CN113863279B - 实时动态可重复可逆注浆垂向控制土体变形的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实时动态可重复可逆注浆垂向控制土体变形的方法，首先采用定向钻设备钻注浆孔，在钻孔过程中，利用定向钻设备将注浆装置拉入注浆孔设定位置，注浆装置包括同轴设置并固接在一起的注浆管和外套管，注浆管的上端部与浆液管连接，在注浆管的下部设有内囊袋，在内囊袋外面包裹有外囊袋，在外套管的下端部设有位于外囊袋内部的进出水口，外套管的上端部与水管连接，在水管上连接有排水阀，控制系统根据实时监测的土体变形数据，通过控制水管的给水量和排水阀的排水量实时动态控制外囊袋的变形，待土体变形控制过程结束且土体变形稳定后，采用浆液等压等体积置换外囊袋内的水。本发明能够实时动态、多次重复、反向调整土体变形。

Description

实时动态可重复可逆注浆垂向控制土体变形的方法

技术领域

本发明涉及地基、基础工程及地下工程施工技术领域，特别是一种实时动态可重复可逆注浆垂向控制土体变形的方法。

背景技术

随着我国城市现代化建设的步伐日渐加快，各式各样的地下工程不断涌现，由地下工程诱发的工程问题也逐渐增多起来。其中，某些工程施工会导致临近的原有工程结构发生变形甚至破坏，甚至会造成严重的财产损失。因此，对既有工程结构的变形进行严格的控制至关重要。

对于控制临近工程的结构变形，现有的技术手段主要有桩基加固、注浆加固、实时监控变形情况并优化掘进参数等手段。其中，注浆加固方法是一种成熟的施工方法，广泛应用于现有施工中。然而，现有的注浆加固手段存在一些缺陷。1)现有的注浆加固方法缺乏实时性，控制土体变形时，不能根据土体的变形实时调整注浆量；2)现有的注浆加固方法没有可重复性，不能解决由于后续施工导致结构重复变形的问题，不能进行重复注浆；3)现有的注浆加固方法没有可逆性，不能控制地下结构反方向地进行变形。

以往施工中面对盾构隧道下穿运营中的高铁轨道或近距离下穿越运营中的隧道、临近隧道的基坑开挖施工等工况，通常需要停运被影响线路，提前采用大量被动加固措施，或者事后采取措施控制被影响的线路的变形，代价大。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种实时动态可重复可逆注浆垂向控制土体变形的方法，能够实时动态、多次重复、反向调整土体变形。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种实时动态可重复可逆注浆垂向控制土体变形的方法，首先采用定向钻设备钻注浆孔，注浆孔设置在施工结构和既有结构之间；在钻孔过程中，将注浆装置的下端与定向钻设备连接，利用定向钻设备将注浆装置拉入注浆孔设定位置，所述注浆装置包括同轴设置并固接在一起的注浆管和外套管，所述注浆管底端封闭，所述注浆管穿过所述外套管，所述外套管的底端与所述注浆管密封连接，所述注浆管的上端部与浆液管连接，在所述注浆管的下部设有与其密封连接的内囊袋，所述注浆管穿过所述内囊袋，在所述注浆管位于所述内囊袋内部的管段上设有多个均布的注浆口，在所述内囊袋外面包裹有外囊袋，所述外囊袋的上端与所述外套管的下端部密封固接，下端与所述注浆管的下端部密封固接，在所述外套管的下端部设有位于所述外囊袋内部的进出水口，所述外套管的上端部与水管连接，所述水管和所述浆液管设有位于注浆孔之外的接口，在所述水管上连接有位于所述注浆孔之外的排水阀；控制系统根据实时监测的土体变形数据，通过控制所述水管的给水量和所述排水阀的排水量实时动态控制所述外囊袋的变形，待土体变形控制过程结束且土体变形稳定后，通过所述浆液管和所述注浆管给所述内囊袋注浆、通过所述排水阀排水，采用浆液等压等体积置换所述外囊袋内的水。

所述注浆装置在拉入前，在外囊袋外侧设置耐磨罩衣，所述耐磨罩衣的顶部绑扎在所述注浆管的下端部。

所述内囊袋的形状根据工程经验以及土体变形控制仿真模拟结果确定。

本发明具有的优点和积极效果是：采用定向钻设备钻设注浆孔并将注浆装置拉到设定位置，施工资源较为简单，并且可以在不开挖路面的情况下进行变形控制施工，极大地减少了对周边环境的不良影响，同时可以节省大量的土体资源，可以使注浆装置具有更加广泛的埋设位置，在一些不便开挖或者难以埋设的位置均可以埋设注浆装置，采用定向钻孔设备拉入注浆装置，能够保证注浆装置准确就位，为精确控制土体变形打下基础。在进行土体变形控制时，先将水注入外囊袋，由于水不会凝固，在控制土体变形过程中可根据土体变形的变化情况实时动态控制外囊袋中的水量，可以多次注水或排水，可以实时动态控制土体变形，具有可逆性。通过1个注浆孔和一个注浆装置可以实现多次可逆式土体变形控制，不必另外打设注浆孔进行控制。待无需控制土体变形时，将浆液注入内囊袋，并通过外套管上的排水阀将外囊袋中的水等压等体积置换出来，试验表明置换过程对土体变形影响极小，因此本发明能够实时精确控制土体变形，克服了袖阀管注浆技术和单点囊式注浆技术在土体变形控制时不具备实时性、可重复性和可逆性的缺点，也解决了现有施工方法需要停运被影响线路的问题，施工方便，成本低。

附图说明

图1为应用本发明的结构示意图；

图2为本发明所采用的注浆装置的结构示意图；

图3为本发明所采用的注浆装置注水及排水过程示意图；

图4为本发明所采用的注浆装置注浆后示意图。

图中：1、外套管；1-1、进出水口；2、注浆管；2-1、注浆口；3、外囊袋；4、内囊袋；5、水管；6、浆液管；7、高铁路基；8、注浆装置。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图4，一种实时动态可重复可逆注浆垂向控制土体变形的方法，首先采用定向钻设备钻注浆孔，注浆孔设置在施工结构和既有结构之间；在本实施例中，既有结构是高铁路基7。

在钻孔过程中，将注浆装置8的下端与定向钻设备连接，利用定向钻设备将注浆装置8拉入注浆孔设定位置，使注浆装置8在其设计安装位置就位。

所述注浆装置包括同轴设置并固接在一起的注浆管2和外套管1，所述注浆管2底端封闭，所述注浆管2穿过所述外套管1，所述外套管1的底端与所述注浆管2密封连接，所述注浆管2的上端部与浆液管6连接，在所述注浆管2的下部设有与其密封连接的内囊袋4，所述注浆管2穿过所述内囊袋4，在所述注浆管2位于所述内囊袋4内部的管段上设有多个均布的注浆口2-1，在所述内囊袋4外面包裹有外囊袋3，所述外囊袋3的上端与所述外套管1的下端部密封固接，下端与所述注浆管2的下端部密封固接，在所述外套管1的下端部设有位于所述外囊袋3内部的进出水口1-1，所述外套管1的上端部与水管5连接，所述水管5和所述浆液管6设有位于注浆孔之外的接口，在所述水管5上连接有位于所述注浆孔之外的排水阀，(图中未示出)。所述内囊袋4和所述外囊袋3的形状可以根据土体变形控制仿真模拟结果确定，以便于其按照预定方向变形，从而达到使土体定向变形的目的，提高变形控制效果。

所述注浆装置8在拉入前，在所述外囊袋3外侧设置耐磨罩衣(图中未示出)，所述耐磨罩衣的顶部绑扎在所述注浆管2的下端部，以防止拉入过程中破坏外囊袋1，影响控制变形效果。

控制系统根据实时监测的土体变形数据，通过控制所述水管5的给水量和所述排水阀的排水量实时动态控制所述外囊袋3的变形，待土体变形控制过程结束且土体变形稳定后，通过所述浆液管6和所述注浆管2给所述内囊袋4注浆、通过所述排水阀排水，采用浆液等压等体积置换所述外囊袋3内的水，待其完全凝固，结束变形控制。

应用本发明的步骤：

一)现场勘察

对待控制变形的高铁路基周围地形进行勘察，测量周边地区地形地貌、水位情况、地面车辆往来情况等，确保施工安全，结合需要控制的高铁路基段确定注浆装置的埋设位置。

二)钻孔轨迹设计

根据地层情况、埋设深度等条件确定钻孔类型与钻孔轨迹形式，结合环境条件确定钻孔出入土点和造斜位置，计算钻孔各项轨迹参数。

三)定向钻孔施工

为满足施工过程中积存泥浆与收集从孔中排出的渣土的需要，挖集泥池并锚固钻机。将钻头安装到钻杆上，测试探头发射信号与信息接收情况，开始按设计的轨迹进行施工，直到完成钻孔，并按照需求进行扩孔。若一次扩孔难以达到设计孔径，可进行分级扩孔，直到达到设计孔径。

四)利用定向钻设备将注浆装置拉入注浆孔内的设定位置

在进行最后一次扩孔时，将注浆装置连接在扩孔器后面，利用扩孔器将注浆装置拉至设定位置，应确保扩孔器到达钻机一侧时，注浆装置正好到达设定计位置。此外，在导向孔施工、扩孔施工与牵引施工的过程中，及时向孔内注入泥浆，可以起到润滑钻头、冷却钻头、稳定孔壁、防止注浆装置损伤、及时排出土渣的作用。

五)注水纠偏

采用实时监测设备监测高铁路基变形数据，利用注浆装置控制其变形，当高铁路基发生沉降时，用注水设备向水管中注水。随着外囊袋的膨胀，体积逐渐变大，挤压周围土体，达到使土体定向变形的目的。若随着工程的进行，高铁路基的变形发生进一步的变化，可根据土体变形情况再次向外囊袋中注水，或将外囊袋内的水排出一部分，达到实时控制土体变形的目的。

六)浆水置换

待高铁路基变形稳定后，采用注浆设备向内囊袋中注入等体积的双液浆，并同时打开排水阀，排出外囊袋中的水。直到浆液量达到要求后，停止注浆。待双液浆完全凝固，结束变形控制。

本发明可以根据隧道或高铁路基的变形情况，实时主动调整隧道或高铁路基的变形量，与传统变形控制方法结合，能够更好控制被影响线路的变形。此外，由于结合了定向钻孔，注浆装置的埋设位置可以更加广泛，工程时间、工程成本均可得到极大节省。

本发明根据实时监测的土体变形数据，通过控制水管的给水量和排水阀的排水量实时动态控制外囊袋的变形，采用注水控制变形具有实时性、可重复性和可逆性，可根据土体变形量实时调整注水量，不必在一次注浆完成后再另打注浆孔进行注浆。当工程施工引起土体持续变形时，需要对土体进行持续性的纠偏控制，采用本发明可以做到对一个注浆孔进行多次注水或放水，做到一个孔的重复使用，施工方便，成本低。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种实时动态可重复可逆注浆垂向控制土体变形的方法，其特征在于，首先采用定向钻设备钻注浆孔，注浆孔设置在施工结构和既有结构之间，

在钻孔过程中，将注浆装置的下端与定向钻设备连接，利用定向钻设备将注浆装置拉入注浆孔设定位置；

所述注浆装置包括同轴设置并固接在一起的注浆管和外套管，所述注浆管底端封闭，所述注浆管穿过所述外套管，所述外套管的底端与所述注浆管密封连接，所述注浆管的上端部与浆液管连接，在所述注浆管的下部设有与其密封连接的内囊袋，所述注浆管穿过所述内囊袋，在所述注浆管位于所述内囊袋内部的管段上设有多个均布的注浆口，在所述内囊袋外面包裹有外囊袋，所述外囊袋的上端与所述外套管的下端部密封固接，下端与所述注浆管的下端部密封固接，在所述外套管的下端部设有位于所述外囊袋内部的进出水口，所述外套管的上端部与水管连接，所述水管和所述浆液管设有位于注浆孔之外的接口，在所述水管上连接有位于所述注浆孔之外的排水阀；

控制系统根据实时监测的土体变形数据，通过控制所述水管的给水量和所述排水阀的排水量实时动态控制所述外囊袋的变形，待土体变形控制过程结束且土体变形稳定后，通过所述浆液管和所述注浆管给所述内囊袋注浆、通过所述排水阀排水，采用浆液等压等体积置换所述外囊袋内的水。

2.根据权利要求1所述的实时动态可重复可逆注浆垂向控制土体变形的方法，其特征在于，所述注浆装置在拉入前，在外囊袋外侧设置耐磨罩衣，所述耐磨罩衣的顶部绑扎在所述注浆管的下端部。

3.根据权利要求1所述的实时动态可重复可逆注浆垂向控制土体变形的方法，其特征在于，所述内囊袋的形状根据土体变形控制仿真模拟结果确定。

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