CN111156034A - 一种预埋式注浆单元及软弱地层沉降控制系统、方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预埋式注浆单元及软弱地层沉降控制系统、方法，解决了现有技术中浅埋双连拱隧道存在的多方向不均匀沉降的问题，在控制地层沉降的同时又可以记录地层沉降值，达到了防控、监测结合的目的；其技术方案为：包括依次设置的起始段、沉降量读取段、浆液扩散及锚固段、末尾段，其中，浆液扩散及锚固段设置一个或多个，包括连接为一体的浆液扩散段和锚固段；所述浆液扩散段具有用于浆液扩散的扩散口，所述锚固段外侧设有螺纹。

Description

一种预埋式注浆单元及软弱地层沉降控制系统、方法

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，尤其涉及一种预埋式注浆单元及软弱地层沉降控制系统、方法。

背景技术

随着经济的进一步发展和交通强国建设纲要的提出，更多的交通基础设施亟待修建。为了开发利用地下空间资源，在地层内修建各种功能的建筑设施，统称为隧道。根据功能和所处地质环境的变化，传统隧道演化出各种新结构和工法，困难和挑战相应而来。

通常在通过路段山势不高，纵向长度较短，横坡较陡，下行线，公路上、下行线在此分不开的情况下，设置双跨连拱隧道。双连拱隧道单跨断面为单心圆结构，边墙为曲墙，中隔墙也为曲墙。由于其不仅能满足上、下行车分离的要求，而且具有接线难度小、占地少、环境保护好，在平面线路、洞口位置等选择的自由度大的特点已普遍采用。发明人发现，由于双连拱隧道在我国起步不久缺乏经验，可够参考的施工案例不多，仍然面临诸多挑战。

其一，浅埋于软弱地层内的双连拱隧道，面临上覆地层沉降过大的问题。尤其是在地层情况复杂的条件下，尽管隧道总体长度并不大，依然极有可能沿着隧道走向产生纵向不均匀沉降。若双连拱隧道修建于城市之内的繁华地带，更加会对城市建筑造成较大的安全隐患。所以，必须控制地层沉降在合理范围之内，将尽可能的消除其带来的安全隐患。

其二，大断面双连拱隧道受力结构复杂，并且承受地层复杂环境中的地层应力、管道渗水压力和地层热效应等的耦合作用。此外大断面双连拱隧道可能承受不对称的应力作用。长期的作用导致双连拱隧道在同一断面内受力不均或不对称，使其上覆地层在左侧拱和右侧拱处产生不同沉降，造成横向不均匀沉降。

此外，我国现行地层沉降控制技术通常只针对某一种特定岩土体或地层特性，灵活性较弱，适应性差。当面对其它地质环境，或者复杂综合的地层环境时难以适用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一目的是提供一种预埋式注浆单元，适用于浅埋大断面双连拱隧道的软弱地层沉降控制，结构简单、实用性强。

本发明的第二目的是提供一种软弱地层沉降控制系统，能够应对特殊地质引起的过量沉降和不均匀沉降。

本发明的第三目的是提供一种软弱地层沉降控制系统的施工方法，施工效率高、安全性强。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种预埋式注浆单元，包括依次设置的起始段、沉降量读取段、浆液扩散及锚固段、末尾段，其中，浆液扩散及锚固段设置一个或多个，包括连接为一体的浆液扩散段和锚固段；所述浆液扩散段具有用于浆液扩散的扩散口，所述锚固段外侧设有螺纹。

作为进一步的实现方式，所述螺纹为W型螺纹。

作为进一步的实现方式，所述起始段为注浆机接口，所述末尾段为封闭式连接口。所述沉降量读取段设有刻度。

第二方面，本发明实施例还提供了一种软弱地层沉降控制系统，包括若干组沿隧道走向直线排列的预埋式注浆单元，所述预埋式注浆单元连接固定板。

作为进一步的实现方式，每组预埋式注浆单元具有多个，若干个预埋式注浆单元的末尾段分别与左侧拱、中隔墙和右侧拱连接。

第三方面，本发明实施例还提供了一种软弱地层沉降控制系统的施工方法，包括以下步骤：

(1)待隧道开挖后进行初期支护铺设钢筋网之前，在地表打钻注浆孔，将预埋式注浆单元埋入注浆孔内；

(2)铺设初支钢筋网，并将固定板放入初支钢筋网内；将末尾段的封闭式连接口与固定板焊接，并完成初期支护的剩余步骤；

(3)首先进行预注浆：在注浆孔与预埋式注浆单元之间的缝隙处向孔内注浆；之后进行正式注浆：将起始段的注浆机接口与注浆机连接，向地层内部注入浆液；

(4)进行封闭处理，在地表处加混凝土对预埋式注浆单元进行最后固定，保证沉降量读取段的顶部刚好与混凝土顶部面齐平；定期读取沉降量读取段的长度，即为累计沉降量值。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

(1)本发明的一个或多个实施方式的预埋式注浆单元结构简单，适用范围广，灵活性强，适用于大断面双连拱隧道这类复杂受力结构的工程；预埋式注浆单元包括沉降量读取段，在控制地层沉降的同时又可以记录地层沉降值，达到了防控、监测结合的目的；

(2)本发明的一个或多个实施方式通过灵活埋设的预埋式注浆单元，有针对性的解决了隧道领域内时常面临的地层沉降问题；通过向地层内注浆的方法，达到了地层加固的目的；灵活设计的预埋式注浆单元能够应对多种复杂的地质条件，有效解决了浅埋双连拱隧道存在的多方向不均匀沉降的问题。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的正面工作示意图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的预埋式注浆单元结构示意图；

图3是本发明根据一个或多个实施方式的预埋式注浆单元埋入地层后的示意图；

图4是本发明根据一个或多个实施方式的三维工作示意图；

其中，1、地层一，2、地层二，3、地层三，4、左侧拱，5、右侧拱，6、中隔墙，7、中隔墙初支，8、隧道初支，9、隧道二衬，10、隧道三衬，11、地表，12、预埋式注浆单元，13、注浆机接口，14、沉降量读取段，15、W型螺纹，16、注浆内腔，17、浆液扩散段，18、封闭式连接口，19、浆液，20、固定板，21、初支钢筋网。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本申请中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语解释部分:本申请中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

W型螺纹，截面呈W型的螺纹。

实施例一：

本实施例提供了一种预埋式注浆单元，适用于浅埋大断面双连拱隧道的软弱地层，如图2所示，包括起始段、沉降量读取段14、浆液扩散及锚固段、末尾段，预埋式注浆单元内部具有中空的注浆内腔16。

起始段为注浆机接口13，所述注浆机接口13具有外螺纹，用于连接注浆机，注浆机通过注浆机接口13向预埋式注浆单元注入浆液19。

起始段与首段浆液扩散及锚固段之间设置沉降量读取段14，所述沉降量读取段14设有长度刻度值，最小精确刻度为1mm；总长度可根据实际而定，一般为500mm。使用时，沉降量读取段14全部埋置于地下，最上端与地表齐平。当地层发生沉降，可定期读取露出地表的长度值获取该处的地层沉降值。

末尾段为封闭式连接口18，封闭式连接口18为封闭实心，浆液19不会达到此段。其主要起连接作用，用于连接初支钢筋网21内的固定板20，如图3所示，通过固定板20将整个预埋式注浆单元固定在地层之中，防止其发生位移错动。

浆液扩散及锚固段包括连接为一体的浆液扩散段17和锚固段，锚固段外表面设置为W型螺纹，利用了其与浆液19之间的良好锚固作用，共同承受地层压力。浆液扩散段17为预埋式注浆单元的主要工作段，每隔一定距离设置一处浆液扩散段17。

所述浆液扩散段17表面分布许多扩散口，浆液19从地表11处管内打入地下，从浆液扩散段17处的扩散口扩散至底层内，以加固地层，填充底层内的破碎、空洞及注浆孔空隙。

浆液扩散段17根据地层的分布情况可以灵活设计：若地层种类繁多，可多设几处浆液扩散段17；若某地层较软弱，此处浆液扩散段17可适当增长，扩散口口径可适当增大，使得此段地层注浆量相对增多。必须保证：每种地层段内至少有一处浆液扩散段17，且相邻浆液扩散段17相距不超过2m。

本实施例的预埋式注浆单元由强化钢材质制成，强度高、承压能力强，永久埋置于地下，不易腐蚀破坏或发生性质变化。

实施例二：

本实施例提供了一种软弱地层沉降控制系统，包括若干实施例一所述的预埋式注浆单元12、与预埋式注浆单元12相连的固定板20，预埋式注浆单元12埋入地下后，在初支钢筋网21内与固定板20焊接。

如图1和图4所示，预埋式注浆单元12沿隧道长度方向上设置多组，每组具有多个。若干组预埋式注浆单元12沿隧道走向直线排列，从而广泛覆盖了隧道上覆地层区域，达到地层整体加固的目的。在本实施例中，预埋式注浆单元12每隔10m设置1组，地层较差时可以缩短间距为5m一组或更短。

在本实施例中，预埋式注浆单元12在同一里程桩处埋设6根，为一组；分别连接在左侧拱4两根、中隔墙6两根、右侧拱5两根。根据地层情况允许适当增减预埋式注浆单元12的数量，地层条件极差可增加至8～10根。

所述预埋式注浆单元12由地表11处穿过若干地层(地层一1、地层二2、地层三3)埋入地下，连接至中隔墙初支7、隧道初支8(预埋式注浆单元12并未连接至隧道二衬9、隧道三衬10)；覆盖了足够的上覆地层区域，保证了注浆加固受益范围。

本实施例软弱地层沉降控制系统的施工方法为：

(1)待隧道开挖后进行初期支护铺设钢筋网之前，在地表相应位置打钻注浆孔，孔位钻至隧道拱顶、拱腰处或中隔墙6处，并将所述预埋式注浆单元12埋入注浆孔内。

(2)铺设初支钢筋网21，并将固定板20放入初支钢筋网21内。将末尾段的封闭式连接口18与固定板20焊接在一起，并完成初期支护的剩余步骤。

(3)注浆操作分为预注浆和正式注浆。首先进行预注浆：在注浆孔与预埋式注浆单元12之间的缝隙处向孔内注浆，首先填充地层内的较大空洞、破碎区域和钻孔空隙区域。

进行正式注浆：将起始段的注浆机接口13与注浆机连接，向地层内部注入浆液19，使浆液19在高压下自动填充预注浆后的剩余缝隙和软弱地层区域。

(4)进行封闭处理，在地表处加少量混凝土对预埋式注浆单元12进行最后固定，保证沉降量读取段14的顶部刚好与混凝土顶部面齐平。定期读取混凝土面以上沉降量读取段的长度，即为累计沉降量值。

本实施例结构简单、适用范围广、灵活性强，适用于大断面双连拱隧道这类复杂受力结构的工程；控制地层沉降的同时又可以记录地层沉降值，达到了防控、监测结合的目的。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种预埋式注浆单元，其特征在于，包括依次设置的起始段、沉降量读取段、浆液扩散及锚固段、末尾段，其中，浆液扩散及锚固段设置一个或多个，包括连接为一体的浆液扩散段和锚固段；所述浆液扩散段具有用于浆液扩散的扩散口，所述锚固段外侧设有螺纹。

2.根据权利要求1所述的一种预埋式注浆单元，其特征在于，所述螺纹为W型螺纹。

3.根据权利要求1所述的一种预埋式注浆单元，其特征在于，所述起始段为注浆机接口，所述末尾段为封闭式连接口。

4.根据权利要求1所述的一种预埋式注浆单元，其特征在于，所述沉降量读取段设有刻度。

5.根据权利要求1所述的一种预埋式注浆单元，其特征在于，相邻浆液扩散段相距长度范围应在0.5～2m之间。

6.一种软弱地层沉降控制系统，其特征在于，包括若干组沿隧道走向直线排列的预埋式注浆单元，所述预埋式注浆单元连接固定板。

7.根据权利要求6所述的一种软弱地层沉降控制系统，其特征在于，每组预埋式注浆单元具有多个，若干个预埋式注浆单元的末尾段分别与左侧拱、中隔墙和右侧拱连接。

8.根据权利要求6-7任一所述的一种软弱地层沉降控制系统的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)待隧道开挖后进行初期支护铺设钢筋网之前，在地表打钻注浆孔，将预埋式注浆单元埋入注浆孔内；

(2)铺设初支钢筋网，并将固定板放入初支钢筋网内；将末尾段的封闭式连接口与固定板焊接，并完成初期支护的剩余步骤；

(3)首先进行预注浆：在注浆孔与预埋式注浆单元之间的缝隙处向孔内注浆；之后进行正式注浆：将起始段的注浆机接口与注浆机连接，向地层内部注入浆液；

(4)进行封闭处理，在地表处加混凝土对预埋式注浆单元进行最后固定；定期读取沉降量读取段的长度，即为累计沉降量值。

9.根据权利要求8所述的一种软弱地层沉降控制系统的施工方法，其特征在于，所述沉降量读取段全部埋置于地下，其最上端与地表齐平。

10.根据权利要求8所述的一种软弱地层沉降控制系统，其特征在于，注浆孔的孔位钻至隧道拱顶、拱腰处或中隔墙处。

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