（5）顶端内表面设置螺旋丝扣（4）并与注浆孔的螺旋盖（7）配合相连；所述注浆管沿隧道管片环的圆周径向设置；所述型钢（8）内插于注浆钢花管（2）内；
所述注浆钢花管（2）的管身为空心圆柱形钢管，从注浆钢花管（2）中部至底部由疏至密设置有小孔（2-2），小孔（2-2）呈梅花型布置；
所述注浆拼接管（3）为空心圆柱形钢管，其内外径与注浆钢花管（2）相同；
所述注浆定位装置（5）为空心圆柱形钢管，注浆钢花管（2）顶部位于注浆定位装置（5）中，注浆拼接管（3）向外伸出注浆定位装置（5）外部；所述注浆定位装置（5）的内径大于注浆钢花管（2）和注浆拼接管（3）的外径，注浆定位装置（5）的外径小于预留注浆孔的直径；注浆定位装置（5）的底端顶在管片（1）预留的注浆孔底部，注浆定位装置（5）的顶端与注浆孔孔口平齐。
2.根据权利要求1所述的注浆管内插型钢注浆加固既有地铁隧道结构，其特征在于：所述防水密封垫（6）通过胶黏剂与注浆定位装置（5）粘贴。
3.根据权利要求1所述的注浆管内插型钢注浆加固既有地铁隧道结构，其特征在于：所述型钢（8）为H型钢，型钢（8）的尺寸与注浆钢花管（2）相匹配。
4.一种如权利要求1所述的注浆管内插型钢注浆加固既有地铁隧道结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）注浆管布设定位
注浆管设置在管片（1）预留的注浆孔中，沿隧道管片环的圆周径向设置，由测量组放出管片（1）上每个注浆孔的位置并作出标记；
2）钻孔
根据测量布置的点位采用注浆管钻机进行钻孔，孔深钻穿管片（1）至设计深度为止；开孔时，低压慢转，钻进过程中利用测量设备控制钻孔的偏斜率；
3）安装注浆定位装置
将已设置好防水密封垫（6）的注浆定位装置（5）安装在已钻孔完毕的注浆孔内，注浆定位装置（5）底端顶在管片（1）的预留注浆孔的底部；
4）安装注浆管
钻孔完毕，安装注浆管；内插型钢（8）的注浆钢花管（2）从注浆孔由机械顶进，穿过注浆定位装置（5）并顶进至设计深度时，注浆钢花管（2）顶部位于注浆定位装置（5）中，将注浆拼接管（3）与注浆钢花管（2）通过螺旋丝扣（4）相连接；在注浆管拼接完成并达到设计位置后，用速凝水泥对孔口与注浆管的缝隙进行封堵严密；
5）注浆
注浆前先将管内的泥砂清干净，再进行注浆，注浆设备与注浆拼接管（3）相连，通过驱动装置将浆液喷射进入；进行连续注浆，每钻完一个孔，随即安设该孔的注浆管并注浆，然后再进行下一孔的施工；注浆过程中实时观察注浆管片环及附近管片环的错台、渗漏水情况，并根据注浆量或注浆压力情况，决定是否结束注浆作业；
注浆施工采取注浆量与注浆压力双控制，施工时要根据现场的地质条件调整注浆压力、注浆浆液及注浆量；
6）回收注浆拼接管并封堵注浆孔
待注浆作业结束后，在浆液还未凝结时旋动注浆拼接管（3），解除注浆拼接管（3）与注浆钢花管（2）的连接，拔除并回收注浆拼接管（3），待下一个注浆孔注浆时使用，同时对注浆孔中存在的孔隙填充速凝水泥堵塞严密；在封堵注浆孔拧螺旋盖（7）时，螺旋盖（7）套一圈环形橡胶垫圈；注浆管周围的地层（9）通过浆液加固形成水泥土复合结构，同时注浆管内形成管-型钢-浆液的组合结构；注浆管内插型钢组合结构将加固地层与既有隧道管片环有机结合形成多骨架的双圆整体结构。
5.根据权利要求4所述的注浆管内插型钢注浆加固既有地铁隧道结构的施工方法，其特征在于：所述步骤5）中，注浆采用水泥和水玻璃双液浆，注浆参数根据现场试验予以调整。
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