CN114856578A - 一种冻结与洞内注浆改良的联合承载的地层加固方案 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种冻结与洞内注浆改良的联合承载的地层加固方案，包括以下步骤：设计设计拟构筑地下隧道和设计冻结壁，确定注浆改良土层位置并进行注浆施工，然后进行冻结施工，最后进行开挖。将长大的地下工程进行小型化分割，可以有效降低长距离水平暗挖工程的工程风险，使每一段的开挖段的体量较小，即使开挖时土层发生坍塌，由于注浆改良土层的作用，坍塌量也较小，处于可控范围内，提高施工安全性；且在开挖时，即使一个注浆改良土层发生坍塌，其余的注浆改良土层仍然能够起到支撑、封水和承载的作用；多个注浆改良土层相互配合，能够起到共同支撑的作用，从而分散富水软土地层的压力，避免出现某一处压力过高，从而提高施工安全性。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程加固技术领域。具体地说是一种冻结与洞内注浆改良的联合承载的地层加固方案。
背景技术
在现有的地下空间结构无法满足使用需求时，通常会对地下空间结构进行扩建，扩建时需要对土层加固，以保证正常的开挖。尤其在富水软土地层内进行长距离水平隧道扩建时，由于富水软土地层的含水量高、稳定性差，利用常规工法进行加固开挖时，存在较大的困难，极易产生坍塌，存在较高的危险性。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种适用于富水软土地层扩建开挖，施工安全性高的一种冻结与洞内注浆改良的联合承载的地层加固方案。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种冻结与洞内注浆改良的联合承载的地层加固方案，包括以下步骤：
步骤A:根据既有隧道设计拟构筑地下隧道，并根据拟构筑地下隧道的形式，在拟构筑地下隧道的外层设计冻结壁；
步骤B：在设计冻结壁位置处***冻结管；
步骤C：根据冻结壁的形态，沿拟构筑地下隧道的开挖方向设计并确定注浆改良土层位置，注浆改良土层将拟构筑地下隧道分隔为相互独立的独立开挖段；
步骤D：在既有隧道内向设计位置处的注浆改良土层内***两个或两个以上的注浆管，并向土层内进行一次注浆施工，形成注浆改良土层；注浆改良土层的内圈与既有隧道外壁连接，注浆改良土层的外圈与冻结壁的内圈连接；
步骤E：注浆体水化热消除量大于80％时，将冻结管与冻结***进行连接，对设计冻结壁位置处进行积极冻结；
步骤F：冻结施工至冻结壁交圈后，对注浆改良土层进行抽检，并从既有隧道内向一次注浆施工的注浆管周围处***注浆管，进行二次注浆施工，对注浆改良土层进行加固；
步骤G：一次注浆施工和二次注浆施工的注浆体达到设计强度，且冻结壁达到预设强度后，将冻结施工从积极冻结转入维护冻结；
步骤H：按注浆改良土层的划分，对独立开挖段进行逐步开挖。。
上述一种冻结与洞内注浆改良的联合承载的地层加固方案，步骤C中，相邻两个注浆改良土层沿既有隧道的开挖方向距离为10-15m；注浆改良土层的厚度为H，H值大于或等于1.5倍的冻结壁厚度。
上述一种冻结与洞内注浆改良的联合承载的地层加固方案，在步骤F中，一次注浆施工和二次注浆施工注浆的浆液均采用双液浆与单液浆相结合进行注浆施工。
上述一种冻结与洞内注浆改良的联合承载的地层加固方案，注浆施工时，若注浆孔打开时未出现涌水涌沙现象：则在一次注浆施工和二次注浆施工时，均采用单液水泥浆进行注浆加固；注浆结束时，采用双液水泥浆进行末次封孔注浆；
若注浆孔打开时出现涌水涌沙现象：则在一次注浆施工和二次注浆施工时，均采用所述双液水泥浆进行注浆加固；注浆结束时，采用所述双液水泥浆进行末次封孔注浆。
上述一种冻结与洞内注浆改良的联合承载的地层加固方案，所述单液水泥浆由水和P.O42.5级水泥组成，且水和P.O42.5级水泥的质量之比为0.5～1：1。
上述一种冻结与洞内注浆改良的联合承载的地层加固方案，所述双液水泥浆由所述单液水泥浆和水玻璃浆液组成。
上述一种冻结与洞内注浆改良的联合承载的地层加固方案，在所述双液水泥浆中，所述单液水泥浆和所述水玻璃浆液的体积之比为1:1。
上述一种冻结与洞内注浆改良的联合承载的地层加固方案，所述水玻璃浆液由水和水玻璃组成，水和水玻璃的质量之比为1.3～1.5:1，水玻璃的浓度为35～42°Be。
上述一种冻结与洞内注浆改良的联合承载的地层加固方案，在步骤D中，在同一既有隧道横截面上，两个或两个以上的注浆管呈散射状***设计位置处的注浆改良土层内；注浆管沿既有隧道的径向设置。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
1、本发明，通过设置注浆改良土层，将需要开挖的区域分隔为多个相互独立的开挖段，利用注浆改良土层实现支护、封水作用，并与冻结壁相互结合，可以有效解决富水软土地层的加固困难问题，解决传统管棚、管幕、小导管注浆等加固方法的封水效果不佳、变形偏大问题。
2、本发明，将长大的地下工程进行小型化分割，可以有效降低长距离水平暗挖工程的风险，使每一段的开挖段的体量减小，即使开挖时土层发生坍塌，由于注浆改良土层的作用，坍塌量也较小，处于可控范围内，提高施工安全性；在开挖时，即使一个注浆改良土层发生坍塌，其余的注浆改良土层仍然能够起到支撑、封水和承载的作用；多个注浆改良土层相互配合，能够起到共同支撑的作用，从而分散富水软土地层的压力，避免出现某一处压力过高，从而提高施工安全性；利用注浆改良土层与冻结壁的相互配合，注浆改良土层同时对冻结壁起到支撑作用，提高冻结壁的承载能力，进一步提高了加固的强度，并减少了冻结施工的工程量。
附图说明
图1本发明注浆改良土层的横截面示意图；
图2本发明注浆管的分布示意图；
图3本发明的侧壁剖面结构示意图；
图4本发明的开挖示意图。
图中附图标记表示为：1-冻结壁；2-拟构筑地下隧道；3-注浆改良土层；4-既有隧道；5-注浆管；6-冻结管；7-冻结区域外边界；8-冻结区域内边界；9-已开挖区域；10-未开挖区域。
具体实施方式
在本实施例中，利用冻结与洞内注浆改良的联合承载的地层加固方案，在某地铁隧道区间道岔渡线段，在一条已经施工完成的盾构隧道上扩展出一条马蹄形的大隧道，具体步骤如下：
步骤A:根据既有隧道4设计拟构筑地下隧道2，拟构筑地下隧道2为马蹄形，并根据拟构筑地下隧道2的形式，在拟构筑地下隧道2的外层设计冻结壁1；
步骤B：在设计冻结壁1位置处***冻结管6；冻结管6位于设计冻结壁1的冻结区域外边界7与冻结区域内边界8的截面几何中心上：
步骤C：根据冻结壁1的形态，沿拟构筑地下隧道2的开挖方向设计并确定多个的注浆改良土层3位置，注浆改良土层3将拟构筑地下隧道2分隔为相互独立的独立开挖段；相邻两个注浆改良土层3沿既有隧道4的开挖方向距离为10m；通过设置注浆改良土层3，将需要开挖的区域分隔为多个相互独立的开挖段，利用注浆改良土层3实现支护、封水作用，并与冻结壁1相互结合，可以有效解决富水软土地层的加固困难问题，解决传统管棚、管幕、小导管注浆等加固方法的封水效果不佳、变形偏大问题；将长大的地下工程进行小型化分割，可以有效降低长距离水平暗挖工程的风险，使每一段的开挖段的体量减小，即使开挖时土层发生坍塌，由于注浆改良土层3的作用，坍塌量也较小，处于可控范围内，提高施工安全性；在开挖时，即使一个注浆改良土层3发生坍塌，其余的注浆改良土层3仍然能够起到支撑、封水和承载的作用；
步骤D：在既有隧道4内向设计位置处的注浆改良土层3内***注浆管5，注浆管5沿既有隧道4的径向设置，在同一既有隧道4横截面上，多个注浆管5呈散射状***设计位置处的注浆改良土层3内，并向土层内进行一次注浆施工，注浆采用双液浆与单液浆相结合进行注浆施工，形成注浆改良土层3，注浆改良土层3的厚度为2m；注浆改良土层3的内圈与既有隧道4外壁连接，注浆改良土层3的外圈与冻结壁1的内圈连接；多个注浆改良土层3相互配合，能够起到共同支撑的作用，从而分散富水软土地层的压力，避免出现某一处压力过高，从而提高施工安全性，利用注浆改良土层3与冻结壁1的相互配合，注浆改良土层3同时对冻结壁1起到支撑作用，提高冻结壁1的承载能力，进一步提高了加固的强度，并减少了冻结施工的工程量；
步骤E：注浆体水化热消除量大于80％时，将冻结管6与冻结***进行连接，对设计冻结壁1位置处进行积极冻结；
步骤F：冻结施工至冻结壁1交圈3天后，对注浆改良土层3进行抽检，并从既有隧道4内向一次注浆施工的注浆管5周围处***注浆管5，进行二次注浆施工，对注浆改良土层3进行加固；二次注浆施工的注浆管5***一次注浆施工的相邻两个注浆管5之间；
步骤G：一次注浆施工和二次注浆施工的注浆体达到设计强度，且冻结壁1达到预设强度后，将冻结施工从积极冻结转入维护冻结；
步骤H：按注浆改良土层3的划分，对独立开挖段进行逐步开挖，开挖过程随挖随支，并在完全贯通后，浇筑二衬结构；
步骤I：二衬结构浇筑完成后，停止冻结***，并将冻结管6中盐水排出，然后进行冻结管封堵，完成扩建。
在进行一次注浆施工和二次注浆施工时，若注浆孔打开时未出现涌水涌沙现象：在预先埋设的注浆花管中注射单液水泥浆对土体进行加固改良；若注浆孔打开时出现严重的涌水涌沙现象：在预先埋设的注浆花管中注射双液水泥浆进行注浆加固；注浆结束时，采用双液水泥浆进行末次封孔注浆，逐孔依次注浆，不得遗漏。
注浆时，所用单液水泥浆由水和P.O42.5级水泥组成，其配比如表1所示。
表1 1000L单浆液参考配比表
| 水(kg) | 水泥(P.O42.5)(kg) |
| 608 | 1216 |
所用双液水泥浆由单液水泥浆和水玻璃浆液组成，其配比如表2所示。
表2 1000L双浆液参考配比表
在其它一些实施例中，单液水泥浆和双液水泥浆中各组分的配比也可以根据地层条件适当调整。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种冻结与洞内注浆改良的联合承载的地层加固方案，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A:根据既有隧道(4)设计拟构筑地下隧道(2)，并根据拟构筑地下隧道(2)的形式，在拟构筑地下隧道(2)的外层设计冻结壁(1)；
步骤B：在设计冻结壁(1)位置处***冻结管(6)；
步骤C：根据冻结壁(1)的形态，沿拟构筑地下隧道(2)的开挖方向设计并确定注浆改良土层(3)位置，注浆改良土层(3)将拟构筑地下隧道(2)分隔为相互独立的独立开挖段；
步骤D：在既有隧道(4)内向设计位置处的注浆改良土层(3)内***两个或两个以上的注浆管(5)，并向土层内进行一次注浆施工，形成注浆改良土层(3)；注浆改良土层(3)的内圈与既有隧道(4)外壁连接，注浆改良土层(3)的外圈与冻结壁(1)的内圈连接；
步骤E：注浆体水化热消除量大于80％时，将冻结管(6)与冻结***进行连接，对设计冻结壁(1)位置处进行积极冻结；
步骤F：冻结施工至冻结壁(1)交圈后，对注浆改良土层(3)进行抽检，并从既有隧道(4)内向一次注浆施工的注浆管(5)周围处***注浆管(5)，进行二次注浆施工，对注浆改良土层(3)进行加固；
步骤G：一次注浆施工和二次注浆施工的注浆体达到设计强度，且冻结壁(1)达到预设强度后，将冻结施工从积极冻结转入维护冻结；
步骤H：按注浆改良土层(3)的划分，对独立开挖段进行逐步开挖。
2.根据权利要求1所述的一种冻结与洞内注浆改良的联合承载的地层加固方案，其特征在于，步骤C中，相邻两个注浆改良土层(3)沿既有隧道(4)的开挖方向距离为10-15m；注浆改良土层(3)的厚度为H，H值大于或等于1.5倍的冻结壁(1)厚度。
3.根据权利要求1所述的一种冻结与洞内注浆改良的联合承载的地层加固方案，其特征在于，注浆施工时，若注浆孔打开时未出现涌水涌沙现象：则在一次注浆施工和二次注浆施工时，均采用单液水泥浆进行注浆加固；注浆结束时，采用双液水泥浆进行末次封孔注浆；
若注浆孔打开时出现涌水涌沙现象：则在一次注浆施工和二次注浆施工时，均采用所述双液水泥浆进行注浆加固；注浆结束时，采用所述双液水泥浆进行末次封孔注浆。
4.根据权利要求3所述的一种冻结与洞内注浆改良的联合承载的地层加固方案，其特征在于，所述单液水泥浆由水和P.O42.5级水泥组成，且水和P.O42.5级水泥的质量之比为0.5～1：1。
5.根据权利要求4所述的一种冻结与洞内注浆改良的联合承载的地层加固方案，其特征在于，所述双液水泥浆由所述单液水泥浆和水玻璃浆液组成。
6.根据权利要求5所述的一种冻结与洞内注浆改良的联合承载的地层加固方案，其特征在于，在所述双液水泥浆中，所述单液水泥浆和所述水玻璃浆液的体积之比为1:1。
7.根据权利要求6所述的一种冻结与洞内注浆改良的联合承载的地层加固方案，其特征在于，所述水玻璃浆液由水和水玻璃组成，水和水玻璃的质量之比为1.3～1.5:1，水玻璃的浓度为35～42°Be。
8.根据权利要求1所述的一种冻结与洞内注浆改良的联合承载的地层加固方案，其特征在于，在步骤D中，在同一既有隧道(4)横截面上，两个或两个以上的注浆管(5)呈散射状***设计位置处的注浆改良土层(3)内；注浆管(5)沿既有隧道(4)的径向设置。
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| Title |
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| 李凤蓉;: "城市地铁穿越软流塑地层段的设计施工技术", 隧道建设, no. 01, 20 February 2007 (2007-02-20) * |
| 王胜;: "冻结法在城市地铁矿山法隧道中的应用", 铁道勘察, no. 06, 28 December 2006 (2006-12-28) * |
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