CN117090207B - 一种沉管隧道基础灌砂处理装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沉管隧道基础灌砂处理装置及施工方法，包括灌砂管、注浆管两部分，管节预制时预埋。所述管节预制完成后沉放基槽内，所述基槽内安装管节临时支撑垫块，所述管节沉放完成后进行锁定回填，完成后采用本发明进行灌砂基础施工，依次完成隧道施工；若隧道运营期间出现不均匀沉降，可使用本发明所述注浆管进行注浆加固。本发明可在完成沉管隧道管节基础施工的基础上进行注浆补漏及加强，并为后期隧道运营提供了一种隧道不均匀沉降病害的处理装置及方法。本发明极大的提高了隧道基础施工效率，增强了隧道抗风险能力，以及隧道运营期间病害处置的效率，完善了隧道整体运营养护与维修系统。

Description

一种沉管隧道基础灌砂处理装置及施工方法

技术领域

本发明涉及沉管隧道技术领域，具体为一种沉管隧道基础灌砂处理装置及施工方法。

背景技术

明挖隧道一般采用开挖土体施做基础后再浇筑隧道主体结构的施工工艺，该工艺较适用于岸上隧道，对于水下作业的沉管法隧道基础施工难度及质量控制难度均较大，后期容易出现不均匀沉降，而传统沉管隧道无法对不均匀沉降进行有效处理，因此，亟需对其进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种沉管隧道基础灌砂处理装置及施工方法，以解决上述背景技术中提出的水下基础施工难度大、质量控制困难等问题，同时预留后期沉降处理装置，解决了传统沉管隧道无法进行沉降处理难题。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供的一种沉管隧道基础灌砂处理装置，为实现所述技术方案目的，需在管节预制时在指定位置预埋特殊的灌砂及后处理装置，所述装置包含注浆管、灌砂管两部分，两者两管一体。所述管节拖运至指定位置进行管节沉放工序，所述管节需沉放在指定位置处的开挖基槽内，所述基槽内安装管节临时支撑垫块，所述垫块基坑与基槽一起开挖，所述管节依靠前一节管节或岸上段及垫块完成管节沉放工序，所述管节由于前一节管节或岸上段及垫块的支撑管节底板与基槽底存在一定空隙用于基础施工，所述空隙在锁定回填完成后采用灌砂装置进行灌砂填充。

本发明所述装置在管节预制时预埋，预埋在管节两侧侧墙及中隔墙处，沿纵向每10m布置一处，所述装置由灌砂管、注浆管两部分组成。

本发明所述灌砂管为管径160mm的不锈钢管，所述灌砂管接入口位于管节顶板且设有混凝土保护墩，所述灌砂管管身顶板处设有止水钢板，管身采用Φ10钢筋固定，底板灌砂管接出口处设有加劲钢板。

本发明所述注浆管为管径76mm的不锈钢管，所述注浆管接入口位于管节侧墙与中隔墙内，所述注浆管接入口设有球阀用于连接注浆设备，接出口处设有止水阀本体与所述灌砂管接出口位于同一位置，所述注浆管嵌入所述灌砂管。所述注浆管内部止回阀为蝶式构造。

本发明所述管节底板安装有压力传感器，所述管节沉放完全未灌砂前与灌砂后的底板压力不同，可通过所述压力传感器监测灌砂效果是否达到预期目标。

本发明所述管节沉放至指定位置时由前一节管节剪切件与垫块支撑，所述垫块由混凝土基座与千斤顶组成，所述基座采用C30混凝土，所述垫块基坑与管节基槽一并开挖完成，所述垫块基坑底部铺设30~50mm粒径碎石层。

本发明所述灌砂基础施工前需对管节两侧进行锁定回填，使所述灌砂基础施工时砂浆不会从基槽边坡处流失。

本发明所述灌砂砂浆由砂与水以1：8~1：10的重量比搅合而成。所述砂浆通过工作船上灌砂泵通过灌砂管灌入管节底板形成沙盘，每根灌砂管影响半径约7.5m。

本发明所述沙盘之间、所述沙盘与管节底板之间在灌砂完成后可能存在空隙，通过所述压力传感器监测结果，后期可通过所述注浆管进行注浆填充。

本发明所述注浆管灌砂基础补充注浆完成后注入惰性液体进行防护，若隧道在运营期间发生不均匀沉降病害，可通过所述注浆管对基础进行注浆加固。

本发明的一种沉管隧道基础灌砂处理装置，其具体地施工方法步骤如下：

隧道施工期间：

步骤一：进行管节预制、灌砂及后处理装置和压力传感器的预埋安装，由于灌砂管、注浆管两位一体，构造特殊，需在工厂预制完成后再现场安装；

步骤二：水下基槽与临时支撑垫块基坑开挖，完成水下定位工作；可与步骤一同步实施；

步骤三：水下作业完成临时支撑垫块安装，确保临时支撑垫块千斤顶与管节底板接触面位于设计标高处；

步骤四：将管节拖运至基槽位置进行管节沉放，确保管节沉放至设计位置；

步骤五：管节沉放就位后，对管节两侧进行锁定回填与管节底板形成相对封闭的空间，有利于基础成型，避免灌砂砂浆从基槽边坡流失；

步骤六：锁定回填完成对管节进行灌砂施工，灌砂砂浆在工作船上以砂水重量混合比1：8~1：10制成，由灌砂泵通过灌砂管输入管节底部；

步骤七：通过底板处压力传感器监测底板压力判别灌砂基础密实度；

步骤八：若部分灌砂基础密实度在灌砂基础施工完成后仍无法满足要求，即该部分灌砂基础较疏松，可采用注浆设备通过连接注浆管进行底部注浆，注浆管管径浆液输送能力强，且采用双液浆等浆液粒径较砂浆小，渗透性强，可有效填补灌砂基础疏松处；

步骤九：注浆完成后注浆管内填充惰性液体进行养护，继续沉放剩余管节；

隧道运营期间：

步骤十：沉管隧道施工完成进入运营期发生不均匀沉降时，可根据运营期间隧道沉降监测数据找出隧道基础沉降点；

步骤十一：根据沉降点位置注浆，注浆管接入口位于隔墙与两侧侧墙处，注浆期间需进行交通疏解，封闭靠侧墙处车道；

步骤十二：连接注浆管路，自注浆管接入口球阀处依次连接防喷装置、混合器、水泥浆泵及水玻璃泵等，并安装压力表；

步骤十三：浆液配置，注浆实施。确定浆液比例后，由混合器混合后泵送入注浆管进行注浆，通过压力表监控注浆压力，避免压力过大超出允许值；

步骤十四：注浆完成后重新在注浆管内填充惰性液体，便于再次利用。撤出设备，恢复交通。

与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本发明利用沉管隧道基础灌砂处理装置可在完成沉管隧道管节底板基础施工的基础上进行注浆补漏及加强，并为后期隧道运营提供了一种隧道不均匀沉降病害的处理装置及方法；且本发明极大的提高了隧道基础施工效率，增强了隧道抗风险能力，以及隧道运营期间病害处置的效率，完善了隧道整体运营养护与维修系统。

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。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

图1为本发明的施工步骤图；

图2为本发明的整体结构示意图；

图3为本发明的局部结构示意图；

图4为本发明止水阀本体的结构示意图；

图5为本发明格栅的示意图；

图6为本发明施工原理示意图；

图7为本发明的灌砂基础示意图；

图8为本发明不均匀沉降处理时的施工组织示意图；

图9为本发明注浆过程的示意图。

1、管节；2、灌砂管；3、注浆管；4、止水钢板；5、混凝土保护墩；6、固定箍筋；7、止水阀本体；8、加劲板；9、格栅；10、球阀；11、止水阀阀门；12、弹簧；13、钢圈；14、锁定回填；15、压力传感器；16、管节底板基础；17、千斤顶；18、混凝土基座；19、碎石垫层；20、防喷装置；21、混合器；22、压力表；23、水玻璃泵；24、水泥浆泵；25、砂浆；26、注浆浆液；27、惰性液体。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例

如图2所示，一种沉管隧道基础灌砂处理装置，包括管节1、灌砂管2、以及注浆管3；所述灌砂管2和注浆管3在管节1预制时进行预埋，所述管节1在干坞内进行预制，所述灌砂管2采用管径160mm的不锈钢管，所述注浆管3的管径为76mm，所述注浆管3在灌砂管2加工时嵌入以形成整体，随后该整体一并预埋至所述管节1内部；所述灌砂管2接入口位于所述管节1顶板并设有混凝土保护墩5及止水钢板4，所述灌砂管2接出口位于所述管节1底板并设有加劲板8，所述灌砂管2采用Φ10的固定箍筋6固定，如图3所示；

所述注浆管3接入口靠近侧墙和中隔墙并设有球阀10，以便于后期注浆施工，所述注浆管3接出口与所述灌砂管2接出口位于同一位置，所述注浆管3接出口一定距离处设有止水阀本体7，所述止水阀本体7是由钢圈13、止水阀阀门11和弹簧12组成的蝶式止水阀本体，见图4；所述灌砂管2和注浆管3接出口处皆设有格栅9板，所述格栅9板上朝向注浆管3出口部位的格栅9孔小，朝向灌砂管2出口部位的格栅9孔大，以此防止注浆管3出口堵塞，如图5所示；

所述管节1底板处预埋压力传感器15，如图6所示；

所述管节1预制完成后拖运至指定位置进行管节1沉放，所述管节1沉放前需完成基槽开挖及安装管节1临时支撑垫块，所述垫块底部铺设有碎石垫层19，所述垫块由混凝土基座18和千斤顶17组成，所述垫块基坑与基槽一起开挖，所述管节1沉放后靠着前一管段剪切键及垫块的支撑预留管节底板基础16施工空间，如图7所示；

所述管节1沉放完成后进行锁定回填14，接着进行所述管节底板基础16的施工。

实施例

一种采用实施例一种装置的沉管隧道基础灌砂施工方法，其具体工作流程如下：

隧道施工期间：

步骤一：进行管节1预制、灌砂及后处理装置（灌砂管2、注浆管3）加工预埋和压力传感器15的预埋安装；

步骤二：水下基槽开挖，临时支撑垫块（千斤顶17、混凝土基座18）以进行基坑施工，此步骤可与步骤一同步实施；

步骤三：水下作业完成临时支撑垫块安装，确保临时支撑垫块中的千斤顶17与管节1接触面位于设计标高处；

步骤四：将管节1拖运至基槽位置进行管节1的沉放，确保管节1沉放至设计位置；

步骤五：管节1沉放就位后，完成管节1两侧的锁定回填14；

步骤六：锁定回填14完成后开始灌砂施工，灌砂砂浆25在工作船上以砂水重量混合比1：8~1：10制成，由灌砂泵通过灌砂管2泵入管节1底部；

步骤七：通过管节1底板处压力传感器15监测底板压力并分析灌砂基础施工效果，原理如图6所示；

步骤八：若部分灌砂基础施工效果未达到预期，即部分灌砂基础较疏松，密实度不足，可采用注浆设备通过连接注浆管3进行再注浆，注浆管3管径小浆液输送能力强，且注浆浆液26粒径较砂浆25小，渗透性强，可有效填补灌砂基础疏松处，如图9所示；

步骤九：注浆完成后注浆管3内填充惰性液体27进行养护，依次沉放剩余管节1。

隧道运营期间：

步骤十：沉管隧道运营期发生不均匀沉降时，可根据运营期间隧道沉降监测数据找出隧道基础沉降点，利用注浆管3进行注浆处理；

步骤十一：根据沉降点位置注浆，注浆管3接入口位于隔墙与两侧侧墙处，注浆期间需进行交通疏解，封闭靠侧墙处车道如图8所示；

步骤十二：连接注浆管3路，自注浆管3接入口球阀10处依次连接防喷装置20、混合器21、水泥浆泵24及水玻璃泵23等，并安装压力表22；

步骤十三：浆液配置，注浆实施；确定浆液比例后，由混合器21混合后泵送入注浆管3进行注浆，通过压力表22监控注浆压力，避免压力过大超出允许值。

步骤十四：注浆完成后重新在注浆管3内填充惰性液体27，便于再次利用。撤出设备，恢复交通。

综上，本发明通过在沉管管节1侧墙及隔墙内预埋灌砂及后处理装置的方式，在沉管管节1完成对接后通过该装置进行基础灌砂施工，灌砂施工过程中可通过沉管管节1底板预埋的压力感应器压力变化实时判断灌砂基础是否填充密实，若发现压力过小，可通过后处理装置灌注流动性更好的水泥浆进行填充，由于后处理装置中灌浆管管径小，输送压力大，浆液渗透性强，可有效填充灌砂基础沙盘与沙盘之间、沙盘与管节1底板之间的空隙处，弥补传统灌砂基础存在的沙盘交叠区域脱空难题，减少运营期沉降发生的概率。该装置在隧道运营期间通过惰性液体27填充暂时封堵，当出现不均匀沉降等病害时，可打开该装置进行注浆处理，阻止沉管隧道继续沉降，甚至可达到抬升管节1的效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种沉管隧道基础灌砂施工方法，用于对沉管管节（1）进行处理，其特征在于，采用沉管隧道基础灌砂处理装置，所述沉管隧道基础灌砂处理装置包括灌砂管（2）和注浆管（3），所述灌砂管（2）接入口处设有混凝土保护墩（5）和止水钢板（4），所述灌砂管（2）采用固定钢筋进行固定，所述灌砂管（2）底板接出口处设有加劲钢板；所述注浆管（3）接入口处设有球阀（10）并用于连接注浆设备，所述注浆管（3）接出口处设有止水阀本体（7）；

其中，施工方法包括以下步骤：

隧道施工期间：

步骤一：进行管节（1）预制、灌砂及后处理装置加工预埋和压力传感器（15）的预埋安装；

步骤二：水下基槽开挖，临时支撑垫块基坑进行开挖施工，此步骤可与步骤一同步实施；

步骤三：水下作业完成临时支撑垫块安装，确保临时支撑垫块中的千斤顶（17）与管节（1）接触面位于设计标高处；

步骤四：将管节（1）拖运至基槽位置进行管节（1）的沉放，确保管节（1）沉放至设计位置；

步骤五：管节（1）沉放就位后，完成管节（1）两侧的锁定回填（14）；

步骤六：锁定回填（14）完成后开始灌砂施工，灌砂砂浆（25）在工作船上以砂水重量混合比1：8~1：10制成，由灌砂泵通过灌砂管（2）泵入管节（1）底部；

步骤七：通过管节（1）底板处压力传感器（15）监测底板压力并分析灌砂基础施工效果；

步骤八：若部分灌砂基础施工效果未达到预期，即部分灌砂基础较疏松，密实度不足，采用注浆设备通过连接注浆管（3）进行再注浆，且注浆浆液（26）粒径较砂浆（25）小；

步骤九：注浆完成后注浆管（3）内填充惰性液体（27）进行养护，依次沉放剩余管节（1）；

隧道运营期间：

步骤十：沉管隧道运营期发生不均匀沉降时，根据运营期间隧道沉降监测数据找出隧道基础沉降点，利用注浆管（3）进行注浆处理；

步骤十一：根据沉降点位置注浆，注浆管（3）接入口位于隔墙与两侧侧墙处，注浆期间需进行交通疏解；

步骤十二：连接注浆管路，自注浆管（3）接入口球阀（10）处依次连接防喷装置（20）、混合器（21）、水泥浆泵（24）及水玻璃泵（23），并安装压力表（22）；

步骤十三：浆液配置，注浆实施；确定浆液比例后，由混合器（21）混合后泵送入注浆管（3）进行注浆，通过压力表（22）监控注浆压力，避免压力过大超出允许值；

步骤十四：注浆完成后重新在注浆管（3）内填充惰性液体（27），便于再次利用；撤出设备，恢复交通;

所述灌砂管(2)采用管径160mm的不锈钢管，所述注浆管(3)的管径为76mm，所述注浆管(3)在灌砂管(2)加工时嵌入以形成整体，随后该整体一并预埋至所述管节(1)内部；

所述注浆管(3)接入口靠近侧墙和中隔墙并设有球阀(10)，以便于后期注浆施工，所述注浆管(3)接出口与所述灌砂管(2)接出口位于同一位置。

2.根据权利要求1所述的一种沉管隧道基础灌砂施工方法，其特征在于，所述管节（1）底板安装有压力传感器（15），所述压力传感器（15）用于监测灌砂效果是否达到预期目标。

3.根据权利要求1所述的一种沉管隧道基础灌砂施工方法，其特征在于，所述止水阀本体（7）包括钢圈（13）、止水阀阀门（11）和弹簧（12）。

4.根据权利要求1所述的一种沉管隧道基础灌砂施工方法，其特征在于，所述灌砂管（2）和注浆管（3）接出口处皆设有格栅板，所述格栅板上朝向注浆管（3）出口部位的格栅（9）孔小，朝向灌砂管（2）出口部位的格栅孔大。