CN113309108A - 一种兼顾伺服注浆功能的隔离桩及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种兼顾伺服注浆功能的隔离桩及其施工方法。本发明在传统隔离桩的基础上增设PVC注浆管并结合注浆伺服***，在旁侧隧道位移超限时通过注浆伺服***向靠近隧道侧的土体注浆，通过精细化实时控制注浆量有效减小隧道的位移。其不仅能起到传统隔离桩的作用，而且在隧道位移过大时注浆伺服***还能根据隧道自动化实时监测数据自动调节注浆量从而有效地控制隧道位移，适合在城市各种深大基坑开挖引起旁侧隧道位移控制中进行推广应用。
Description
技术领域
本发明属于建筑工程领域，尤其涉及一种兼顾伺服注浆功能的隔离桩及其施工方法。
背景技术
随着城市轨道交通运营里程的增加及地下空间的进一步开发，在城市运营地铁隧道旁侧进行大面积基坑开挖的案例越来越多。基坑开挖将不可避免地引起旁侧隧道产生水平变形，当隧道变形过大时，将导致管片破损、渗漏水，并影响隧道运营安全。
以紧邻宁波地铁1号线海晏路-福庆路区间的深基坑为例，基坑第三层土体开挖期间(开挖深度-7.9m至-11.4m)，靠近基坑的左线隧道结构底部出现纵向裂纹并伴有渗漏水。其中，第40环至第414环管片出现不同程度受损，包括错台、渗漏水、管片开裂、盾尾充填油脂渗出等。同时，现场监测数据也表明左线隧道发生了较大变形和位移，隧道水平位移增量最大值达到33.5mm，发生在第163环位置。另外，第221环处监测到的水平收敛、竖向收敛和沉降增量分别达到了 21.9mm、16mm和25.3mm。
因此，如何提供一种能够控制基坑开挖引起旁侧隧道变形的技术是本领域技术人员亟待解决的一项技术问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种兼顾伺服注浆功能的隔离桩及其施工方法。本发明在传统隔离桩的基础上增设PVC注浆管并结合注浆伺服***，在旁侧隧道位移超限时通过注浆伺服***向靠近隧道侧的土体注浆，通过精细化实时控制注浆量有效减小隧道的位移。
为达到上述技术效果，本发明的技术方案是：
一种兼顾伺服注浆功能的隔离桩，包括处于既有隧道1和即将开挖基坑2之间且成排设置的隔离桩3，隔离桩3伸入隧道底部以下，形成隔离墙结构；隔离桩3包括纵向钢筋6、环向钢筋7和定位支撑钢筋8组成的钢筋笼，隔离桩3内通入有注浆管9，注浆管9下部外套设有钢套管注浆加固装置10，钢套管注浆加固装置10处于隧道1 侧的土体内；钢套管注浆加固装置10上成形有注浆管顶部连通有出浆孔12；注浆管顶部连通有注浆泵20，注浆泵20有线或无线连接有驱动器19，驱动器19有线或无线连接有控制器18，控制器18有线或无线连接有位移传感器，位移传感器监测隧道位移值得到实时监测隧道位移值；控制器18根据设置的隧道位移限值与实时监测隧道位移值的差，控制注浆泵20的注浆量。
进一步的改进，所述注浆管为PVC注浆管。
进一步的改进，所述环向钢筋7位于隔离桩3的中轴，纵向钢筋 6布置于环向钢筋7外周，纵向钢筋6之间布置有定位支撑钢筋8；各节钢筋笼之间用钢筋接驳器连接。
进一步的改进，所述即将开挖基坑2采用内支撑4和围护墙5的支护形式。
进一步的改进，所述钢套管注浆加固装置10包括套设在注浆管 9外的钢套管11，钢套管11内串接有两个膨胀式止浆塞14，两个膨胀式止浆塞14之间的注浆管9上成形有出浆开口13，两个膨胀式止浆塞14之间的钢套管11部分成形有出浆孔12；钢套管11外套设有环形橡胶膜，环形橡胶膜上成形有与出浆孔12对应的V形裂缝15；膨胀式止浆塞14连接有油泵，油泵连接有伺服马达。
进一步的改进，所述钢套管11的同一个截面上等分开有四个出浆孔12；对应每个出浆孔12，环形橡胶膜上均成形有一个V形裂缝 15。
一种兼顾伺服注浆功能的隔离桩的施工方法，包括如下步骤：隔离桩施工步骤如下：
a.桩位放样：根据图纸桩位坐标，通过全站仪放样得到桩位，并做好护桩；
b.护筒埋设：埋设护筒以防止孔壁坍塌，并隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和进行钻头导向；
c.钻孔：泥浆循环，清除废浆泥渣:采用泵吸的方式进行置换泥浆清孔，向孔内注入经过处理后的泥浆，换出孔内含悬浮渣的泥浆；
d.下放钢筋笼：先将注浆管9和钢筋笼吊至孔口上方1m处，精确对准后逐节下放，确保钢套管注浆加固装置和隧道在同一深度；
e.浇筑混凝土：灌注过程中导管在混凝土埋深控制在2-6m，及时量测孔内混凝土面的位置并调整导管埋深；
f.成桩；
施工完隔离桩后，在隧道内安装棱镜，用全站仪16和监测软件进行自动化监测；自动化监测数据通过无线网络17实时传输到监测人员电脑和控制器，随着基坑开挖卸载，当隧道位移在限值以内时，控制器保持原始工作状态；当隧道位移超出限值时，控制器自动向驱动器发出指令信号，驱动接收控制指令并驱动伺服马达的装置，伺服马达启动油泵并打开两个膨胀式止浆塞14，注浆泵20通过注浆管9注浆，从四个出浆开口13向靠近隧道侧土体注浆，当浆液压力大于预设值将环形橡胶膜上的V形裂缝15撑开，涌向钢套管附近周边土体形成注浆区；隧道受到注浆压力作用，位移发生变化，控制器通过自动化实时监测数据自动调节注浆量，当隧道位移控制到限值以下时，控制器发出指令信号停止注浆，伺服马达关闭油泵和膨胀式止浆塞。
本发明的优点如下：
1.隔离桩与普通隔离桩类似，无需采用特殊钻机设备。
2.当隧道变形过大时，将导致管片破损、渗漏水，并影响隧道运营安全。本发明专利通过隧道自动化监测与注浆伺服***，当旁侧隧道位移过大时***自动通过PVC注浆管向靠近隧道侧的土体注浆，有效减小隧道的位移，确保隧道安全运营。
3.隧道变形过大，管片破损、渗漏水等病害将对隧道安全运营造成极大影响，并且产生巨大的经济损失，而本发明专利能在隧道发生病害之前，提前发出警告并且通过精细化注浆控制隧道位移从而避免发生病害和巨大的经济损失。
附图说明
图1是本发明的横剖面示意图。
图2是本发明的隔离桩放大图。
图3是施工流程图与注浆伺服***自动化注浆示意图。
图4是钢套管注浆加固装置结构示意图。
其中，既有隧道1，即将开挖基坑2，隔离桩3，内支撑4，围护墙5，纵向钢筋6，环向钢筋7，定位支撑钢筋8，注浆管9，钢套管注浆加固装置10，钢套管11，出浆孔12，出浆开口13，膨胀式止浆塞14，V形裂缝15，全站仪16，无线网络17，控制器18，驱动器 19，注浆泵20。
具体实施方式
以下通过具体实施方式并且结合附图对本发明的技术方案作具体说明，下述实施例中的部件或设备如无特别说明，均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
实施例1
如图1和图2所示的一种兼顾伺服注浆功能的隔离桩，其中，隔离桩3成排设置于既有隧道1和即将开挖基坑2之间，伸入隧道底部以下，形成隔离墙结构；基坑采用内支撑4和围护墙5支护形式。
隔离桩由纵向钢筋6、环向钢筋7、定位支撑钢筋8组成的钢筋笼、PVC注浆管9、钢套管注浆加固装置10以及注浆体组成；环向钢筋7位于中轴，纵向钢筋6布置于环向钢筋7外周，纵向钢筋6之间布置有定位支撑钢筋8，各节钢筋笼之间用钢筋接驳器连接。
注浆伺服***主要由三部分组成：控制器，驱动器，伺服马达。控制器按照数控***给定隧道位移限值和实时监测隧道位移值的差，调节注浆量；驱动器作为***的主回路，一方面按注浆量的大小将电网中的电能作用到电动机之上，调节电动机转矩的大小，另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换为电动机所需的交流电或直流电；伺服马达则驱动注浆泵运转，按供电大小控制注浆量大小。注浆伺服***的最大特色：通过实时反馈信号实时监测隧道位移，比较目标值隧道位移限值与指令值实时监测隧道位移值的差值，从而精细化实时控制注浆量从而有效减小隧道的位移。
钢套管注浆加固装置10由钢套管11，注浆管9和膨胀式止浆塞 14组成，钢套管中部套有环形橡胶膜，在套有环形橡胶膜的钢套管 11的同一个截面上等分开有四个出浆孔12，出浆孔12对应的环形橡胶膜上分别开有V形裂缝15，出浆孔12在钢套管11上，每个出浆孔12附近的环形橡胶膜上均有1个V形裂缝15，注浆时浆液能在压力作用下流向土体，并不会倒流进钢套管11内。
钢套管注浆加固装置10上分别串接两个膨胀式止浆塞14，两个膨胀式止浆塞14间的注浆管9的同一个截面上等分开有四个出浆开口13，用以膨胀后限制浆液的流动方向，并在出浆口附近形成高压区。
隔离桩施工步骤如下：
a桩位放样：根据图纸桩位坐标，通过全站仪放样得到桩位，并做好护桩；
b护筒埋设：埋设护筒以防止孔壁坍塌，同时护筒还能隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和钻头导向作用等；
c钻孔：泥浆循环，清除废浆泥渣。采用泵吸式等方式进行置换泥浆清孔，向孔内注入经过处理后的泥浆，换出孔内含悬浮渣的泥浆；
d下放钢筋笼：先将PVC注浆管和钢筋笼吊至孔口上方1m处，精确对准后逐节下放，确保钢套管注浆加固装置和隧道在同一深度；
e浇筑混凝土：灌注过程中导管在混凝土埋深控制在2-6m，及时量测孔内混凝土面的位置并调整导管埋深；
f成桩。
施工完隔离桩后，在隧道内安装棱镜，用全站仪16和专业监测软件进行自动化监测，操作人员一旦粗略瞄准棱镜后，全站仪就可搜寻到目标，并自动瞄准，不再需要精确瞄准和调焦，大大提高工作效率和减少了人为照准误差。自动化监测数据通过无线网络17实时传输到监测人员电脑和控制器，随着基坑开挖卸载，当隧道位移在限值以内时，控制器保持原始工作状态；当隧道位移超限时，控制器自动向驱动器发出指令信号，驱动接收控制指令并驱动伺服马达的装置，马达立即启动油泵并打开2个膨胀式止浆塞14通过注浆管9注浆，从四个出浆开口13向靠近隧道侧土体注浆，当浆液压力大于一定值后会撑开环形橡胶膜上的V形裂缝15，涌向钢套管附近周边土体形成注浆区。隧道受到注浆压力作用，位移发生变化，控制器通过自动化实时监测数据自动调节注浆量，当隧道位移控制到限值以下时，控制器发出指令信号停止注浆，伺服马达关闭油泵和膨胀式止浆塞，本过程结束。
上述仅为本发明的一个具体导向实施方式，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的保护范围的行为。
Claims (7)
1.一种兼顾伺服注浆功能的隔离桩，其特征在于，包括处于既有隧道(1)和即将开挖基坑(2)之间且成排设置的隔离桩(3)，隔离桩(3)伸入隧道底部以下，形成隔离墙结构；隔离桩(3)包括纵向钢筋(6)、环向钢筋(7)和定位支撑钢筋(8)组成的钢筋笼，隔离桩(3)内通入有注浆管(9)，注浆管(9)下部外套设有钢套管注浆加固装置(10)，钢套管注浆加固装置(10)处于隧道(1)侧的土体内；钢套管注浆加固装置(10)上成形有注浆管顶部连通有出浆孔(12)；注浆管顶部连通有注浆泵(20)，注浆泵(20)有线或无线连接有驱动器(19)，驱动器(19)有线或无线连接有控制器(18)，控制器(18)有线或无线连接有位移传感器，位移传感器监测隧道位移值得到实时监测隧道位移值；控制器(18)根据设置的隧道位移限值与实时监测隧道位移值的差，控制注浆泵(20)的注浆量。
2.如权利要求1所述的兼顾伺服注浆功能的隔离桩，其特征在于，所述注浆管(9)为PVC注浆管。
3.如权利要求1所述的兼顾伺服注浆功能的隔离桩，其特征在于，所述环向钢筋(7)位于隔离桩(3)的中轴，纵向钢筋(6)布置于环向钢筋(7)外周，纵向钢筋(6)之间布置有定位支撑钢筋(8)；各节钢筋笼之间用钢筋接驳器连接。
4.如权利要求1所述的兼顾伺服注浆功能的隔离桩，其特征在于，所述即将开挖基坑(2)采用内支撑(4)和围护墙(5)的支护形式。
5.如权利要求1所述的兼顾伺服注浆功能的隔离桩，其特征在于，所述钢套管注浆加固装置(10)包括套设在注浆管(9)外的钢套管(11)，钢套管(11)内串接有两个膨胀式止浆塞(14)，两个膨胀式止浆塞(14)之间的注浆管(9)上成形有出浆开口(13)，两个膨胀式止浆塞(14)之间的钢套管(11)部分成形有出浆孔(12)；钢套管(11) 外套设有环形橡胶膜，环形橡胶膜上成形有与出浆孔(12)对应的V形裂缝(15)；膨胀式止浆塞(14)连接有油泵，油泵连接有伺服马达。
6.如权利要求5所述的兼顾伺服注浆功能的隔离桩，其特征在于，所述钢套管(11)的同一个截面上等分开有四个出浆孔(12)；对应每个出浆孔(12)，环形橡胶膜上均成形有一个V形裂缝(15)。
7.一种兼顾伺服注浆功能的隔离桩的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：隔离桩施工步骤如下：
a.桩位放样：根据图纸桩位坐标，通过全站仪放样得到桩位，并做好护桩；
b.护筒埋设：埋设护筒以防止孔壁坍塌，并隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和进行钻头导向；
c.钻孔：泥浆循环，清除废浆泥渣:采用泵吸的方式进行置换泥浆清孔，向孔内注入经过处理后的泥浆，换出孔内含悬浮渣的泥浆；
d.下放钢筋笼：先将注浆管(9)和钢筋笼吊至孔口上方1m处，精确对准后逐节下放，确保钢套管注浆加固装置和隧道在同一深度；
e.浇筑混凝土：灌注过程中导管在混凝土埋深控制在2-6m，及时量测孔内混凝土面的位置并调整导管埋深；
f.成桩；
施工完隔离桩后，在隧道内安装棱镜，用全站仪(16)和监测软件进行自动化监测；自动化监测数据通过无线网络(17)实时传输到监测人员电脑和控制器，随着基坑开挖卸载，当隧道位移在限值以内时，控制器保持原始工作状态；当隧道位移超出限值时，控制器自动向驱动器发出指令信号，驱动接收控制指令并驱动伺服马达的装置，伺服马达启动油泵并打开两个膨胀式止浆塞(14)，注浆泵(20)通过注浆管(9)注浆，从四个出浆开口(13)向靠近隧道侧土体注浆，当浆液压力大于预设值将环形橡胶膜上的V形裂缝(15)撑开，涌向钢套管附近周边土体形成注浆区；隧道受到注浆压力作用，位移发生变化，控制器通过自动化实时监测数据自动调节注浆量，当隧道位移控制到限值以下时，控制器发出指令信号停止注浆，伺服马达关闭油泵和膨胀式止浆塞。
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2021
- 2021-04-14 CN CN202110401136.3A patent/CN113309108A/zh active Pending
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