CN112112654A - 上软下硬地层中的隔离板结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种上软下硬地层中的隔离板结构及其施工方法，包括：穿设盾构隧道和敏感建筑群之间的待加固土体的先导孔，先导孔由水平定向钻机钻孔形成，且先导孔的两端分别与地表面连通，先导孔内设有用于输送浆料的袖阀套管，袖阀套管的进料端与支设于地表面上且用于供给浆料的注浆设备连通，袖阀套管的出料端沿先导孔的长度方向延伸。位于待加固土体处的先导孔外包覆有用于防止注浆加固时浆液渗流的衡盾泥防渗圈，衡盾泥防渗圈为封闭中空泥膜，衡盾泥防渗圈由袖阀套管输送的衡盾泥浆料压入待加固土体后形成。衡盾泥防渗圈内充填有水泥浆加固土体，水泥浆加固土体由袖阀套管输送的水泥浆渗入待加固土体中形成。
Description
技术领域
本发明涉及上软下硬地层盾构施工领域，特别地，涉及一种上软下硬地层中的隔离板结构。此外，本发明还涉及一种用于施工出隔离板结构的施工方法。
背景技术
随着我国城市化建设发展的不断深入，城市轨道交通与市政地下管廊建设进入大规模发展阶段，盾构法以其安全、快速、对周围环境影响小等优点，在地下隧道建设领域得到广泛应用。地铁盾构隧道穿越城市密集区的频率越来越高，且沿线一般存在大量建(构)筑物，一些敏感建筑群(如铁塔、高层建筑群、铁路沿线等)对地表沉降控制要求非常严格。在一种上软下硬地层进行盾构施工时，由于土层开挖特性较差、土体水分流失较多、及施工误差等原因，往往会对土体产生扰动，极易造成建(构)筑物产生不均匀沉降。近些年来，由于盾构施工产生的地表扰动问题层出不穷，盾构近接侧穿敏感建筑群地表扰动控制已经成为城市地下盾构隧道建设中面临的一大难题，严重制约了盾构技术在城市隧道建设中的推广应用。
目前，常用的盾构近接侧穿建(构)筑物加固技术有：全方位超高压旋喷注浆(MJS)技术、及袖阀管跟踪注浆加固技术。但是受环境、技术等因素影响，均存在一定的局限性：
①MJS技术预注浆加固效果好，但造价较高，难以被广泛大量运用于土体及地基加固；
②袖阀管和高压旋喷注浆设备施工均需要较为开阔的地带空间，通常难以进入密集建筑群、交通主干道等复杂城市环境地带进行施工作业，进而严重限制了其应用范围和注浆加固效果；
③上软下硬地层中注浆体的渗流路径、渗流范围、注浆量存在较大的施工难题，而传统方法均难以达到理想效果；
④传统方式对施工区域的环境影响较大，难以达到城市文明施工要求。
发明内容
本发明提供了一种上软下硬地层中的隔离板结构及其施工方法，以解决现有的土体加固结构及方法存在的造价较高、施工操作步骤繁琐、施工时对施工区域的环境影响较大、施工时需要较为开阔的地带空间、及土体加固质量差的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种上软下硬地层中的隔离板结构，包括：穿设盾构隧道和敏感建筑群之间的待加固土体的先导孔，先导孔由水平定向钻机钻孔形成，且先导孔的两端分别与地表面连通，先导孔内设有用于输送浆料的袖阀套管，袖阀套管的进料端与支设于地表面上且用于供给浆料的注浆设备连通，袖阀套管的出料端沿先导孔的长度方向延伸；待加固土体外包覆有用于防止注浆加固时浆液渗流的衡盾泥防渗圈，衡盾泥防渗圈为封闭中空泥膜，衡盾泥防渗圈由袖阀套管输送的衡盾泥浆料压入待加固土体后形成；衡盾泥防渗圈内充填有水泥浆加固土体，水泥浆加固土体由袖阀套管输送的水泥浆渗入待加固土体中形成。
进一步地，先导孔包括倾斜布设的第一造斜段、与第一造斜段连通且水平布设的水平段、及与水平段连通且倾斜布设的第二造斜段；水平段的中心距盾构隧道顶部的垂直距离不小于水泥浆扩散半径；衡盾泥防渗圈为沿水平段长度方向布设的中空筒状结构。
进一步地，袖阀套管包括外套管、及用于输送浆料的注浆管件；外套管沿先导孔的长度方向布设，且外套管的两端分别由先导孔的对应端伸出，并水平段处的外套管上加工有沿其长度方向依次间隔设置的多组射浆孔，射浆孔用于供浆料注入待加固土体；注浆管件沿外套管的长度方向布设于外套管内，且注浆管件的输入端与注浆设备连通，注浆管件的输出端与射浆孔连通，以将输送的浆料压入射浆孔。
进一步地，注浆管件包括用于输送浆料的注浆芯管、注浆花管、第一止浆塞、及第二止浆塞；注浆芯管的输入端与注浆设备连通，注浆芯管的输出端连接注浆花管，注浆花管的周壁上加工有多个供浆料扩散至塑性管中的出浆孔；第一止浆塞套设于注浆花管与注浆芯管的连接处，且第一止浆塞的外周壁与外套管的内周壁顶抵，第二止浆塞连接于注浆花管的出浆端，以密封注浆花管的出浆端，且第二止浆塞的外周壁与外套管的内周壁顶抵，并第一止浆塞、第二止浆塞、注浆花管、及外套管构成用于分段注浆的分段注浆器。
进一步地，袖阀套管还包括布设于各组射浆孔处的密封管件，密封管件包括防护套、及用于固定防护套的紧固件；防护套套设于外套管的外圆上，防护套用于在袖阀套管下入先导孔的过程中封闭对应设置的射浆孔，以防土体堵塞射浆孔，防护套还用于在注浆完成后封闭对应设置的射浆孔，以防浆料回流至袖阀套管内，防护套还用于在注浆过程中在注浆压力作用下打开以供浆料注入待加固土体；紧固件为固定环，固定环用于将防护套的两端紧固于袖阀套管的外圆上。
进一步地，隔离板结构还包括用于防止先导孔坍塌的套壳管；套壳管沿袖阀套管的长度方向套设于袖阀套管的外圆上，且套壳管支撑于先导孔内。
根据本发明的另一方面，还提供了一种隔离板结构的施工方法，用于在上软下硬地层中施工出如上述中任一项的隔离板结构，施工方法包括以下步骤：S10：采用水平定向钻机在隧道下穿建筑区域钻出先导孔，并在先导孔内灌注套壳料后将袖阀套管下入先导孔内；S20：待套壳料达到设计强度后，采用四注四压法通过袖阀套管交替向待加固土体内压注衡盾泥浆料和压力空气，以在待加固土体内形成密封中空的衡盾泥防渗圈；S30：待衡盾泥达到设计强度后，采用分段注浆方式通过袖阀套管向衡盾泥防渗圈内压注水泥浆，以在衡盾泥防渗圈内形成水泥浆加固土体。
进一步地，步骤S10具体包括以下步骤：现场勘查；钻进轨迹设计；先导孔钻进施工；先导孔内套壳料灌注；先导孔内袖阀套管铺设。
进一步地，步骤S20具体包括以下步骤：制备衡盾泥浆料；四注四压法压注衡盾泥浆料和压力空气：按计算注入量的50％在0.35Mpa～0.4Mpa压力之下，通过袖阀套管向待加固土体压注衡盾泥浆料；关闭衡盾泥浆料的注浆管，并通过袖阀套管向外注入0.3Mpa压力空气15～20分钟；按计算注入量的50％在0.3Mpa～0.35Mpa压力之下，通过袖阀套管向待加固土体压注衡盾泥浆料；关闭衡盾泥浆料的注浆管，并通过袖阀套管向外注入0.25Mpa压力空气15～20分钟；按计算注入量的20％～30％在0.25Mpa～0.3Mpa压力之下，通过袖阀套管向待加固土体加强注入衡盾泥浆料；关闭衡盾泥浆料的注浆管，并通过袖阀套管向外注入0.20Mpa压力空气10～15分钟；按计算注入量的10％～20％在0.15Mpa～0.25Mpa压力之下，通过袖阀套管向待加固土体补充注入衡盾泥浆料；关闭衡盾泥浆料的注浆管，并通过袖阀套管向外注入0.15Mpa压力空气5～10分钟。
进一步地，步骤S30具体包括以下步骤：制备水泥浆；采用分段注浆方式压注水泥浆：使袖阀套管从先导孔的孔底至孔口方向逐段后退，进而使袖阀套管向衡盾泥防渗圈内逐段压注水泥浆。
进一步地，步骤S30后还包括步骤：S40：在盾构施工期对地表面沉降连续监测，当地表面和近接建筑群沉降超出预警值时，采用袖阀套管对水泥浆加固土体进而二次补充注浆。
本发明具有以下有益效果：
本发明的上软下硬地层中的隔离板结构，主要包括先导孔、袖阀套管、衡盾泥防渗圈、及水泥浆加固土体，相比现有的全方位超高压旋喷注浆技术形成的结构、及袖阀管跟踪注浆加固技术形成的结构，本发明的隔离板结构简单；又衡盾泥防渗圈由衡盾泥浆料压入待加固土体后形成，水泥浆加固土体由水泥浆渗入待加固土体中形成，故而本发明的隔离板结构造价较低，容易被广泛大量的运用于土体及地基的加固；施工本发明的隔离板结构时，只需首先采用水平定向钻机从地表面向待加固土体中钻先导孔，然后向先导孔中铺设袖阀套管，最后通过袖阀套管向待加固土体中先后喷注衡盾泥浆料和水泥浆即可形成本发明的隔离板结构，水平定向钻机施工无需开阔的地带空间，且对施工区域环境的影响非常小，故而本发明的隔离板结构容易进入密集建筑群、交通主干道等复杂城市环境地带进行施工作业，其应用范围广且注浆加固效果好；施工过程中，首先通过袖阀套管输送衡盾泥浆料压入待加固土体中形成封闭中空泥膜的衡盾泥防渗圈，衡盾泥防渗圈很好地解决了水泥浆注浆时存在的浆液渗流的难题，加强后续待加固土体中水泥浆的注浆效果和质量，最终在盾构隧道和敏感建筑群之间形成结构稳定、土体加固质量好的隔离板结构，进而达到增强土体质量、封堵渗流通道、稳定土层、控制地面沉降的目的；
针对上软下硬地层盾构近接侧穿敏感建筑群施工难题，本发明提出了一种用于上软下硬地的隔离板结构的施工方法，本发明方法中，结合水平定向钻孔技术与袖阀套管注浆加固技术，解决了盾构近接侧穿敏感建筑群时的土体加固问题，形成的隔离板结构可以有效控制盾构施工区域的地表土体沉降，同时整个施工方法操作简单、造价较低，容易被广泛大量的运用于土体及地基的加固，并水平定向钻机施工无需开阔的地带空间，且对施工区域环境的影响非常小，故而本发明的施工方法容易进入密集建筑群、交通主干道等复杂城市环境地带进行施工作业，其应用范围广且注浆加固效果好；另一方面，本发明通过采用衡盾泥浆料四注四压法，形成了地下富水环境的地层注浆泥膜封闭圈，即衡盾泥防渗圈，从而解决了水泥浆注浆时浆液渗流难题，提高了定向区域化注浆效果，对特殊地层的抗扰动、防控沉降难题的解决具有重大借鉴指导意义，综合而言，本发明的施工方法对于一种上软下硬地层的盾构近接侧穿敏感建筑群施工扰动控制应用而言具有广泛的前景。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的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。在附图中：
图1是本发明优选实施例的上软下硬地层中的隔离板结构的结构示意图；
图2是图1中袖阀套管及注浆示意图；
图3是先导孔轨迹设计示意图；
图4是本发明优选实施例的隔离板结构的施工方法的施工流程图。
图例说明
10、盾构隧道；20、敏感建筑群；40、先导孔；41、第一造斜段；42、水平段；43、第二造斜段；50、地表面；60、袖阀套管；61、外套管；610、射浆孔；611、第一钢管；612、塑性管；613、第二钢管；62、注浆管件；621、注浆芯管；622、注浆花管；6220、出浆孔；623、第一止浆塞；624、第二止浆塞；63、密封管件；70、衡盾泥防渗圈；80、水泥浆加固土体；90、套壳管；110、水平定向钻机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
参照图1，本发明的优选实施例提供了一种上软下硬地层中的隔离板结构，包括：穿设盾构隧道10和敏感建筑群20之间的待加固土体的先导孔40，先导孔40由水平定向钻机110钻孔形成，且先导孔40的两端分别与地表面50连通，先导孔40内设有用于输送浆料的袖阀套管60，袖阀套管60的进料端与支设于地表面50上且用于供给浆料的注浆设备连通，袖阀套管60的出料端沿先导孔40的长度方向延伸。位于待加固土体处的先导孔40外包覆有用于防止注浆加固时浆液渗流的衡盾泥防渗圈70，衡盾泥防渗圈70为封闭中空泥膜，衡盾泥防渗圈70由袖阀套管60输送的衡盾泥浆料压入待加固土体后形成。衡盾泥防渗圈70内充填有水泥浆加固土体80，水泥浆加固土体80由袖阀套管60输送的水泥浆渗入待加固土体中形成。
本发明的上软下硬地层中的隔离板结构，主要包括先导孔40、袖阀套管60、衡盾泥防渗圈70、及水泥浆加固土体80，相比现有的全方位超高压旋喷注浆技术形成的结构、及袖阀管跟踪注浆加固技术形成的结构，本发明的隔离板结构简单；又衡盾泥防渗圈70由衡盾泥浆料压入待加固土体后形成，水泥浆加固土体80由水泥浆渗入待加固土体中形成，故而本发明的隔离板结构造价较低，容易被广泛大量的运用于土体及地基的加固；施工本发明的隔离板结构时，只需首先采用水平定向钻机从地表面50向待加固土体中钻先导孔40，然后向先导孔40中铺设袖阀套管60，最后通过袖阀套管60向待加固土体中先后喷注衡盾泥浆料和水泥浆即可形成本发明的隔离板结构，水平定向钻机施工无需开阔的地带空间，且对施工区域环境的影响非常小，故而本发明的隔离板结构容易进入密集建筑群、交通主干道等复杂城市环境地带进行施工作业，其应用范围广且注浆加固效果好；施工过程中，首先通过袖阀套管60输送衡盾泥浆料压入待加固土体中形成封闭中空泥膜的衡盾泥防渗圈70，衡盾泥防渗圈70很好地解决了水泥浆注浆时存在的浆液渗流的难题，加强后续待加固土体中水泥浆的注浆效果和质量，最终在盾构隧道10和敏感建筑群20之间形成结构稳定、土体加固质量好的隔离板结构，进而达到增强土体质量、封堵渗流通道、稳定土层、控制地面沉降的目的。
可选地，如图1所示，先导孔40包括倾斜布设的第一造斜段41、与第一造斜段41连通且水平布设的水平段42、及与水平段42连通且倾斜布设的第二造斜段43。水平段42的中心距盾构隧道10顶部的垂直距离不小于水泥浆扩散半径。衡盾泥防渗圈70为沿水平段42长度方向布设的中空筒状结构，从而水泥浆加固土体80是以水平段42为中心轴线的圆柱体，水泥浆加固土体80的半径为水泥浆扩散半径，其半径须根据注浆压力和待加固土体的特性并通过现场试验综合确定。
可选地，如图1所示，衡盾泥防渗圈70的内径为水泥浆扩散半径，由衡盾泥浆料的注浆压力和待加固土体的特性决定。衡盾泥防渗圈70的厚度由待加固土体在水泥浆注浆压力下的防渗要求决定。
可选地，如图1和图2所示，袖阀套管60包括外套管61、及用于输送浆料的注浆管件62。外套管61沿先导孔40的长度方向布设，且外套管61的两端分别由先导孔40的对应端伸出，并水平段42处的外套管61上加工有沿其长度方向依次间隔设置的多组射浆孔610，射浆孔610用于供浆料注入待加固土体。注浆管件62沿外套管61的长度方向布设于外套管61内，且注浆管件62的输入端与注浆设备连通，注浆管件62的输出端与射浆孔610连通，以将输送的浆料压入射浆孔610。
本可选方案中，如图1所示，外套管61包括布设于第一造斜段41内的第一钢管611、与第一钢管611连通且布设于水平段42内的塑性管612、及与塑性管612连通且布设于第二造斜段43内的第二钢管613。塑性管612的周壁上加工有多组射浆孔610。本可选方案的具体实施例中，塑性管612采用PVC塑料管制作形成，且当水平段42的长度较长时，塑性管612包括多段管，相邻两段管之间通过内外螺纹连接。外套管不应有较大的弯曲，内壁必须光滑。
优选地，如图1和图2所示，相邻两组射浆孔610之间的间距为320mm～350mm，且每米塑性管612上设置有2～3组射浆孔610。每组射浆孔610包括多个射浆孔610，多个射浆孔610沿塑性管612的周向均匀间隔布设。
本可选方案中，注浆管件62包括用于输送浆料的注浆芯管621、注浆花管622、第一止浆塞623、及第二止浆塞624。注浆芯管621的输入端与注浆设备连通，注浆芯管621的输出端连接注浆花管622，注浆花管622的周壁上加工有多个供浆料扩散至塑性管612中的出浆孔6220。第一止浆塞623套设于注浆花管622与注浆芯管621的连接处，且第一止浆塞623的外周壁与外套管61的内周壁顶抵，第二止浆塞624连接于注浆花管622的出浆端，以密封注浆花管622的出浆端，且第二止浆塞624的外周壁与外套管61的内周壁顶抵，并第一止浆塞623、第二止浆塞624、注浆花管622、及外套管61构成用于分段注浆的分段注浆器。注浆时，首先通过注浆芯管621将地表面50上注浆设备中搅拌好的浆料输送至水平段42处，然后注浆芯管621末端通过注浆花管622由外套管61上的射浆孔610向待加固土体中注入浆料。且第一止浆塞623、第二止浆塞624、注浆花管622、及外套管61构成用于分段注浆的分段注浆器，通过形成的分段注浆器同时对一组或相邻两组射浆孔610压注浆料，从而实现沿水平段42长度方向的分段分布均匀注浆。
可选地，如图2所示，袖阀套管60还包括布设于各组射浆孔610处的密封管件63，密封管件63包括防护套、及用于固定防护套的紧固件。防护套套设于外套管61的外圆上，防护套用于在袖阀套管60下入先导孔40的过程中封闭对应设置的射浆孔610，以防土体堵塞射浆孔610，防护套还用于在注浆完成后封闭对应设置的射浆孔610，以防浆料回流至袖阀套管60内，防护套还用于在注浆过程中在注浆压力作用下打开以供浆料注入待加固土体。紧固件为固定环，固定环用于将防护套的两端紧固于袖阀套管60的外圆上。本可选方案中，在每组射浆孔610外部都包裹有一层防护套，防护套为橡胶套，橡胶套长度比每组射浆孔610的长度略长，以包裹住射浆孔610为原则，橡胶套两侧分别用固定环固定。
可选地，如图2所示，隔离板结构还包括用于防止先导孔40坍塌的套壳管90。套壳管90沿袖阀套管60的长度方向套设于袖阀套管60的外圆上，且套壳管90支撑于先导孔40内。实际施工时，先导孔40加工完成后，然后向先导孔40内填充套壳料，接着再向套壳料中铺设袖阀套管60，套壳料干固后形成套壳管90，套壳管90用于对先导孔40进行支撑，防止先导孔40坍塌。
可选地，隔离板结构的数量为多组，多组隔离板结构依次间隔布设，且相邻两组隔离板结构的衡盾泥防渗圈70连接，以用于在待加固土体内形成整体结构的隔离层。
参照图1和图4，本发明的优选实施例提供了一种隔离板结构的施工方法，用于在上软下硬地层中施工出如上述中任一项的隔离板结构，施工方法包括以下步骤：
S10：采用水平定向钻机110在隧道下穿建筑区域钻出先导孔40，并在先导孔40内灌注套壳料后将袖阀套管60下入先导孔40内；
S20：待套壳料达到设计强度后，采用四注四压法通过袖阀套管60交替向待加固土体30内压注衡盾泥浆料和压力空气，以在待加固土体30内形成密封中空的衡盾泥防渗圈70；
S30：待衡盾泥达到设计强度后，采用分段注浆方式通过袖阀套管60向衡盾泥防渗圈70内压注水泥浆，以在衡盾泥防渗圈70内形成水泥浆加固土体80。
针对上软下硬地层盾构近接侧穿敏感建筑群施工难题，本发明提出了一种用于上软下硬地的隔离板结构的施工方法，本发明方法中，结合水平定向钻孔技术与袖阀套管注浆加固技术，解决了盾构近接侧穿敏感建筑群时的土体加固问题，形成的隔离板结构可以有效控制盾构施工区域的地表土体沉降，同时整个施工方法操作简单、造价较低，容易被广泛大量的运用于土体及地基的加固，并水平定向钻机施工无需开阔的地带空间，且对施工区域环境的影响非常小，故而本发明的施工方法容易进入密集建筑群、交通主干道等复杂城市环境地带进行施工作业，其应用范围广且注浆加固效果好；另一方面，本发明通过采用衡盾泥浆料四注四压法，形成了地下富水环境的地层注浆泥膜封闭圈，即衡盾泥防渗圈，从而解决了水泥浆注浆时浆液渗流难题，提高了定向区域化注浆效果，对特殊地层的抗扰动、防控沉降难题的解决具有重大借鉴指导意义，综合而言，本发明的施工方法对于一种上软下硬地层的盾构近接侧穿敏感建筑群施工扰动控制应用而言具有广泛的前景。
可选地，如图1、图3和图4所示，步骤S10具体包括以下步骤：
现场勘查：在原有地勘报告的基础上对待加固地区进行地质补勘，勘明上软下硬地层的分布及范围，确定盾构施工扰动的软弱地层。
钻进轨迹设计：根据现场建筑群分布和地质补勘报告确定钻孔路线，如图3所示。先导孔40的路径由三段组成，即第一造斜段41、水平段42、及第二造斜段43。水平段42长度由地勘报告和盾构掘进位置确定，第一造斜段41和第二造斜段43两者水平投影长度、钻机入口、出口倾角可由造斜段曲率和铺管深度确定。本发明中，所使用的水平定向钻机110为全液压驱动，履带行走的大、中型水平定向钻机，最大推拉力不小于1500kN，钻机最大入土角度不小于18°。
先导孔40钻进施工：孔位确定后，钻机进场就位，钻机底部需平整稳固，在开钻前对钻孔的设计倾斜度进行检测，并在钻进2m时及以后每加一节钻杆均对钻机调平校正，要求钻孔的倾斜度与设计倾斜度偏差≤1.5％。本发明中，水平定向钻孔时，采用优质稀泥浆护壁。
先导孔40内套壳料灌注：钻孔完成后，立即将用于形成套壳管90的套壳料通过钻机的钻杆泵送至孔底，自下而上灌注套壳料至孔口溢出符合浓度要求的原浆液为止。本发明水平定向钻孔时使用的套壳料采用粘土和水泥配制，配比范围为水泥：粘土：水＝1:1.5:1.88，浆液比重为1.5，漏斗粘度为24s～26s；实际施工时应通过多组室内及现场试验，选取最佳配比。根据工程中的要求，套壳料凝固时间和强度增长速率应控制在2～5d内可灌浆。
先导孔40内袖阀套管60铺设：套壳料灌注结束后，通过万向节与袖阀套管60相连，依次下入按注浆段配备的袖阀套管60，本发明的袖阀套管60的外套管61包括第一钢管611、塑性管612、及第二钢管613，下管时，通过钻头连接第一钢管611，钻头由与钻进方向相反的方向回退时，带动第一钢管611由孔底侧下入先导孔40，钻头回退过程中，再依次连接塑性管612和第二钢管613。下管时，及时向管内加入清水，以克服套壳料的浮力，使管顺畅下入至设计位置。
可选地，如图4所示，等到套壳料达到设计强度后(时间不得少于3天)，即可进行注浆施工，注浆施工主要包括衡盾泥注浆施工和水泥浆注浆施工，具体注浆施工过程进一步说明如下：
衡盾泥注浆施工，其步骤S20具体包括以下步骤：
制备衡盾泥浆料：本发明所用衡盾泥原材料为双组份配制材料，分A组份和B组份，A组份为干粉料(A料)，B组份为液体材料(B料)。技术指标为：增粘后浆体粘度350～600dpa.s，增粘后浆体载荷能力不低于1.5kg/cm2，失水率为39.4％～47％(恒温30°)，附着力1～7级(恒温40°)。具体操作方式为：先将A料与水按一定比例混合拌和均匀形成A混合料，将B料与水按一定比例稀释拌和均匀形成B混合液，最后将A混合料与B混合液按一定比例拌和均匀即可形成施工所用衡盾泥浆料。进一步地，本发明所用衡盾泥浆料的比例范围为：A料与水质量比为1：1.5～1:2.5，B料与水质量比为1:0.5～1：1.5，A混合料与B混合液质量比为10:1～20:1，比重范围为1.16～1.28。推荐比例为：A料与水质量比为1：1.5，B料与水质量比为1:0.75，A混合料与B混合液质量比为17.5:1，对应比重为1.255。
四注四压法压注衡盾泥浆料和压力空气：
按计算注入量的50％在0.35Mpa～0.4Mpa压力之下，通过袖阀套管60向待加固土体30压注衡盾泥浆料；
关闭衡盾泥浆料的注浆管，并通过袖阀套管60向外注入0.3Mpa压力空气15～20分钟；
按计算注入量的50％在0.3Mpa～0.35Mpa压力之下，通过袖阀套管60向待加固土体30压注衡盾泥浆料；
关闭衡盾泥浆料的注浆管，并通过袖阀套管60向外注入0.25Mpa压力空气15～20分钟；
按计算注入量的20％～30％在0.25Mpa～0.3Mpa压力之下，通过袖阀套管60向待加固土体30加强注入衡盾泥浆料；
关闭衡盾泥浆料的注浆管，并通过袖阀套管60向外注入0.20Mpa压力空气10～15分钟；
按计算注入量的10％～20％在0.15Mpa～0.25Mpa压力之下，通过袖阀套管60向待加固土体30补充注入衡盾泥浆料；
关闭衡盾泥浆料的注浆管，并通过袖阀套管60向外注入0.15Mpa压力空气5～10分钟。
具体地，在水平段注浆前，先采用四注四压法向待加固土体30内注入衡盾泥浆料，使衡盾泥浆料在上软下硬地层中形成柱型封闭泥膜，防止后续水泥浆在上软下硬地层中渗透跑浆漏浆，以利于在设计的注浆位置及时有效填充，形成水泥浆加固土体80。袖阀套管60包括外套管61和注浆管件62，衡盾泥浆料注浆时，采用注浆管件62依次对外套管61上的射浆孔610进行注浆，以使由全部射浆孔610注入的浆料连接形成一个整体式的衡盾泥防渗圈70。衡盾泥浆料的配合比应根据地层情况通过试验确定，试验条件不便时亦可采用本发明推荐的上述配合比。
可选地，如图4所示，待衡盾泥浆料达到设计强度后(时间不得少于3天)，可进行水泥浆注浆施工，具体注浆施工过程进一步说明如下：
水泥浆注浆施工，其步骤S30具体包括以下步骤：
制备水泥浆：本发明用水泥浆由水泥、粉煤灰、膨润土、砂和水配合而成。水泥强度等级不低于42.5级的普通硅酸盐水泥，水灰比为1:0.8～1.2，可根据施工需要加入外加剂。注浆后其胶凝时间一般为3～6h，根据地层条件和注浆速度，可以通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。按试验室提供的配合比拌制好浆液，浆液的比重符合要求，若试验条件不便亦可采用本发明推荐的上述配合比，若有添加剂的按试验室确定的参量进行添加，经保证水泥浆液的配制质量。正式注浆前应在施工现场进行注浆试验，在满足设计要求情况下调整灌浆材料，浆液扩散半径，容许灌浆压力等。
采用分段注浆方式压注水泥浆：使袖阀套管60从先导孔40的孔底至孔口方向逐段后退，进而使袖阀套管60向衡盾泥防渗圈70内逐段压注水泥浆，即外套管61不动，注浆管件62从先导孔40的孔底至孔口方向逐段后退，进而依次对外套管61上的射浆孔610注射浆料，以在衡盾泥防渗圈70内逐段形成水泥浆加固土体80。注浆过程中应密切注意注浆压力的变化，每段注浆时，压力表应出现两次峰值，压力表出现第一次峰值是由于套壳料引起的，当套壳料被挤碎，这个峰值很快下降；随着浆液的注入，待加固体体中的空隙被填充，注浆压力也逐渐增大，达到第二次峰值，达到第二次峰值后即可将注浆管件62在外套管61内上提以进行下一段注浆。本发明水平注浆时为保证地下管线安全，注浆压力不宜过大，须根据现场实验确定注浆参数。实际施工时为保证注浆填充效果，水泥浆注入率应不低于计算量的130％。
可选地，如图4所示，步骤S30后还包括步骤：
S40：在盾构施工期对地表面50沉降连续监测，当地表面50和近接建筑群沉降超出预警值时，采用袖阀套管60对水泥浆加固土体80进而二次补充注浆。注浆施工完成后，在盾构施工期对地表面沉降连续监测，在盾构机的管片脱出盾尾后1天地表面和近接建筑群沉降如若超出预警值，可采用水泥-水玻璃双液浆对所形成的隔离板结构进行二次水平注浆。二次水平注浆一般情况下以压力控制，注浆压力控制在0.2MPa～0.4MPa，实际压力根据计算及现场注浆效果最终确定。注浆时应先压注可能存在较大空隙的一侧。进一步，本发明二次注浆采用水泥-水玻璃双液浆，双浆液配比为：水玻璃浓度为30～45Be，水灰比0.8～1.0，稳定剂2％～6％，减水剂0～1.5％，A、B液混合体积比为1:1～1:0.3。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (11)
1.一种上软下硬地层中的隔离板结构，其特征在于，包括：
穿设盾构隧道(10)和敏感建筑群(20)之间的待加固土体的先导孔(40)，所述先导孔(40)由水平定向钻机(110)钻孔形成，且所述先导孔(40)的两端分别与地表面(50)连通，所述先导孔(40)内设有用于输送浆料的袖阀套管(60)，所述袖阀套管(60)的进料端与支设于所述地表面(50)上且用于供给浆料的注浆设备连通，所述袖阀套管(60)的出料端沿所述先导孔(40)的长度方向延伸；
所述待加固土体外包覆有用于防止注浆加固时浆液渗流的衡盾泥防渗圈(70)，所述衡盾泥防渗圈(70)为封闭中空泥膜，所述衡盾泥防渗圈(70)由所述袖阀套管(60)输送的衡盾泥浆料压入所述待加固土体后形成；
所述衡盾泥防渗圈(70)内充填有水泥浆加固土体(80)，所述水泥浆加固土体(80)由所述袖阀套管(60)输送的水泥浆渗入所述待加固土体中形成。
2.根据权利要求1所述的上软下硬地层中的隔离板结构，其特征在于，
所述先导孔(40)包括倾斜布设的第一造斜段(41)、与所述第一造斜段(41)连通且水平布设的水平段(42)、及与所述水平段(42)连通且倾斜布设的第二造斜段(43)；
所述水平段(42)的中心距所述盾构隧道(10)顶部的垂直距离不小于水泥浆扩散半径；
所述衡盾泥防渗圈(70)为沿所述水平段(42)长度方向布设的中空筒状结构。
3.根据权利要求2所述的上软下硬地层中的隔离板结构，其特征在于，
所述袖阀套管(60)包括外套管(61)、及用于输送浆料的注浆管件(62)；
所述外套管(61)沿所述先导孔(40)的长度方向布设，且所述外套管(61)的两端分别由所述先导孔(40)的对应端伸出，并所述水平段(42)处的所述外套管(61)上加工有沿其长度方向依次间隔设置的多组射浆孔(610)，所述射浆孔(610)用于供浆料注入所述待加固土体；
所述注浆管件(62)沿所述外套管(61)的长度方向布设于所述外套管(61)内，且所述注浆管件(62)的输入端与所述注浆设备连通，所述注浆管件(62)的输出端与所述射浆孔(610)连通，以将输送的浆料压入所述射浆孔(610)。
4.根据权利要求3所述的上软下硬地层中的隔离板结构，其特征在于，
所述注浆管件(62)包括用于输送浆料的注浆芯管(621)、注浆花管(622)、第一止浆塞(623)、及第二止浆塞(624)；
所述注浆芯管(621)的输入端与所述注浆设备连通，所述注浆芯管(621)的输出端连接所述注浆花管(622)，所述注浆花管(622)的周壁上加工有多个供浆料扩散至所述塑性管(612)中的出浆孔(6220)；
所述第一止浆塞(623)套设于所述注浆花管(622)与所述注浆芯管(621)的连接处，且所述第一止浆塞(623)的外周壁与所述外套管(61)的内周壁顶抵，所述第二止浆塞(624)连接于所述注浆花管(622)的出浆端，以密封所述注浆花管(622)的出浆端，且所述第二止浆塞(624)的外周壁与所述外套管(61)的内周壁顶抵，并所述第一止浆塞(623)、所述第二止浆塞(624)、所述注浆花管(622)、及所述外套管(61)构成用于分段注浆的分段注浆器。
5.根据权利要求3所述的上软下硬地层中的隔离板结构，其特征在于，
所述袖阀套管(60)还包括布设于各组所述射浆孔(610)处的密封管件(63)，所述密封管件(63)包括防护套、及用于固定所述防护套的紧固件；
所述防护套套设于所述外套管(61)的外圆上，所述防护套用于在所述袖阀套管(60)下入所述先导孔(40)的过程中封闭对应设置的所述射浆孔(610)，以防土体堵塞所述射浆孔(610)，所述防护套还用于在注浆完成后封闭对应设置的所述射浆孔(610)，以防浆料回流至所述袖阀套管(60)内，所述防护套还用于在注浆过程中在注浆压力作用下打开以供浆料注入所述待加固土体；
所述紧固件为固定环，所述固定环用于将所述防护套的两端紧固于所述袖阀套管(60)的外圆上。
6.根据权利要求1所述的上软下硬地层中的隔离板结构，其特征在于，
隔离板结构还包括用于防止所述先导孔(40)坍塌的套壳管(90)；
所述套壳管(90)沿所述袖阀套管(60)的长度方向套设于所述袖阀套管(60)的外圆上，且所述套壳管(90)支撑于所述先导孔(40)内。
7.一种隔离板结构的施工方法，其特征在于，用于在上软下硬地层中施工出如权利要求1-6中任一项所述的隔离板结构，施工方法包括以下步骤：
S10：采用水平定向钻机(110)在隧道下穿建筑区域钻出先导孔(40)，并在先导孔(40)内灌注套壳料后将袖阀套管(60)下入先导孔(40)内；
S20：待套壳料达到设计强度后，采用四注四压法通过袖阀套管(60)交替向待加固土体(30)内压注衡盾泥浆料和压力空气，以在待加固土体(30)内形成密封中空的衡盾泥防渗圈(70)；
S30：待衡盾泥达到设计强度后，采用分段注浆方式通过袖阀套管(60)向衡盾泥防渗圈(70)内压注水泥浆，以在衡盾泥防渗圈(70)内形成水泥浆加固土体(80)。
8.根据权利要求7所述的隔离板结构的施工方法，其特征在于，步骤S10具体包括以下步骤：
现场勘查；
钻进轨迹设计；
先导孔(40)钻进施工；
先导孔(40)内套壳料灌注；
先导孔(40)内袖阀套管(60)铺设。
9.根据权利要求7所述的隔离板结构的施工方法，其特征在于，步骤S20具体包括以下步骤：
制备衡盾泥浆料；
四注四压法压注衡盾泥浆料和压力空气：
按计算注入量的50％在0.35Mpa～0.4Mpa压力之下，通过袖阀套管(60)向待加固土体(30)压注衡盾泥浆料；
关闭衡盾泥浆料的注浆管，并通过袖阀套管(60)向外注入0.3Mpa压力空气15～20分钟；
按计算注入量的50％在0.3Mpa～0.35Mpa压力之下，通过袖阀套管(60)向待加固土体(30)压注衡盾泥浆料；
关闭衡盾泥浆料的注浆管，并通过袖阀套管(60)向外注入0.25Mpa压力空气15～20分钟；
按计算注入量的20％～30％在0.25Mpa～0.3Mpa压力之下，通过袖阀套管(60)向待加固土体(30)加强注入衡盾泥浆料；
关闭衡盾泥浆料的注浆管，并通过袖阀套管(60)向外注入0.20Mpa压力空气10～15分钟；
按计算注入量的10％～20％在0.15Mpa～0.25Mpa压力之下，通过袖阀套管(60)向待加固土体(30)补充注入衡盾泥浆料；
关闭衡盾泥浆料的注浆管，并通过袖阀套管(60)向外注入0.15Mpa压力空气5～10分钟。
10.根据权利要求7所述的隔离板结构的施工方法，其特征在于，步骤S30具体包括以下步骤：
制备水泥浆；
采用分段注浆方式压注水泥浆：使袖阀套管(60)从先导孔(40)的孔底至孔口方向逐段后退，进而使袖阀套管(60)向衡盾泥防渗圈(70)内逐段压注水泥浆。
11.根据权利要求7所述的隔离板结构的施工方法，其特征在于，步骤S30后还包括步骤：
S40：在盾构施工期对地表面(50)沉降连续监测，当地表面(50)和近接建筑群沉降超出预警值时，采用袖阀套管(60)对水泥浆加固土体(80)进而二次补充注浆。
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2020
- 2020-07-30 CN CN202010752049.8A patent/CN112112654A/zh active Pending
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