CN109944596A - 一种盾构穿越临江富水砂层二次加固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盾构穿越临江富水砂层二次加固方法，主要包括如下步骤：(1)前期准备；(2)安装钻孔装置；(3)打孔；(4)冻结管的安装。本发明通过冻结管形成管幕冻结，向冻结管通入液氨，使富水砂层中的水冻结，增加了盾构过程中抗渗的作用，便于盾构开挖。内层固定桩和外层固定桩的内部均填充隔热板，隔热板起到了隔热的作用，减少外部热源导致冻土帷幕性能退化(范围、强度)。固定桩灌注混凝土，增加管幕注浆管管幕的结构强度，减少流水作用对冻土的快速消融解决了现有的盾构过程冻结法进行土层冻结容易受到外部的温度影响而影响到冻结法的防渗效果的问题。
Description
技术领域
本发明涉及地铁技术领域，具体涉及一种盾构穿越临江富水砂层二次加固方法。
背景技术
随着国内地铁线网的加密与隧道数量的增加，地下空间资源在逐渐减小，隧道的位置将受到许多因素的制约，导致盾构施工过程中经常碰到各种地下障碍物，如地下在役与废弃的管线、基础桩、地下连续墙、孤石等。障碍物所处的地质条件非常多样化，有粘土、砂土、砾石、软岩等地质条件。
目前，盾构机在穿越临江富水砂层的过程中，由于富水砂层含水量大，砂层的结构牢固性偏低，容易出现周围突水、涌砂及盾构进行进时上抬或下沉的风险。因此工程中广泛使用冷冻法来对土层进行加固，冻结法原理与冰箱差不多，即利用人工制冷技术，使地层中的水结冰，将松散含水岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水，以便在冻结壁的保护下，进行地下工程掘砌作业。
冻结法也有一定的风险，供冷不足或外部热源可导致冻土帷幕性能退化(范围、强度)，流水作用下冻土可快速消融；冻结不当会产生冻胀融沉，对环境有一定的影响，严重时具有一定的破坏力，融沉控制不当可导致结构差异沉降和长期沉降。因此，含盐含气地层和地下水流速都会影响冻结效果。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的诸多不足，提供一种盾构穿越临江富水砂层二次加固方法，本发明解决了现有的盾构过程冻结法进行土层冻结容易受到外部的温度影响而影响到冻结法的防渗效果的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种盾构穿越临江富水砂层二次加固方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)前期准备
a、根据图纸绘定来确定盾构入口，并在盾构入口处进行场地的平整和压实，确定盾构入口并对入口进行放样确定位置，将入口处进行初步开凿，并对入口处进行初步整平处理，在入口处的底部挖掘定位槽，定位槽的宽度为钻孔盘厚度基础上增加3厘米；
b、根据图纸进行钻孔盘的钢筋绑扎，图纸确定外层固定桩和内层固定桩的位置，模板固定后浇筑混凝土，养护成型后待用，在钻孔盘的四周浇筑混凝土墙面。
(2)安装钻孔装置
a、通过吊机将吊索穿过钻孔盘的固定孔，固定吊索，调整吊索的长度，保持两侧的吊索长度相同，将钻孔盘吊至预先设定好的盾构入口处，将钻孔盘的底部***到定位槽中，调整钻孔盘位置位于定位槽的居中位置，且保持钻孔盘位置保持垂直；
b、向定位槽中浇筑高强度混凝土，并进行找平处理；
c、在入口均匀铺设碎石层，并在碎石层上架设轨道板，轨道板之间相互搭接，并进行螺纹固定连接，在端部的轨道板采用坡道处理，坡度小于30°；
d、启动钻孔装置，底部滑轮启动，沿着坡道缓慢行驶到轨道板上，停止运行；
(3)打孔
a、固定桩的安装
1)安装固定桩：将注浆管***到限位盘的第一预留孔中，继续***至压盘上的第二预留孔中，进行固定，内层固定桩按上述方式同时安装，开启转动机，转动装置带动限位盘进行转动，将注浆管调整至预设管道的位置，通过电机的收缩带动滑动片和转动装置运动，同时转动装置带动限位盘以及限位盘上固定的注浆管向富水砂层运动，打入注浆管，保持注浆管位置的水平，注浆管在打入时采用间断性打入，打入后钻孔装置恢复原位，注浆管留在富水砂层中，并按上述方法***注浆管，转动装置转动小角度，调节至已经安装好的相邻外层固定桩位置，通过电机推动向富水砂层中打入注浆管，保持注浆管位置的水平，注浆管在打入时采用间断性打入，依次完成固定桩打入后，向外层固定桩和内层固定桩内部的空隙处分别***抽泥管，通过抽泥泵将内部的泥浆和水分抽出，相同操作继续抽出其他管道内的泥浆，完成后抽泥管抽离管道，完成后撤离钻孔装置；
2)固定桩填充：在外层固定桩和内层固定桩内部放置隔热板，隔热板竖向铺设，隔热板与外层固定桩的管壁预先留有空隙，隔热板与内层固定桩的管壁也预留有空隙；
3)混粘土浇筑：向外层固定桩与内层固定装置内部的空隙处分别浇筑混凝土，隔热板两侧空隙同时进行浇筑，通过混凝土浇筑管通入外层固定桩和内层固定桩的空隙的最深处，缓慢向外层浇筑，浇筑后拖动浇筑管向外移动，直至浇筑管脱离管道后，在管道入口处封上模板，养护成型，依次浇筑其他的外层固定桩和内层固定桩，并进行封模；
(4)冻结管的安装；
1)采用水平钻机将冻结管分别打入钻孔盘的预留孔中，将冻结管打入钻孔盘之后，向冻结管通入液氨，形成管幕冻结。
进一步，转动装置包括第一转动盘和第二转动盘，第一转动盘与第二转动盘之间通过转动带连接，第一转动盘连接有限位杆，转动机构沿限位杆进行滑动，第一转动盘设有转动机，转动机设有提升板，提升板与第二转动盘连接，第二转动盘设有连接杆，连接杆与限位盘连接。
进一步，钻孔装置设有定位装置，定位装置包括限位块和定位条，滑动片与定位条连接，定位条与限位块连接。
本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
(1)本发明在盾构入口提前预交钻孔盘，并在钻孔盘上预设管孔可以起到增加对孔位的位置限定，增加结构的精密度的作用，定位槽的宽度比钻孔盘厚度厚3厘米，便于吊机将钻孔盘放入到定位槽中，减少了放置的难度，安装时在地面设置定位槽便于钻孔盘的安装。
(2)本发明在定位槽中浇筑高强度混凝土用于固定钻孔盘，在穿孔盘的周围浇筑混凝土墙增加整体的结构稳定性，便于钻孔，定位钻孔盘，防止转动时发生松动和偏位，从而影响到转动的位置稳定性。
(3)本发明中固定桩分内层和外层均匀进行排布，现固定桩形成一片注浆管管幕，增加管道之间的密度，增加了富水砂层的结构稳定性，防止土层过于松软发生塌陷。
(4)本发明中冻结管形成管幕冻结，向冻结管通入液氨，使富水砂层中的水冻结，增加了盾构过程中抗渗的作用，便于盾构开挖。内层固定桩和外层固定桩的内部均填充隔热板，隔热板起到了隔热的作用，减少外部热源导致冻土帷幕性能退化(范围、强度)。固定桩灌注混凝土，增加管幕注浆管管幕的结构强度，减少流水作用对冻土的快速消融。
(5)本发明钻孔装置通过转动装置来控制限位盘的转动，在限位盘上开设对向的外层固定桩和内层固定桩预留孔，增加了限位盘的转动的稳定性，防止单侧的外层固定桩和内层固定桩重量太大，转动力不均匀，影响钻孔。限位盘通过第二转动盘转动调节位置，通过压盘将注浆管压入富水砂层中，注浆管为中空管，端口呈开口，压入过程中红富水砂层被分隔，部分富水砂土在管道内部，通过抽泥泵将外层固定桩和内层固定桩内部的富水砂土抽出，便于安装隔热板，也有利于混凝土浇筑，混凝土中浇筑过程中在隔热板两侧的空隙处同时进行浇筑，防止混凝土单侧浇筑导致隔热板受力不均匀发生折断，从而影响到隔热的效果。
(6)本发明中轨道板起到便于钻孔装置的移动，通过轨道板可以提供转动装置下部的滑轮滑动，便于移动，坡道有利于钻孔装置行驶到轨道板上，在轨道板的下层铺设碎石层，增加了轨道板的稳定性，同时有利于轨道板的高度控制，有利于钻孔。
(7)本发明中压盘中设置第一预设孔和第二预设孔，便于注浆管的定位，保持注浆管在压入富水砂层中的水平位置稳定性。
(8)本发明中定位装置起到控制滑动片滑动的稳定性，有利于控制滑动片的位置，便于推动外层固定桩和内层固定桩的压力到富水砂层中。
(9)本发明原理清晰、实施操作容易，且控制要求一般，易于推广。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明一种盾构穿越临江富水砂层二次加固方法的结构示意图；
图2为图1中A处的结构示意图；
图3为本发明中注浆管管幕和帷幕冻结的连接结构示意图；
图4为图1中钻孔装置的B向结构示意图。
图中，1-定位槽；2-钻孔盘；3-外层固定桩；4-内层固定桩；5-冻结口；6-轨道板；7-钻孔装置；8-第一预留孔；9-压盘；10-第二预留孔；11-转动机；12-转动装置；13-滑动片；14-富水砂层；15-空隙；16-隔热板；17-冻结管；18-管幕冻结；19-第一转动盘；20-第二转动盘；21-转动带；22-限位杆；23-提升板；24-连接杆；25-限位盘；26-定位条；27-限位块；28-定位装置；29-电机；30-碎石层；31-固定孔；32-注浆管管幕。
具体实施方式
如图1至图4所示，为本发明一种盾构穿越临江富水砂层二次加固方法，包括如下步骤：
(1)前期准备
a、根据图纸绘定来确定盾构入口，并在盾构入口处进行场地的平整和压实，确定盾构入口并对入口进行放样确定位置，将入口处进行初步开凿，并对入口处进行初步整平处理，在入口处的底部挖掘定位槽1，定位槽1的宽度为钻孔盘2厚度基础上增加3厘米；
b、根据图纸进行钻孔盘2的钢筋绑扎，图纸确定外层固定桩3和内层固定桩4的位置，模板固定后浇筑混凝土，养护成型后待用，在钻孔盘的四周浇筑混凝土墙面。
(2)架设钻孔装置7
a、通过吊机将吊索穿过钻孔盘2的固定孔31，固定吊索，调整吊索的长度，保持两侧的吊索长度相同，将钻孔盘2吊至预先设定好的盾构入口处，将钻孔盘2的底部***到定位槽1中，调整钻孔盘2位置位于定位槽1的居中位置，且保持钻孔盘2位置保持垂直；
b、向定位槽1中浇筑高强度混凝土，并进行找平处理；
c、在入口均匀铺设碎石层30，并在碎石层30上架设轨道板6，轨道板6之间相互搭接，并进行螺纹固定连接，在端部的轨道板6采用坡道处理，坡度小于30°；
d、启动钻孔装置7，底部滑轮启动，沿着坡道缓慢行驶到轨道板6上，停
止运行；
(3)打孔
a、固定桩的安装
1)安装固定桩：将注浆管***到限位盘25的第一预留孔8中，继续***至压盘9上的第二预留孔10中，进行固定，内层固定桩4按上述方式同时安装，开启转动机11，转动装置12带动限位盘25进行转动，将注浆管调整至预设管道的位置，通过电机29的收缩带动滑动片13和转动装置12运动，同时转动装置12带动限位盘25以及限位盘25上固定的注浆管向富水砂层14运动，打入注浆管，保持注浆管位置的水平，注浆管在打入时采用间断性打入，打入后钻孔装置7恢复原位，注浆管留在富水砂层14中，并按上述方法***注浆管，转动装置12转动小角度，调节至已经安装好的相邻外层固定桩3位置，通过电机29推动向富水砂层14中打入注浆管，保持注浆管位置的水平，注浆管在打入时采用间断性打入，依次完成固定桩打入后，向外层固定桩3和内层固定桩4内部的空隙15处分别***抽泥管，通过抽泥泵将内部的泥浆和水分抽出，相同操作继续抽出其他管道内的泥浆，完成后抽泥管抽离管道，完成后撤离钻孔装置7；
2)固定桩填充：在外层固定桩3和内层固定桩4内部放置隔热板16，隔热板16竖向铺设，隔热板16与外层固定桩的管壁预先留有空隙15，隔热板16与内层固定桩的管壁也预留有空隙15；
3)混粘土浇筑：向外层固定桩3与内层固定装置内部的空隙15处分别浇筑混凝土，隔热板16两侧空隙15同时进行浇筑，通过混凝土浇筑管通入外层固定桩3和内层固定桩4的空隙15的最深处，缓慢向外层浇筑，浇筑后拖动浇筑管向外移动，直至浇筑管脱离管道后，在管道入口处封上模板，养护成型，依次浇筑其他的外层固定桩3和内层固定桩4，并进行封模；
(4)冻结管17的安装；
1)采用水平钻机将冻结管17分别打入钻孔盘2的预留孔中，将冻结管17打入钻孔盘2的冻结口5之后，向冻结管17通入液氨，形成管幕冻结18。
本发明中转动装置12包括第一转动盘19和第二转动盘20，第一转动盘19与第二转动盘20之间通过转动带21连接，第一转动盘19连接有限位杆22，转动机11构沿限位杆22进行滑动，第一转动盘19设有转动机11，转动机11设有提升板23，提升板23与第二转动盘20连接，第二转动盘20设有连接杆24，连接杆24与限位盘25连接。钻孔装置7设有定位装置28，定位装置28包括限位块27和定位条26，滑动片13与定位条26连接，定位条26与限位块27连接。
(1)本发明在盾构入口提前预交钻孔盘2，并在钻孔盘2上预设管孔可以起到增加对孔位的位置限定，增加结构的精密度的作用，定位槽1的宽度比钻孔盘2厚度厚3厘米，便于吊机将钻孔盘2放入到定位槽1中，减少了放置的难度，安装时在地面设置定位槽1便于钻孔盘2的安装。
(2)本发明在定位槽1中浇筑高强度混凝土用于固定钻孔盘2，在穿孔盘的周围浇筑混凝土墙增加整体的结构稳定性，便于钻孔，定位钻孔盘2，防止转动时发生松动和偏位，从而影响到转动的位置稳定性。
(3)本发明中固定桩分内层和外层均匀进行排布，现固定桩形成一片注浆管管幕，增加管道之间的密度，增加了富水砂层14的结构稳定性，防止土层过于松软发生塌陷。
(4)本发明中冻结管17形成管幕冻结18，向冻结管17通入液氨，使富水砂层14中的水冻结，增加了盾构过程中抗渗的作用，便于盾构开挖。内层固定桩4和外层固定桩3的内部均填充隔热板16，隔热板16起到了隔热的作用，减少外部热源导致冻土帷幕性能退化(范围、强度)。固定桩灌注混凝土，增加管幕注浆管管幕的结构强度，减少流水作用对冻土的快速消融。
(5)本发明钻孔装置7通过转动装置12来控制限位盘25的转动，在限位盘25上开设对向的外层固定桩3和内层固定桩4预留孔，增加了限位盘25的转动的稳定性，防止单侧的外层固定桩和内层固定桩重量太大，转动力不均匀，影响钻孔。限位盘25通过第二转动盘转动调节位置，通过压盘9将注浆管压入富水砂层14中，注浆管为中空管，端口呈开口，压入过程中红富水砂层14被分隔，部分富水砂土在管道内部，通过抽泥泵将外层固定桩和内层固定桩内部的富水砂土抽出，便于安装隔热板16，也有利于混凝土浇筑，混凝土中浇筑过程中在隔热板16两侧的空隙15处同时进行浇筑，防止混凝土单侧浇筑导致隔热板16受力不均匀发生折断，从而影响到隔热的效果。
(6)本发明中轨道板6起到便于钻孔装置7的移动，通过轨道板6可以提供转动装置12下部的滑轮滑动，便于移动，坡道有利于钻孔装置7行驶到轨道板6上，在轨道板6的下层铺设碎石层30，增加了轨道板6的稳定性，同时有利于轨道板6的高度控制，有利于钻孔。
(7)本发明中压盘9中设置第一预设孔和第二预设孔，便于注浆管的定位，保持注浆管在压入富水砂层14中的水平位置稳定性。
(8)本发明中定位装置28起到控制滑动片13滑动的稳定性，有利于控制滑动片13的位置，便于推动外层固定桩和内层固定桩的压力到富水砂层14中。
(9)本发明原理清晰、实施操作容易，且控制要求一般，易于推广。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。
Claims (3)
1.一种盾构穿越临江富水砂层二次加固方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)前期准备
a、根据图纸绘定来确定盾构入口，并在盾构入口处进行场地的平整和压实，确定盾构入口并对入口进行放样确定位置，将入口处进行初步开凿，并对入口处进行初步整平处理，在入口处的底部挖掘定位槽，定位槽的宽度为钻孔盘厚度基础上增加3厘米；
b、根据图纸进行钻孔盘的钢筋绑扎，图纸确定外层固定桩和内层固定桩的位置，模板固定后浇筑混凝土，养护成型后待用，在钻孔盘的四周浇筑混凝土墙面；
(2)安装钻孔装置
a、通过吊机将吊索穿过钻孔盘的固定孔，固定吊索，调整吊索的长度，保持两侧的吊索长度相同，将钻孔盘吊至预先设定好的盾构入口处，将钻孔盘的底部***到定位槽中，调整钻孔盘位置位于定位槽的居中位置，且保持钻孔盘位置保持垂直；
b、向定位槽中浇筑高强度混凝土，并进行找平处理；
c、在入口均匀铺设碎石层，并在碎石层上架设轨道板，轨道板之间相互搭接，并进行螺纹固定连接，在端部的轨道板采用坡道处理，坡度小于30°；
d、启动钻孔装置，底部滑轮启动，沿着坡道缓慢行驶到轨道板上，停止运行；
(3)打孔
a、固定桩的安装
1)安装固定桩：将注浆管***到限位盘的第一预留孔中，继续***至压盘上的第二预留孔中，进行固定，内层固定桩按上述方式同时安装，开启转动机，转动装置带动限位盘进行转动，将注浆管调整至预设管道的位置，通过电机的收缩带动滑动片和转动装置运动，同时转动装置带动限位盘以及限位盘上固定的注浆管向富水砂层运动，打入注浆管，保持注浆管位置的水平，注浆管在打入时采用间断性打入，打入后钻孔装置恢复原位，注浆管留在富水砂层中，并按上述方法***注浆管，转动装置转动小角度，调节至已经安装好的相邻外层固定桩位置，通过电机推动向富水砂层中打入注浆管，保持注浆管位置的水平，注浆管在打入时采用间断性打入，依次完成固定桩打入后，向外层固定桩和内层固定桩内部的空隙处分别***抽泥管，通过抽泥泵将内部的泥浆和水分抽出，相同操作继续抽出其他管道内的泥浆，完成后抽泥管抽离管道，完成后撤离钻孔装置；
2)固定桩填充：在外层固定桩和内层固定桩内部放置隔热板，隔热板竖向铺设，隔热板与外层固定桩的管壁预先留有空隙，隔热板与内层固定桩的管壁也预留有空隙；
3)混粘土浇筑：向外层固定桩与内层固定装置内部的空隙处分别浇筑混凝土，隔热板两侧空隙同时进行浇筑，通过混凝土浇筑管通入外层固定桩和内层固定桩的空隙的最深处，缓慢向外层浇筑，浇筑后拖动浇筑管向外移动，直至浇筑管脱离管道后，在管道入口处封上模板，养护成型，依次浇筑其他的外层固定桩和内层固定桩，并进行封模；
(4)冻结管的安装；
1)采用水平钻机将冻结管分别打入钻孔盘的预留孔中，将冻结管打入钻孔盘的冻结口之后，向冻结管通入液氨，形成管幕冻结。
2.根据权利要求1所述的一种盾构穿越临江富水砂层二次加固方法，其特征在于：所述转动装置包括第一转动盘和第二转动盘，所述第一转动盘与所述第二转动盘之间通过转动带连接，所述第一转动盘连接有限位杆，所述转动机构沿所述限位杆进行滑动，所述第一转动盘设有所述转动机，所述转动机设有提升板，所述提升板与所述第二转动盘连接，所述第二转动盘设有连接杆，所述连接杆与所述限位盘连接。
3.根据权利要求1所述的一种盾构穿越临江富水砂层二次加固方法，其特征在于：所述钻孔装置设有定位装置，定位装置包括限位块和定位条，所述滑动片与所述定位条连接，所述定位条与限位块连接。
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