CN107542469A - 一种地下模袋桩支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下模袋桩支护方法，包括如下步骤：1)利用钻机成孔，形成模袋孔；模袋孔内设注浆管，该注浆管设出浆孔；该注浆管内设有分隔器，该注浆管的中后段设模袋，注浆管设有至少一出浆孔通往模袋；模袋后端和注浆管的外壁之间为排水管；注浆管前段包有分段模袋；2)首先采用第一灌浆设备，将第一灌浆注入注浆管，至模袋饱和；然后采用第二灌浆设备，将第二灌浆注入注浆管，该第二灌浆从前出浆孔流出注浆管；3)交替对模袋孔注浆，首先对I序模袋桩进行注浆,待I序模袋充分膨胀并达到一定强度之后，再对II序模袋桩注浆，至形成模袋桩支护墙结构。本发明具有良好的受力条件、止水作用、有效控制开挖沉降等优点。

Description

一种地下模袋桩支护方法

技术领域

本发明涉及一种地下模袋桩支护方法，具体地涉及一种在供墨管道和喷墨口之间设有空气留置腔的地下模袋桩支护方法，特别是涉及一种在喷墨孔和喷墨口之间设置空气留置腔的地下模袋桩支护方法。

背景技术

在软弱围岩隧道开挖过程中，为了防止隧道塌方涌水、围岩松动、地表沉降等地址灾害，在开挖前需要进行预加固施工。目前软弱围岩预支护施工比较通用和成熟的工法有管棚法、管幕法施工、小导管超前注浆法、水平旋喷或搅拌法、盾构法、冷冻法等。其中管棚法与小导管注浆法相结合是软弱围岩隧道开挖最常用的预支护加固技术。

参见图1，管棚法施工方法如下：管棚施工首先利用钻机在隧道拟开挖的拱形区域按照设计孔径、间距和深度钻孔，埋设钢管(管壁预钻有孔眼)并通过注浆加固土体和提高钢管的刚度，使得拟开挖隧道拱部预先形成超前的预支护体系。由于管棚组合结构本身具有抗剪性能，可有效承载上部松弛软土层的荷载，维持掌子面稳定、控制地层变形、预防坍塌冒顶事故。但是由于较差的止水性能，往往需要与小导管超前注浆加固技术组合使用。

管棚施工法的缺点：桩体自身强度差，对围岩加固效果差，止水效果差，大多数情况需要配合超前小导管注浆加固但增加了对围岩的扰动。

超前小导管注浆加固，需要与钢拱架配合使用。在工作面周围按照一定角度将小导管打(钻、压)入地层中，利用注浆泵使浆液通过小导管渗透、扩散到地层空隙、裂隙或软弱地层中，在一定程度上改善土体的物理和力学性能，起到一定的止水和提高围岩的承载力的效果。但是具有注浆效果差，加固范围小等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地下模袋桩支护方法，以解决现有技术中存在的上述问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种地下模袋桩支护方法，包括如下步骤：

1)利用钻机在隧道沿掘进方向成孔，形成模袋孔(31)；模袋孔(31)内设注浆管(32)，该注浆管(32)的设出浆孔(35)；该注浆管(32)内前端设有前分隔器(38)，中部设有后分隔器(36)，该注浆管(32)的中后段设模袋(34)；模袋(34)后端和注浆管(32)的外壁之间为排水管(33)；注浆管(32)前段包有分段模袋(37)；注浆管(32)设有至少一出浆孔通往模袋(34)，一出浆孔通往分段模袋(37)，以及一出浆孔通往模袋(34)和分段模袋(37)之间的间隙；后分隔器(36)位于通往模袋(34)的出浆孔与通往模袋(34)和分段模袋(37)之间的间隙的出浆孔之间；

2)首先采用第一灌浆设备，将第一灌浆注入注浆管(32)，该第一灌浆从出浆孔流入模袋(34)，至模袋(34)饱和；

然后采用第二灌浆设备，将分隔器(36)破坏，将第二灌浆注入注浆管(32)，该第二灌浆从出浆孔注入分段模袋(37)，以及模袋(34)和分段模袋(37)之间的间隙；

3)交替对模袋孔注浆，首先对I序(1,3,5,7…)模袋桩进行注浆,待I序模袋充分膨胀并达到一定强度之后，再对II序(2,4,6,8…)模袋桩注浆，至形成模袋桩支护墙结构。

所述的I序模袋桩和II序模袋桩，分别为按奇数排列位置和偶数排列位置的模袋桩。

在本发明中，孔径根据理论设计进行选取，钻孔方向沿着拟掘进隧道轮廓线向外成一定倾角。作为优选，可以为20-40度。

在本发明中，钻孔倾斜度控制在一定范围以内(作为优选，小于30度)，钻孔分两序施工(隔孔施工)。钻孔施工完成以后，冲洗孔内沉渣，使得桩孔满足模袋下放要求。

在本发明的较佳实施例中，该注浆管(32)的侧面前中后分别设一出浆孔，分别为前出浆孔(353)，中出浆孔(352)和后出浆孔(351)；在前出浆孔(353)和中出浆孔(352)之间设有分隔器(36)，该注浆管(32)的中后段设模袋(34)，该模袋(34)包覆中出浆孔(352)和后出浆孔(353)。

在本发明的较佳实施例中，步骤2)将分隔器破坏可采用提高灌浆压力或机械性破坏。所述的机械性破坏，可采用如刺破等方式。

在本发明的较佳实施例中，步骤2)间隙充满之后，还将注浆管注满灌浆。

在本发明的较佳实施例中，灌浆顺序和灌浆方式。模袋桩和控制性水泥灌浆均采用分序施工。模袋达到一定饱和程度后，根据充盈情况更换小注浆泵进行补灌施工。

在本发明的较佳实施例中，灌浆控制和结束标准。a.模袋桩注浆时压力达0.5～1.5MPa后不进浆，稳定5分钟后结束，压浆时注意对进浆量和压力的上升速度的控制，注浆速度应控制在30～50L/min，确保模袋有充足的滤排水时间，达到一定饱和程度后更换小泵进行补灌施工，补灌注浆速度控制在10L～15L/min；注入量根据模袋容积一般每延米平均水泥掺入量200～300kg。b.控制性水泥灌浆在确保不抬动前提下的进浆压力达最大，进浆率下降到2L/min后稳定5分钟可结束灌浆,实际灌入量施工依据地质密实情况调节，以达到土层加固效果为目的。

本发明的优点如下：

①良好的受力条件。地下模袋桩拱形支护墙结构相当于在软土层中提前建造了一个钢筋砼支护拱，模袋水泥结石的抗压强度可以达到40MPa以上，具有很高的承载能力和抗破坏能力，能确保软土层中隧道开挖的安全。

②良好的止水作用。地下模袋桩拱形支护墙护结构自身有良好的止水作用，并且对周围的软土层起到了挤密压实和排水硬化的效果(提高了土体的c值和φ值)，与模袋桩拱圈支护结构形成整体共同承担上部荷载并止水，有效的提高了整体承载能力并降低渗漏水风险。

③有效控制开挖沉降。由于施工过程中能有效解决渗漏水问题，所以能避免地下水位下降造成的沉降和塌陷问题，确保了施工安全。地下模袋桩拱形支护墙整体承载力强，可以大幅改善地层的松弛变形，保证开挖过程中不发生沉降变形。

④有效控制抬动变形。这项技术通过全新的工艺技术，对周围土层扰动影响较小，能有效控制抬动变形，不会影响上部建筑物的安全，不影响上部铁路的安全运行。

⑤施工便捷。这项新技术使用小型专用设备，施工快捷，场地适用性强。

⑥多重作用。减少重复钻孔对围岩的扰动，一次施工就能起到支护、加固、止水的多重效果。

附图说明

图1为现有技术中管棚法施工示意图；

1’-钢格栅 2’-小导管 箭头为掘进方向

图2本发明模袋桩孔位平面图；

图3为本发明模袋桩布置平面图；

图4为本发明模袋绑扎示意图；

图5为本发明模袋桩注浆顺序示意图；

图6为本发明I序模袋桩注浆；

图7为II序模袋桩注浆组成支护墙；

图8为地下模袋桩支护墙结构示意图。

图9为模袋桩支护墙挤压成型效果图；

图中

1-隧道

11-拟开挖轮廓线 12-掌子面

2-钢拱架

3-模袋桩单元

31-模袋孔 32-注浆管 33-排水管 34-模袋

35-出浆孔 351-第一出浆孔 352-第二出浆孔 353-第三出浆孔 354-第四出浆孔

36-后分隔器 37-分段模袋 38-前分隔器

具体实施方式

以下描述中，以钻孔的孔底方向为前端，孔口方向为后端。

参见图3和图4，模袋桩单元3的结构如下：它包括模袋孔31，模袋孔31内设有注浆管32，该注浆管32的侧面从后至前设四出浆孔35，依次分别为第一出浆孔351、第二出浆孔352、第三出浆孔353和第四出浆孔354。其中第四出浆孔354靠近注浆管前端出口处。在注浆管前端出口设有前分隔器38，注浆管在设有第四出浆孔354的部分外周包覆分段模袋37；

注浆管在中后段包覆模袋34，该模袋覆盖第一出浆孔351和第二出浆孔352，第二出浆孔352和第三出浆孔353之间设后分隔器36。

模袋34后端和注浆管32的外壁之间为排水管33。

桩孔施工

参见图2和图3，利用钻机成孔，形成模袋孔31，孔径根据理论设计进行选取(以直径500mm为例)，钻孔方向沿着拟掘进隧道轮廓线向外成一定倾角。作为优选，可以为20-40度。

钻孔倾斜度控制在一定范围以内(作为优选，小于30度)，钻孔分两序施工(隔孔施工)。钻孔施工完成以后，冲洗孔内沉渣，使得桩孔满足模袋下放要求。

2.模袋绑扎及模袋下放

(1)模袋桩中心钢管(注浆管32)选用直径50mm，壁厚4mm无缝钢管，模袋34选用直径500mm直筒型土工布(标称断裂强度为50kN/m)。中心钢管起到注浆通道和模袋导向、支撑的作用，根据桩深设计设置模袋绑扎长度。

(2)在成孔后，校验孔位、孔深等，均满足设计要求后，开始埋放模袋钢管。模袋桩加工及埋放由专人负责，模袋桩在下放过程中要避免缠绕或刮破。如因塌孔或孔底沉积物，须清孔后重新埋放。

参见图5至图7，本发明施工方法如下：

(1)灌浆材料和灌浆设备。模袋桩灌浆材料拟选用P.O42.5普通硅酸盐水泥浆液，控制性水泥灌浆使用材料为P.O42.5普通硅酸盐水泥和化学控制液。水泥浆液配制为水灰比0.8:1，化学控制液掺加量和时机视孔内升压情况和进浆量变化而定，一般为水泥浆液的8～10％。灌浆设备采用3SNS灌浆泵和自制液压小泵，制浆设备为自制双桶搅拌机。3SNS灌浆泵灌入水泥浆液，自制液压小泵灌入化学控制液。

(2)灌浆顺序和灌浆方式。

如图5至图8所示，首先采用灌浆泵将模袋桩灌浆材料输入注浆管32，由于后分隔器36的阻挡，模袋桩灌浆材料从第一出浆孔351、第二出浆孔352进入模袋34。模袋34达到一定饱和程度后，根据充盈情况更换小注浆泵进行补灌施工。模袋桩压浆完成后，冲孔洗管，再进行控制性水泥灌浆，严格控制注浆量与压力的关系。当压力达到一定程度时，后分隔器36被破坏，水泥灌浆从第四出浆孔354进入分段模袋37，同时从第三出浆孔353进入模袋34和分段模袋37之间的间隙以及外部。

最后，将注浆管32充满。

(3)压力设定。压力受土层地质影响，孔内压力变化仅可定性判断模袋在灌浆压力作用下是否打开，不能定量分析模袋展开和饱满程度。各段灌浆设定压力如表1：

表1 各段灌浆设定压力值

4)灌浆控制和结束标准。a.模袋桩注浆时压力达0.5～1.5MPa后不进浆，稳定5分钟后结束，压浆时注意对进浆量和压力的上升速度的控制，注浆速度应控制在30～50L/min，确保模袋有充足的滤排水时间，达到一定饱和程度后更换小泵进行补灌施工，补灌注浆速度控制在10L～15L/min；注入量根据模袋容积一般每延米平均水泥掺入量200～300kg。b.控制性水泥灌浆在确保不抬动前提下的进浆压力达最大，进浆率下降到2L/min后稳定5分钟可结束灌浆,实际灌入量施工依据地质密实情况调节，以达到土层加固效果为目的。

(5)模袋桩支护墙结构。

首先对I序(1,3,5,7…)模袋桩进行注浆(图7),待I序模袋充分膨胀并达到一定强度之后，再对II序(2,4,6,8…)模袋桩注浆(图8)。模袋桩之间、模袋桩与周围土体之间相互挤压，在高压作用下模袋内的水泥结石可以达到很高的强度(抗压强度平均40MPa)。另外，各个模袋桩在自身挤压和控制性注浆作用下形成连续的支护墙整体，土体的内摩擦家和粘聚力也有很大程度的提高，整体上具有高强度、高稳定性、强止水性的特点。

上述仅为本发明的一个具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (8)

1.一种地下模袋桩支护方法，包括如下步骤：

1)利用钻机在隧道沿掘进方向成孔，形成模袋孔(31)；模袋孔(31)内设注浆管(32)，该注浆管(32)的设出浆孔(35)；该注浆管(32)内前端设有前分隔器(38)，中部设有后分隔器(36)，该注浆管(32)的中后段设模袋(34)；模袋(34)后端和注浆管(32)的外壁之间为排水管(33)；注浆管(32)前段包有分段模袋(37)；注浆管(32)设有至少一出浆孔通往模袋(34)，一出浆孔通往分段模袋(37)，以及一出浆孔通往模袋(34)和分段模袋(37)之间的间隙；后分隔器(36)位于通往模袋(34)的出浆孔与通往模袋(34)和分段模袋(37)之间的间隙的出浆孔之间；

2)首先采用第一灌浆设备，将第一灌浆注入注浆管(32)，该第一灌浆从出浆孔流入模袋(34)，至模袋(34)饱和；

然后采用第二灌浆设备，将分隔器(36)破坏，将第二灌浆注入注浆管(32)，该第二灌浆从出浆孔注入分段模袋(37)，以及模袋(34)和分段模袋(37)之间的间隙；

3)交替对模袋孔注浆，首先对I序模袋桩进行注浆,待I序模袋充分膨胀并达到一定强度之后，再对II序模袋桩注浆，至形成模袋桩支护墙结构。

2.如权利要求1所述的一种地下模袋桩支护方法，其特征在于：钻孔方向沿着拟掘进隧道轮廓线向外成一定倾角，所述的倾角为20-40度。

3.如权利要求1所述的一种地下模袋桩支护方法，其特征在于：钻孔倾斜度控制小于30度，钻孔分两序施工。

4.如权利要求1所述的一种地下模袋桩支护方法，其特征在于：该注浆管(32)的侧面前中后分别设一出浆孔，分别为前出浆孔(353)，中出浆孔(352)和后出浆孔(351)；在前出浆孔(353)和中出浆孔(352)之间设有分隔器(36)，该注浆管(32)的中后段设模袋(34)，该模袋(34)包覆中出浆孔(352)和后出浆孔(353)。

5.如权利要求1所述的一种地下模袋桩支护方法，其特征在于：灌浆顺序和灌浆方式。模袋桩和控制性水泥灌浆均采用分序施工。模袋达到一定饱和程度后，根据充盈情况更换小注浆泵进行补灌施工。

6.如权利要求1所述的一种地下模袋桩支护方法，其特征在于：步骤2)将分隔器破坏采用提高灌浆压力或机械性破坏。

7.如权利要求1所述的一种地下模袋桩支护方法，其特征在于：步骤2)间隙充满之后，还将注浆管注满灌浆。

8.如权利要求1所述的一种地下模袋桩支护方法，其特征在于：灌浆控制和结束标准:

a.模袋桩注浆时压力达0.5～1.5MPa后不进浆，稳定5分钟后结束，压浆时控制对进浆量和压力的上升速度，注浆速度应控制在30～50L/min，确保模袋有充足的滤排水时间，达到一定饱和程度后更换小泵进行补灌施工，补灌注浆速度控制在10L～15L/min；注入量根据模袋容积一般每延米平均水泥掺入量200～300kg；

b.控制性水泥灌浆在确保不抬动前提下的进浆压力达最大，进浆率下降到2L/min后稳定5分钟可结束灌浆,实际灌入量施工依据地质密实情况调节，以达到土层加固效果为目的。