CN111676947B - 一种隧道仰拱地基加固组件及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道仰拱地基加固组件及施工方法，该加固组件包括：多节钢花管以及钢盖，多节钢花管沿竖直方向依次固定连接，多节钢花管的管壁上分别设有多个注浆孔，钢盖设置在位于竖直方向最上方的钢花管的顶端，钢盖上设有第一通孔和第二通孔，第一通孔和第二通孔的上端分别设有可拆卸的注浆钢管和排气溢浆软管。该施工方法包括钻孔、逐节连接并下放就位钢花管、安装钢帽和注浆管和排气管、注浆加固、拆除注浆钢管、开挖仰拱并施作支护结构。本发明提供了在仰拱开挖前对地基进行加固的加固组件及施工方法，避免了仰拱开挖后再钻孔所带来的钻机安放于弧形仰拱轮廓线的弊端，极大方便了钻孔操作，提升了钻孔效率和钻孔质量。

Description

一种隧道仰拱地基加固组件及施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道仰拱地基加固组件及施工方法。

背景技术

在软弱地层中修建隧道工程，由于地基承载力不足，或受长期效应影响，可能出现沉降超限的问题，因此需要对仰拱地基进行加固。现有加固方法通常是先开挖仰拱至基底，再测量放线钻孔施作各类桩基。由于仰拱是弧线形态，当将仰拱挖开后，再对仰拱地基进行加固时，弧形的仰拱地面不易架设打孔设备，打孔质量较差，且打孔施作桩基作业占用仰拱初支时间，造成隧道支护结构封闭成环时间晚，造成安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道仰拱地基加固组件及施工方法，该组件及施工方法在仰拱开挖前即可对地基进行加固从而增强仰拱开挖以及后续仰拱的稳定性。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种隧道仰拱地基加固组件，包括：多节钢花管以及钢盖，多节钢花管沿竖直方向依次固定连接，多节钢花管的管壁上分别设有多个注浆孔，钢盖设置在位于竖直方向最上端的钢花管的顶端，钢盖上设有第一通孔和第二通孔，第一通孔和第二通孔的上端分别设有可拆卸的注浆钢管和排气溢浆软管。

该加固组件用于对仰拱开挖地基进行注浆加固，钢花管的顶端设有缸盖，缸盖上通过第一通孔以及第二通孔连接注浆钢管和排气溢浆软管，注浆钢管用于引导水泥浆液进入钢花管中，多节钢花管相互连接用于灌注水泥浆液，水泥浆液从出浆孔中流出，因此钢花管内外都浸入水泥浆液中，与水泥浆一起对地基进行加固。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，位于竖直方向最下端的钢花管的上端开口、下端封闭，且位于竖直方向最下端的钢花管的下端设有底部注浆孔，钢花管的长度不大于隧道顶壁到地面的高度。

钢花管的底部还设有底部注浆孔供水泥浆液流出；为方便后续钢花管吊装作业，钢花管的长度不能大于隧道顶壁距地面的高度。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，位于竖直方向最下端的钢花管的底部设有支架。

位于竖直方向最下端的钢花管上固定一个支架，当钢花管竖直放置时，支架使钢花管的底部远离地面，从而不会堵塞钢花管底部的底部注浆孔。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，钢花管的外壁上设有多个开口斜向下且沿钢花管周向均匀分布的固定孔，固定孔距钢花管顶端0.8-1.2m，并且固定孔的轴线与钢花管的外壁的夹角为45°-60°。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，第一通孔和第二通孔的上端分别设有第一凸口和第二凸口，第一凸口，第一凸口与注浆钢管螺纹连接，第二凸口与排气溢浆软管插接。

一种隧道仰拱地基加固施工方法，采用以上隧道仰拱地基加固组件进行加固施工，包括以下步骤：

S1、钻孔：在隧道仰拱开挖前的平整的地表上架设打孔设备，钻出孔径大于钢花管外径的多个桩孔，多个桩孔在待挖仰拱的范围内以梅花形布置，并且在钻孔时，控制桩孔位于仰拱开挖线下方注浆段深度相同。

在待挖仰拱的地基中钻桩孔，桩孔布满待挖仰拱的地面并且桩孔按照梅花形均匀布置，其布置可以仰拱钢架为参考，桩孔的上部分位于待挖仰拱中，下部分位于仰拱开挖线以下的地基中，位于仰拱开挖线以下地基中的部分为注浆段，为保证各位置加固程度相同，因此各位置注浆段深度相同，因为仰拱为下凹的弧形，且各个位置的注浆段深度相等，因此各个位置的桩孔深度不同，越向仰拱中心靠近，对应的桩孔的深度越深，桩孔中放置钢花管，为保证钢花管顺利放置到桩孔中，且钢花管中的浆液能进入桩孔，桩孔的内径应大于钢花管的外径。

S2、放置钢花管：将上述多节钢花管依次吊装、连接并放入桩孔中，并且吊装时满足：位于竖直方向最下端的钢花管通过设置在其底部的支架以使其与桩孔的底部隔开，以及位于竖直方向最上端钢花管的顶部低于仰拱开挖线；

最下端的钢花管的底部设置了支架，因此最下端的钢花管的底面远离桩孔的孔底，钢花管底部的底部注浆孔不会被堵塞，使钢花管的底部也可被水泥浆液固定；最上端钢花管的顶部低于仰拱开挖线可为挖仰拱留有一定的余量，避免钢花管顶端损伤挖掘设备。

S3、安装钢盖：将钢盖固定安装在位于竖直方向最上端的钢花管的顶部，并且将注浆钢管和排气溢浆软管从桩孔中伸出；

注浆钢管和排气溢浆软管均设置在高于地面的位置，方便向注浆钢管中注浆，方便观察到浆液从排气溢浆软管中溢出。

S4、注浆：将注浆钢管与注浆设备连接并注入水泥浆液，待水泥浆液溢出排气溢浆软管时停止注浆，注浆完毕后拔出注浆钢管和排气溢浆软管。

当注浆高度达到设置位置时，即注浆高度到达最上端的钢花管的顶端时，浆液会从钢花管顶部的排气溢浆软管中溢出，以排气溢浆软管中溢出浆液作为注浆完成指标即可完成注浆操作。

注浆完毕后，待水泥浆液还未凝固时及时拔出注浆钢管和排气溢浆软管，从而使注浆钢管和排气溢浆软管可重复使用，由于注浆钢管与缸盖螺纹连接，则拔出时需旋转拔出，排气溢浆软管直接拔出即可。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤S2中将多节钢花管依次吊装放入桩孔中的步骤为：

a将位于竖直方向最下端的第一节钢花管吊起来并向桩孔中放置，待固定孔与地面齐平时停止向下放置钢花管，将与固定孔尺寸相匹配的钢筋插入固定孔中，钢筋的下端抵触在钢花管的内壁上，钢筋的上端搭放在地面上；

由于受到隧道高度的限制，为方便吊起钢花管，每一节钢花管的长度不能太长，应小于隧道顶壁到地面的高度，因此当注浆段较深深，需连接多节钢花管进行注浆；向桩孔中放置第一节钢花管直至钢花管上的固定孔与地面齐平时，停止下放，将与固定孔孔径匹配的钢筋插入固定孔中，钢筋的下端抵触在钢花管内壁上，上端搭放在地面上，从而将钢花管暂时固定住以便连接下一节钢花管。

b将第二节钢花管吊起，使第二节钢花管的底端与第一节钢花管的顶端靠近，将第一节钢花管与第二节钢花管固定连接；

两节钢花管固定连接，其固定连接方式不做具体限制，可根据实际施工需求进行选择，如焊接或者无缝钢管套接等。

c将钢筋从固定孔中取出，将第一节花钢管和第二节花钢管作为整体向桩孔中继续放置；

d根据注浆段的长度按照步骤S2的方法依次连接多节花钢管直至桩长达到注浆深度要求，并在最上端的钢花管的顶端设置钢盖。

多节钢花管以及钢盖均采用上述方法进行连接从而组成注浆段钢管。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，位于竖直方向最上端的钢花管的顶部与待挖仰拱的底部之间的距离为10-50cm。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，注浆钢管和排气溢浆软管的顶部与地面的距离为10-30cm。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤S4中注入水泥浆液过程包括：一次注浆、二次注浆，一次注浆压力为0.5-1MPa，水灰比为0.5：1，水泥浆液溢出排气溢浆软管后停止注浆；二次注浆压力为1.5MPa，水灰比为0.7：1，注浆压力达到0.8-1.0MPa，停止注浆；浆液凝固收缩回落到孔口以下，进行补浆，直至孔口注满，待排气溢浆软管涌出泥浆时，注浆完毕。

为保证加固水泥柱的强度，本方案采用两次注浆以及补浆操作，通过两次注浆以及补浆可保证浆液的密实从而保证注浆段的加固强度。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种隧道仰拱开挖前的加固组件及施工方法，适用于软弱地层中隧道仰拱加固，该加固组件结构简单，设计合理，注浆钢管和排气溢浆软管可拆卸，可重复使用，本发明的隧道仰拱施工方法采用先加固地基，再开挖仰拱，加固施工中的设备停放在相对平整的底面上，保证打孔精度和地基加固质量，该施工方法中采用了易于拆卸的注浆钢管和排气溢浆软管，便于对仰拱以下地基进行注浆，并且在完成地基加固后还可以拆卸，不影响后续挖仰拱施工。

附图说明

图1为本发明钢花管的结构示意图；

图2为本发明的钢盖的结构示意图；

图3为本发明的桩孔的立面布设结构示意图；

图4为本发明的桩孔的平面布设结构示意图；

图5为本发明的钢花管固定在地面上的结构示意图；

图6为本发明的注浆时的结构示意图。

其中：1-钢花管；11-注浆孔；12-底部注浆孔；13-支架；14-固定孔；15-钢筋；2-钢盖；21-注浆钢管；211-第一凸口；22-排气溢浆软管；221-第二凸口；3-桩孔；4-注浆段；A-角度A，B-距离B；C-距离C；5-仰拱开挖线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例

一种隧道仰拱地基加固组件，其特征在于，包括：多节钢花管1以及钢盖2，多节钢花管1沿竖直方向依次固定连接，参照图1，位于竖直方向最下端的钢花管1的上端开口、下端封闭，钢花管1的管壁上分别设有多个注浆孔11，注浆孔11的孔径为3cm，位于竖直方向最下端的钢花管1的下端设有底部注浆孔12，底部注浆孔12孔径为5cm，钢花管1的长度不大于隧道顶壁到地面的高度，在本实施例中，钢花管1的长度为6m。距钢花管1顶端1m的钢花管1的外壁上设有多个均匀分布的固定孔14，固定孔14的孔径为8mm，固定孔14的轴线向斜下方延伸，并且固定孔14的轴线与钢花管1的外壁的夹角为45°,即图1中角度A。

参照图2，钢盖2上设有第一通孔和第二通孔，第一通孔和第二通孔的上端分别设有第一凸口211和第二凸口221，在本实施例中，第一凸口211的外径为5cm，第二凸口221的外径2cm，第一凸口211与注浆钢管21螺纹连接，注浆钢管21的中部以下设有多个出浆孔212，在本实施例中，注浆管下部3m范围内每隔40cm梅花形设置出浆孔212，出浆孔212直径10mm；第二凸口221与排气溢浆软管22插接，将注浆钢管21和排气溢浆软管22分别与第一凸口211以及第二凸口221连接后还需用透明胶带进一步密封。

隧道仰拱地基加固施工方法，包括以下步骤：

S1、钻孔：在隧道仰拱开挖前的平整的地表上架设打孔设备，在隧道待挖仰拱的地基中钻桩孔3，钻孔位置允许偏差为±1/2桩孔3的直径，垂直度允许偏差应为±1％；桩孔3的孔径大于钢花管1的外径，参照图3和图4，桩孔3布满待挖仰拱的地面并按照梅花形布置，桩孔3位于仰拱开挖线5下方的部分为注浆段4，每个桩孔3对应的注浆段4的深度相同。在本实施例中，桩孔3的孔径为194mm，钢花管1的外径为159mm，各个桩孔3之间的间距为600*800mm(横断面方向×线路方向)。

S2、放置钢花管：将上述多节钢花管1依次吊装放入桩孔3中，竖直方向上位于最下端钢花管1的底部设有支架13，因此竖直方向上位于最下端钢花管1的底部与桩孔3的底部隔开，最上端钢花管1的顶部低于仰拱开挖线5，在本实施例中，最上端钢花管1的顶部与仰拱开挖线5之间的距离为50cm，即图6中距离B，钢花管1的具体放置步骤为：

a将竖直方向上位于最下端的第一节钢花管吊起来并向桩孔3中匀速缓慢放置，待固定孔14与地面齐平时停止向下放置钢花管，参照图5，将外径为8mm的钢筋15插入固定孔14中，钢筋15的下端抵触在钢花管的内壁上，钢筋15的上端搭放在地面上从而将钢花管暂时固定在地面上；

b将与竖直方向上位于最下端的第一节钢花管连接的第二节钢花管吊起，使第二节钢花管的底端与第一节钢花管的顶端靠近，将第一节钢花管与第二节钢花管焊接固定连接；

c将钢筋15从固定孔14中取出，将竖直方向上位于最下端的第一节钢花管和第二节花钢管作为整体向桩孔3中继续放置直至第一节钢花管的底端的支架13接触到孔底，在本实施例中，注浆段4采用两根钢花管1即可。

d在竖直方向上位于最上端的钢花管，即第二节钢花管的顶端焊接连接钢盖2，钢盖2的最高位置也应低于仰拱开挖线5。

S3、安装钢盖：将钢盖2固定安装在竖直方向上位于最上端的钢花管的顶部，放置好钢花管和钢盖2后，注浆钢管21和排气溢浆软管22的顶端均高于桩孔3，注浆钢管21和排气溢浆软管22的顶部与地面的距离为30cm，即图6中距离C。

S4、注浆：参照图6即为注浆时的结构示意图，将注浆钢管21与注浆设备连接注入水泥浆液，在本实施例中，水泥浆采用PO42.5水泥配置，注浆设备采用双液注浆泵，注入水泥浆液过程包括一次注浆、二次注浆和补浆，一次注浆压力为0.5MPa，水灰比为0.5：1，水泥浆液溢出排气溢浆软管22后停止注浆；二次注浆压力为1.5MPa，水灰比为0.7：1，注浆压力达到1.0MPa，停止注浆；当浆液凝固收缩回落到孔口以下，进行补浆，继续注入浆液直至孔口注满，待排气溢浆软管22涌出泥浆时，注浆完毕，注浆完毕后立即拔出注浆钢管21和排气溢浆软管22，注浆钢管21旋转拔出，排气溢浆软管22直接拔出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种隧道仰拱地基加固组件，其特征在于，包括：多节钢花管(1)以及钢盖(2)，多节所述钢花管(1)沿竖直方向依次固定连接，多节所述钢花管(1)的管壁上分别设有多个注浆孔(11)，所述钢盖(2)设置在位于竖直方向最上端的所述钢花管(1)的顶端，所述钢盖(2)上设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔的上端分别设有可拆卸的注浆钢管(21)和排气溢浆软管(22)；

所述钢花管(1)的外壁上设有多个开口斜向下且沿所述钢花管(1)周向均匀分布的固定孔(14)，所述固定孔(14)距所述钢花管(1)顶端的距离为0.8-1.2m，并且所述固定孔(14)的轴线与所述钢花管(1)的外壁的夹角为45°-60°；

将与所述固定孔(14)尺寸相匹配的钢筋(15)插入所述固定孔(14)中，所述钢筋(15)的下端抵触在所述钢花管(1)的内壁上，所述钢筋(15)的上端搭放在地面上。

2.根据权利要求1所述的隧道仰拱地基加固组件，其特征在于，位于竖直方向最下端的所述钢花管(1)的上端开口、下端封闭，且位于竖直方向最下端的所述钢花管(1)的下端设有底部注浆孔(12)，所述钢花管(1)的长度不大于隧道顶壁到地面的高度。

3.根据权利要求2所述的隧道仰拱地基加固组件，其特征在于，位于竖直方向最下端的所述钢花管(1)的底部设有支架(13)。

4.根据权利要求3所述的隧道仰拱地基加固组件，其特征在于，所述第一通孔和所述第二通孔的上端分别设有第一凸口(211)和第二凸口(221)，所述第一凸口(211)与所述注浆钢管(21)螺纹连接，所述第二凸口(221)与排气溢浆软管(22)插接。

5.一种隧道仰拱地基加固施工方法，其特征在于，采用权利要求4所述的隧道仰拱地基加固组件进行加固施工，其包括以下步骤：

S1、钻孔：在隧道仰拱开挖前的平整的地表上架设打孔设备，钻出孔径大于所述钢花管(1)外径的多个桩孔(3)，多个所述桩孔(3)在待挖仰拱的地基上以梅花形式布置，并且在钻孔时，控制所述桩孔(3)位于仰拱开挖线(5)下方的注浆段(4)的深度相同；

S2、放置钢花管：将多节所述钢花管(1)依次吊装、连接并放入所述桩孔(3)中，并且吊装时需满足：位于竖直方向最下端的所述钢花管(1)通过设置在其底部的所述支架(13)使其与所述桩孔(3)的底部隔开；以及位于竖直方向最上端的所述钢花管(1)的顶部低于所述仰拱开挖线(5)；

S3、安装钢盖：钢盖(2)固定安装在位于竖直方向最上端的所述钢花管(1)的顶部，并且将所述注浆钢管(21)和排气溢浆软管(22)从所述桩孔(3)中伸出；

S4、注浆：将所述注浆钢管(21)与注浆设备连接并注入水泥浆液，待水泥浆液溢出排气溢浆软管(22)时停止注浆，注浆完毕后拔出所述注浆钢管(21)和排气溢浆软管(22)。

6.根据权利要求5所述的隧道仰拱地基加固施工方法，其特征在于，步骤S2中将多节所述钢花管(1)依次吊装放入所述桩孔(3)中的步骤为：

a将位于竖直方向最下端的第一节所述钢花管(1)吊起来并向所述桩孔(3)中放置，待所述固定孔(14)与地面齐平时停止向下放置所述钢花管(1)，将与所述固定孔(14)尺寸相匹配的钢筋(15)插入所述固定孔(14)中，所述钢筋(15)的下端抵触在所述钢花管(1)的内壁上，所述钢筋(15)的上端搭放在地面上；

b将第二节所述钢花管(1)吊起，使第二节所述钢花管(1)的底端与第一节所述钢花管(1)的顶端靠近，将第一节所述钢花管(1)与第二节所述钢花管(1)固定连接；

c将所述钢筋(15)从所述固定孔(14)中取出，将第一节所述钢花管(1)和第二节所述钢花管(1)作为整体向所述桩孔(3)中继续放置；

d根据所述注浆段(4)的长度按照步骤S2的方法依次连接多节所述钢花管(1)直至桩长达到注浆深度要求，并在最上端所述钢花管(1)的顶端设置所述钢盖(2)。

7.根据权利要求5所述的隧道仰拱地基加固施工方法，其特征在于，位于竖直方向最上端的所述钢花管(1)的顶部与所述待挖仰拱的底部之间的距离为10-50cm。

8.根据权利要求5所述的隧道仰拱地基加固施工方法，其特征在于，所述注浆钢管(21)和所述排气溢浆软管(22)的顶部与地面的距离为10-30cm。

9.根据权利要求5所述的隧道仰拱地基加固施工方法，其特征在于，步骤S4中注入水泥浆液过程包括：一次注浆、二次注浆和补浆，一次注浆压力为0.5-1MPa，水灰比为0.5：1，水泥浆液溢出排气溢浆软管(22)后停止注浆；二次注浆压力为1.5MPa，水灰比为0.7：1，注浆压力达到0.8-1.0MPa，停止注浆；浆液凝固收缩回落到孔口以下时进行补浆，直至孔口注满，待排气溢浆软管(22)涌出泥浆时，注浆完毕。

Images