CN212337290U - 一种针对运营地铁隧道位移纠偏的充气囊结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种针对运营地铁隧道位移纠偏的充气囊结构，包括充气囊，所述充气囊内部设置有中心拉杆和围绕所述中心拉杆布置的伸缩骨架，顶部设置与所述中心拉杆固定连接的锥形帽尖，底部连接密封塞，所述密封塞中心留有供中心拉杆、充气管以及送土管伸入的孔道，所述充气管由充气装置供气，所述送土管由送土装置供填充土。利用充气囊进行充气挤压纠偏的方式能够最大限度上将对周围的影响降低到最小，避免了传统袖阀管注浆中对周围环境影响大，可能造成临近其他管线或构筑物不必要变形的危害，适用于在管线密集的地下空间进行局部的隧道位移纠偏。

Description

一种针对运营地铁隧道位移纠偏的充气囊结构

技术领域

本实用新型属于运营地铁隧道加固及保护技术领域，特别涉及一种针对运营地铁隧道位移纠偏的充气囊结构。

背景技术

随着城市地下空间的开发，有限的浅地层空间内出现了越来越多的管线及构筑物。由于地铁隧道本身对位移影响较为敏感，临近既有运营地铁隧道可能出现的新建隧道修建，基坑开挖，大型桩基打设、大范围地面堆载等施工影响都可能造成既有隧道朝着各个方向的局部位移变形，影响隧道的正常运营及结构安全。

应对过大的隧道位移，工程中常常采用注浆纠偏的方式进行纠偏。传统的注浆纠偏技术往往通过打设袖阀管进行压密注浆，具体可通过布置竖向袖阀管注浆进行隧道的水平纠偏，可布置斜向袖阀管进行竖向纠偏。但在实际工程中，浆液在土中容易出现窜浆现象，注入浆液的体积、位置和方向都很难做到精准掌控，容易对周围其他结构造成二次影响。当狭小空间内同时存在待纠偏体和非纠偏体，或多个待纠偏体的纠偏量不一时，传统袖阀管纠偏方案在袖阀管打设布置、注浆量、注浆压力控制上的难度都会急剧上升，现实中往往难以实现。同时，袖阀管注浆的纠偏形式不够灵活，注浆过程不可逆，若注入的浆液过多，极易造成纠偏过度，则需要在另外一个方向进行反向注浆，造成不必要的浪费，费时费力。除了袖阀管注浆纠偏技术，工程中另一种常见的针对运营隧道的纠偏措施就是管片壁后注浆，现有的壁后注浆技术多是通过注浆孔向管片外直接进行高压注浆，利用浆液的劈裂、渗透作用加固周围土层，该方法短期内能够纠正隧道的上浮或下沉变形，但由于一般浆液与土体凝固形成的水泥块的比重要大于周围软土，在后期运营过程中，水泥块会带着隧道加速下沉，影响隧道运营及结构安全。此外，不管是袖阀管技术或者壁后注浆技术往往都需要注入大量的浆液，会对土体和地下水源造成较大的污染，不利于环保。

综上所述，现有盾构隧道的注浆纠偏技术主要存在着纠偏效果难以精准掌控、对临近其它非纠偏体影响大、纠偏形式不灵活、施工方案设计复杂、污染环境、工后易加速沉降等问题，亟需通过改进技术来进行解决。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种针对运营地铁隧道位移纠偏的充气囊结构。

为实现上述技术目的，本实用新型实施例采用以下技术方案：

本实用新型实施例提供一种针对运营地铁隧道位移纠偏的充气囊结构，包括充气囊，所述充气囊内部设置有中心拉杆和围绕所述中心拉杆布置的伸缩骨架，顶部设置与所述中心拉杆固定连接的锥形帽尖，底部连接密封塞，所述密封塞中心留有供中心拉杆、充气管以及送土管伸入的孔道，所述充气管由充气装置供气，所述送土管由送土装置供填充土。

进一步地，所述充气管上连接有第一限速控制阀和第一流量计，所述送土管上连接有第二限速控制阀和第二流量计。

进一步地，所述充气装置采用第一充气泵。

进一步地，所述送土装置包括第二充气泵和集土箱，所述送土管分别与第二充气泵和集土箱相连。

进一步地，所述伸缩骨架沿充气囊内表面纵向等角度设置，伸缩骨架和充气囊可同步收拢或张开。

进一步地，所述伸缩骨架由钢制材料制成，分为多个节段，节段之间通过铰接相连，伸缩骨架分为收拢状态和张开状态。

进一步地，当用于隧道上半断面注浆孔时，充气管前端口和送土管前端口距离锥形帽尖5-8cm，且充气管前端口在上，送土管前端口在下，上下相互错开；

当用于隧道下半断面注浆孔时，充气管前端口和送土管前端口插入充气囊距离密封塞5-8cm，且充气管前端口在上，送土管前端口在下，上下相互错开。

进一步地，所述充气管前端口设置一道三层防倒吸装置。

进一步地，所述三层防倒吸装置由从上至下依次为铁丝网、滤布以及铁丝网的组成。

进一步地，所述充气囊在隧道位移区段按照中间密、两端疏的原则进行布置，同一环隧道管片设置两个充气囊，两个充气囊分别设置在隧道管片左右两侧，左侧充气囊所在位置与竖直方向的夹角为α，充气量为V_α，右侧充气囊所在位置与竖直方向的夹角为β，充气量为V_β，充气量和夹角满足

的要求，具体充气量根据隧道的纠偏位移量大小调整确定。

根据以上技术方案，具有如下技术效果：

1)可在管线密集空间进行纠偏

利用充气囊进行充气挤压纠偏的方式能够最大限度上将对周围的影响降低到最小，避免了传统袖阀管注浆中对周围环境影响大，可能造成临近其他管线或构筑物不必要变形的危害，适用于在管线密集的地下空间进行局部的隧道位移纠偏。

2)纠偏形式较为灵活

由于传统的注浆纠偏过程不可逆，若注入的浆液量过大则会导致纠偏过量，需要在另外一个方向进行反向注浆，造成不必要的浪费，费时费力，而利用充气囊进行纠偏，由于流量计和限速控制阀的设置，可以精准控制注入的气体量，当充入气体过多时，可以打开送土管上的限速控制阀进行泄压，避免纠偏过度。

3)能对各个方向的隧道位移进行纠偏

由于每一环管片均设置不同角度的注浆孔，可根据隧道位移区段和位移方向选取不同的注浆孔进行充气囊的布置。例如隧道发生下沉变形时，可将充气囊设置在管片环下半部分，当打入土层的充气囊开始充气膨胀后，会挤压下部的土体，由于力的作用是相互的，下部土体会产生一个向上的反作用力，用于将下沉段隧道通过“挤压”的方式纠偏回原位置；若隧道发生局部的上浮变形，则可在管片环上半部分设置充气囊。

4)能对隧道局部的位移变形实现准确纠偏

根据隧道位移段的范围和位移值大小，可以沿隧道环向和纵向布置不同数量、不同大小的充气囊进行纠偏，纵向上的布置原则是以位移段中点为准，两侧对称布置，且遵循“中心密，两侧疏”的方案，另外由于管片为错缝拼装，隧道每一环的注浆孔位置可能存在不同，故环向每一个充气囊的大小及充气多少可能存在不一，在满足纠偏目标的同时需要确保隧道不发生其他方向上的位移，即同一环上的两个充气囊中的充气量需要经过计算确定一个比例。在实际工程中，需要采用实时的位移监测技术进行辅助，对纠偏量进行精确控制。

附图说明

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

图1是本实用新型实施例提供的一种针对运营地铁隧道位移纠偏的充气囊结构的示意图；

图2是本实用新型实施例中充气囊打入土层过程示意图；

图3是本实用新型实施例中充气囊充气纠偏过程示意图；

图4是本实用新型实施例中充气囊土体置换过程示意图；

图5是本实用新型实施例中隧道下沉变形时充气囊沿纵向布置图；

图6是本实用新型实施例中隧道下沉变形时充气囊横向布置图；

图7是本实用新型实施例中隧道下沉变形时充气囊内部细节图；

图8是本实用新型实施例中隧道上浮变形时充气囊沿纵向布置图；

图9是本实用新型实施例中隧道上浮变形时充气囊横向布置图；

图10是本实用新型实施例中隧道上浮变形时充气囊内部细节图；

附图标记说明：管片1；注浆孔2；密封塞3；充气囊4；伸缩骨架5；锥形帽尖6；中心拉杆7；充气管8；送土管9；充气管端口10；送土管端口11；第一限速控制阀12；第二限速控制阀13；第一流量计14；第二流量计15；第一充气泵16；第二充气泵17；集土箱18；填充土19。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

如图1所示，本实施例提供一种针对运营地铁隧道位移纠偏的充气囊结构，包括充气囊4，所述充气囊4内部设置有中心拉杆7和围绕所述中心拉杆7布置的伸缩骨架5，顶部设置与所述中心拉杆7固定连接的锥形帽尖6，底部连接密封塞3，所述密封塞3中心留有供中心拉杆7、充气管8以及送土管9伸入的孔道，所述充气管8由充气装置供气，所述送土管9由送土装置供填充土19。

本实施例中，所述锥形帽尖6为硬质金属材料，便于在注浆硬壳层和土体中推进。

本实施例中，充气囊4底部连接密封塞3，一起固定在注浆孔2内，充气囊4内表面紧贴设置伸缩骨架5，充气囊4正中心设置中心拉杆7，中心拉杆7顶部连接锥形帽尖6，底部穿过密封塞3，起到整个充气囊4和伸缩骨架5的支撑作用。

本实施例中，所述充气管8上连接有第一限速控制阀12和第一流量计14，所述送土管9上连接有第二限速控制阀13和第二流量计15，其中限速控制阀可以控制气体的流速，流量计可以实时监测流过对应管道的气体体积。本实施例中，所述充气装置采用第一充气泵16。本实施例中，所述送土装置包括第二充气泵17和集土箱18，所述送土管9分别与第二充气泵17和集土箱18相连。

本实施例中，所述伸缩骨架5沿充气囊4内表面纵向等角度设置，伸缩骨架5和充气囊4可同步收拢或张开，所述伸缩骨架5由多个节段的钢制材料制成，节段之间通过铰接相连，伸缩骨架5分为收拢状态和张开状态，可以通过向下拉动中心拉杆7而由并拢状态转化为张开状态，由于伸缩骨架5和充气囊4相互固定，故伸缩骨架5的张开将同样使得充气囊4打开。

本实施例中，当用于隧道上半断面注浆孔2时，充气管8前端口10和送土管9前端口11距离锥形帽尖5-8cm，且充气管前端口10在上，送土管前端口11在下，上下相互错开；

当用于隧道下半断面注浆孔2时，充气管前端口10和送土管前端口11插入充气囊4距离密封塞5-8cm，且充气管前端口10在上，送土管前端口11在下，上下相互错开。

本实施例中，所述充气管前端口10设置一道三层防倒吸装置，所述三层防倒吸装置由从上至下依次为铁丝网、滤布以及铁丝网的组成，在后续置换土体过程中可以防止填充土19进入充气管8内，确保充气管8不会堵塞。

本实施例中，所述充气囊4在隧道位移区段按照中间密、两端疏的原则进行布置，同一环隧道管片1设置两个充气囊4，两个充气囊4分别设置在隧道管片1左右两侧，左侧充气囊4所在位置与竖直方向的夹角为α，充气量为V_α，右侧充气囊4所在位置与竖直方向的夹角为β，充气量为V_β，充气量和夹角满足

的要求，具体充气量根据隧道的纠偏位移量大小调整确定。

如图2、图3、图4所示为本实用新型结构施工各阶段的示意图，其中图2为将充气囊4打入土体的过程，利用充气囊4顶部的锥形帽尖6，借助外力将整个充气囊4穿过注浆硬壳层后推入软土层中，推入过程中伸缩骨架5处于并拢状态，当打到指定深度后，将密封塞3镶嵌固定在注浆孔2内；图3为充气纠偏过程，依据实时监测技术的反馈，利用充气管8向充气囊4内充气，充气囊4发生膨胀，根据充入气体的体积缓慢向下拉动中心拉杆7，使伸缩骨架5逐渐打开，该过程中，伸缩骨架5对充气囊4结构起到稳定和支撑的作用，让其在充气过程中不致于发生不规则变形，确保纠偏质量；图4为换填土体过程，该过程通过送土管9，利用高压气体将填充土19送入充气囊4内部，同时另一侧的充气管8起到排放多余气体的作用，通过两边限速控制阀和流量计的控制，确保送土管9内充入的高压气体体积和充气管8排出的气体体积相等，维持充气囊4内的气体体积平衡，另外由于充气管端口10设置了防倒吸装置，进入充气囊4内的土体将不会随着高压气体排出充气管8，而永久地留在充气囊4内直至填充满整个充气囊4。

如图5、图6、图7所示，当隧道沿纵向发生下沉变形时，可按照如图5所示沿纵向布置充气囊4，充气囊4布置在管片1下半部分，沿着下沉变形段中心对称布置，在布置数量上做到中间密、两端疏，在充气纠偏过程中，从最中间的充气囊4开始依次向两边对称进行，具体顺序为a、b、c、d、e依次充气；如图6为充气囊4沿管片1环向的布置方案，由于管片底部存在道床，故可选用道床两侧最靠近的注浆孔2进行充气囊4的设置，两侧注浆孔2往往并不对称，为了确保充气囊4在纠正隧道下沉变形过程中不发生水平向的额外变形，需要采用非对称充气纠偏方案，即两边充气囊4的充气量要不同。具体举例来看，不妨设左侧充气囊4与竖向夹角为α，右侧充气囊4与竖向夹角为β，令α＞β，为了确保不发生水平方向的额外变形，则左侧充气囊4的半径R₁要小于右侧充气囊4的半径R₂，即左侧充气囊4的充气量V_α要小于右侧充气囊4的充气量V_β，具体满足

如图7所示为充气囊4内部细节图，由于充气囊4布置在管片1下半段，故充气管端口10和送土管端口11插入充气囊4内部较浅，深度仅为5-8mm即可，且两个端口上下错开，充气管端口10在上，送土管端口11在下。

如图8、图9、图10所示，当隧道沿纵向发生上浮变形时，可按照如图8所示沿纵向布置充气囊4，充气囊4布置在管片1上半部分，沿着上浮变形段中心对称布置，在布置数量上做到中间密、两端疏，在充气纠偏过程中，从最中间的充气囊4开始依次向两边对称进行，具体顺序为a、b、c、d、e依次充气；如图9为充气囊4沿管片1环向的布置方案，选用两侧最靠近拱顶的注浆孔2进行充气囊4的设置，两侧注浆孔2往往并不对称，为了确保充气囊4在纠正隧道上浮变形过程中不发生水平向的额外变形，需要采用非对称充气纠偏方案，即两边充气囊4的充气量要不同。具体举例来看，不妨设左侧充气囊4与竖向夹角为α，右侧充气囊4与竖向夹角为β，令α＞β，为了确保不发生水平方向的额外变形，则左侧充气囊4的半径R₁要小于右侧充气囊4的半径R₂，即左侧充气囊4的充气量V_α要小于右侧充气囊4的充气量V_β，具体满足

如图10所示为充气囊4内部细节图，由于充气囊4布置在管片1上半段，故充气管端口10和送土管端口11插入充气囊4内部较深，距离顶部锥形帽尖6的距离为5-8mm即可，且两个端口上下错开，充气管端口10在上，送土管端口11在下。

本实施例还提供一种针对运营地铁隧道位移纠偏充气囊结构的施工方法，包括以下步骤：

1)测量及布置方案设计：对隧道变形区间段进行长度和变形量测量，对区间范围内可用的注浆孔2进行标识，测量同一片管片1两侧注浆孔2的角度分别为α和β，沿隧道纵向充气囊4的布置采用中间密、两端疏的方案，通过计算分析后合理设计充气囊4的布置个数、布置间距和布置范围；

2)充气囊4的制作：准备充气管8和送土管9，在充气管端口10套上一个防倒吸装置，利用“铁丝网+滤布+铁丝网”三层材料进行绑扎制作，之后将将充气管8和送土管9穿过密封塞3上的小孔，插入到充气囊4内部，根据充气囊4的使用位置选取合适的插入深度，组装完毕后在密封塞3内部孔道和侧面涂抹防水涂料，放在一旁备用；

3)充气囊4的插入：在打入注浆孔2前，充气囊4处于收拢状态，利用推力将充气囊4推入注浆孔2，借助充气囊4顶部的锥形帽尖6穿透管片1表面的7-14cm厚的注浆硬壳层，之后充气囊4整体推入到注浆硬壳层外的软土层中，当到达指定深度后，将密封塞3镶嵌固定在注浆孔2内，对密封塞3内表面涂抹浆液以进行防水处理，不断重复上述操作，直至将所有的充气囊4打入指定注浆孔2；

4)充气纠偏过程：配合实时的隧道监测技术，打开第一充气泵16和第一限速控制阀12，关闭第二限速控制阀13，开始利用每一个充气囊4上对应的充气管8进行充气，充气过程中要充分利用第一限速控制阀12和第一流量计14，须严格注意每一个充气囊4的充气量和充气速度，环向两个充气囊4的充气量根据布置角度计算的充气量比值进行限定，即充气量满足

的要求，充气过程同步进行，沿隧道纵向首先对靠近变形区间中心处的充气囊4进行充气纠偏，之后逐步向两边对称充气。即首先对最中心环的两个充气囊4进行充气，之后对中心环两侧的四个充气囊4进行充气，以此类推，值得注意的是充气过程中需要实时监测技术的信息反馈，确保纠偏量准确，每一个充气囊4的充气量根据隧道实际纠偏情况及位移监测数据进行调整，期间若某一环的充气囊4出现充气过多的情况，则同环的两个充气囊4需要同时进行排气操作，确保同一环两个充气囊4的充其量始终维持最初设计比值，另外，每一个充气囊4在充气膨胀过程中，其内部的伸缩骨架5将逐渐打开，起到稳定充气囊4形状的作用；

5)隧道变形恢复：当隧道的纠偏完成后，首先关闭每一个充气囊4的第一限速控制阀12和第一充气泵16，确保充气囊4形状和气体量保持不变，稳定一段时间，等待隧道纵向变形恢复；

6)换填土体过程：待隧道纵向变形恢复后，首先开启第二充气泵17，通过高压气体将填充土19吸入送土管9内，之后同步缓慢开启第二限速控制阀13和第一限速控制阀12，密切观察第二流量计15和第一流量计14的示数，严格控制送土管9送入的气体体积等于充气管8排出的气体体积，维持充气囊4大小不变，在将填充土19送入充气囊4内部时，由于充气管端口10设置了防倒吸装置，故填充土19不会被吸入充气管8，随着换气过程的进行，充气囊8内部的填充土19将逐渐累积直至最终填满整个充气囊4，之后利用送土管9向充气囊4内部注入轻质速凝水泥砂浆，对充气囊4内部的填充土19进行进一步的压缩和凝固，在换填土体的过程中，需要将中心拉杆7锁死，即维持伸缩骨架5的张开程度不变，保持充气囊4的形状不变，确保纠偏质量；

7)后续相关工作：充气囊4结构稳定后，关闭第二充气泵17、第一限速控制阀12和第二限速控制阀13，管片1壁后的充气囊4内部由高压气体变为了填充土19，由于填充土19与周围土层的土质相同，能够确保隧道纠偏后的稳定性，待后期监测结果满足稳定要求后，逐步开始拆除管片1内部的相关结构设备，拔出密封塞3，对注浆孔2进行专门的密封处理，纠偏工作完成。

本实用新型适用于软土地区已运营地铁隧道各个方向的局部位移纠偏，尤其是在狭小地下空间内出现多根管线，为避免对周围其他管线造成过大影响，同时又要求实现对纠偏目标的准确纠偏时特别适用。

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

Claims (10)

1.一种针对运营地铁隧道位移纠偏的充气囊结构，其特征在于，包括充气囊，所述充气囊内部设置有中心拉杆和围绕所述中心拉杆布置的伸缩骨架，顶部设置与所述中心拉杆固定连接的锥形帽尖，底部连接密封塞，所述密封塞中心留有供中心拉杆、充气管以及送土管伸入的孔道，所述充气管由充气装置供气，所述送土管由送土装置供填充土。

2.根据权利要求1所述的一种针对运营地铁隧道位移纠偏的充气囊结构，其特征在于，所述充气管上连接有第一限速控制阀和第一流量计，所述送土管上连接有第二限速控制阀和第二流量计。

3.根据权利要求1所述的一种针对运营地铁隧道位移纠偏的充气囊结构，其特征在于，所述充气装置采用第一充气泵。

4.根据权利要求1所述的一种针对运营地铁隧道位移纠偏的充气囊结构，其特征在于，所述送土装置包括第二充气泵和集土箱，所述送土管分别与第二充气泵和集土箱相连。

5.根据权利要求1所述的一种针对运营地铁隧道位移纠偏的充气囊结构，其特征在于，所述伸缩骨架沿充气囊内表面纵向等角度设置，伸缩骨架和充气囊可同步收拢或张开。

6.根据权利要求1所述的一种针对运营地铁隧道位移纠偏的充气囊结构，其特征在于，所述伸缩骨架由钢制材料制成，分为多个节段，节段之间通过铰接相连，伸缩骨架分为收拢状态和张开状态。

7.根据权利要求1所述的一种针对运营地铁隧道位移纠偏的充气囊结构，其特征在于，当用于隧道上半断面注浆孔时，充气管前端口和送土管前端口距离锥形帽尖5-8cm，且充气管前端口在上，送土管前端口在下，上下相互错开；

当用于隧道下半断面注浆孔时，充气管前端口和送土管前端口插入充气囊距离密封塞5-8cm，且充气管前端口在上，送土管前端口在下，上下相互错开。

8.根据权利要求1所述的一种针对运营地铁隧道位移纠偏的充气囊结构，其特征在于，所述充气管前端口设置一道三层防倒吸装置。

9.根据权利要求8所述的一种针对运营地铁隧道位移纠偏的充气囊结构，其特征在于，所述三层防倒吸装置由从上至下依次为铁丝网、滤布以及铁丝网的组成。

10.根据权利要求1所述的一种针对运营地铁隧道位移纠偏的充气囊结构，其特征在于，所述充气囊在隧道位移区段按照中间密、两端疏的原则进行布置，同一环隧道管片设置两个充气囊，两个充气囊分别设置在隧道管片左右两侧，左侧充气囊所在位置与竖直方向的夹角为α，充气量为V_α，右侧充气囊所在位置与竖直方向的夹角为β，充气量为V_β，充气量和夹角满足

的要求，具体充气量根据隧道的纠偏位移量大小调整确定。

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