全断面注浆、矩形水平冻结与管棚联合加固结构及方法
【专利摘要】本发明是全断面注浆、矩形水平冻结与管棚联合加固结构及方法，其结构包括矩形冻结壁、冻结孔1、测温孔2、泄压孔3、管棚4、全断面注浆区域5、地下通道初衬结构6、地下通道二衬结构7。本发明的有益效果：适合于城市中心下穿重要构筑物，无法实施明挖施工的富含水砂性土层或软土层矩形地下通道暗挖加固工程；联合加固中矩形水平冻结壁保证了加固体的强度和止水性，注浆加固在保证开挖掌子面稳定性的同时，抑制因冻结而引起的冻胀融沉，保证了对敏感环境的保护作用，管棚控制了上部薄覆土层开挖卸载对重要构筑物的影响；不需要对现有冻结孔、注浆和管棚施工机械进行技术改进，施工方便，相比其他化学加固方法，安全、环保，效益明显。
【专利说明】全断面注浆、矩形水平冻结与管棚联合加固结构及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种穿越敏感建(构)筑物，富含水层砂土或软土地层的全断面注浆、矩形水平冻结与上部管棚联合加固的地下通道施工加固结构及方法。属于浅埋暗挖地下通道加固【技术领域】。
【背景技术】
[0002]地下通道浅埋暗挖施工时，为确保其暗挖过程顺利及影响范围内建(构)筑物的安全，通常需要对暗挖土体进行加固。其作用是阻止地下通道外地下水土流入及保持开挖断面的稳定性，使加固体本身具有一定的强度和刚度。其作用是挡土、挡水、保证开挖面稳定及控制重要建(构)筑物在施工中的变形。通常地下通道超前预加固采用注浆法、管棚法、深层搅拌桩、高压旋喷法、冻结法、等方法，每种方法各具有优缺点，如表1。
[0003]表1常见地下通道预加固方式对比
【权利要求】
1.全断面注浆、矩形水平冻结与管棚联合加固结构，其特征是包括矩形冻结壁，矩形冻结壁内的上方是一排冻结孔，矩形冻结壁内的冻结管两侧及底部各布置两排冻结孔，冻结管内的冻结孔的上部是泄压孔，矩形冻结壁内外两侧设有测温孔，矩形冻结壁的上方是管棚，矩形冻结壁内的冻结管外围是地下通道初衬，冻结管内围是地下通道二衬，矩形冻结壁内外两侧、地下通道二衬是全断面注浆区域。
2.根据权利要求1所述的全断面注浆、矩形水平冻结与管棚联合加固结构，其特征是所述矩形冻结壁位于地下通道暗挖段外。
3.根据权利要求1所述的全断面注浆、矩形水平冻结与管棚联合加固结构，其特征是所述冻结孔按水平角度布置，冻结孔数共101个，矩形冻结壁内的冻结管两侧及底部各布置的两排冻结孔，两排孔排距lm，梅花形布置，冻结孔离地下通道初衬外侧距离lm，冻结孔之间间距为0.Sm,冻结孔数占73个，长度为Sm ;矩形冻结壁内上方的一排冻结孔，其冻结孔之间间距为0.Sm，冻结孔数占15个，长度为Sm ;矩形冻结壁底部横向布设的一排冻结孔，距矩形冻结壁底板通道向下0.6m，形成稳定矩形冻结壁的横向冻结壁支撑，孔间距为0.7m,冻结孔数占13个，长度为Sm ;冻结孔连片成板块冻结区。
4.根据权利要求1所述的全断面注浆、矩形水平冻结与管棚联合加固结构，其特征是所述冻结管用直径为89mm、厚度为9mm的20#无缝钢管。
5.根据权利要求1所述的全断面注浆、矩形水平冻结与管棚联合加固结构，其特征是所述位于矩形冻结壁内外两侧测温孔，有4个测温孔布设在冻结管外侧，4个测温孔布设在冻结管内侧，2个测温孔布设在冻结管底部，测温孔深与外圈冻结管一致，板块冻结区范围内每层土内至少布设一个测温孔，且数量不少于2个，测温孔孔深与板块冻结区范围内冻结管长度一致，测温点间 距广1.5m，测温管采用直径为89mm、厚度9mm的20#低碳无缝钢管； 所述底排冻结孔上部2.2m处与上排冻结孔下部2.2m处各布设一排直径89mm，间距.700mm的泄压孔，孔深Sm，泄压孔数为6个。
6.根据权利要求1所述的一种全断面注浆、矩形水平冻结与管棚联合加固结构，其特征是所述管棚设在上排冻结孔上方30mm处，一排29根直径为89mm、厚度9mm，每根管棚间距为300mm,管棚长8m。
7.如权利要求1的一种全断面注浆、矩形水平冻结与管棚联合加固的施工方法，其特征是该方法包括如下步骤: (1)全断面注浆 在冻结孔施工之前，对结构内部及将要实行水平冻结的区域进行全断面注浆改良土体，确保开挖面的稳定性并拟制冻胀融沉； 打设注浆管，采用小导管注浆，注浆孔成梅花型布置，排与孔间距Im ;注浆采用P.0.42.5硅酸盐水泥，水灰的重量比为1: 1，注浆压力控制为0.3~0.5MPa，注浆扩散半径为.1.0~1.2m，注浆终压为0.5MPa，单孔注浆量为4.2~4.6m3 ； (2)矩形冻结壁，位于地下通道暗挖段外，冻结孔按水平角度布置，冻结孔数共101个，其中地下通道结构两侧及底部各布置两排孔，两排孔排距lm，梅花形布置，冻结孔离初期支护外侧距离lm，冻结孔之间间距为0.8m，冻结孔数73个，长度为8m ;在暗挖通道结构上侧布置一排孔，冻结孔之间间距为0.Sm，冻结孔数15个，长度为Sm ;在上部通道底板向下.0.6m处横向布设一排冻结孔,形成稳定矩形冻结壁的横向冻结壁支撑，孔间距为0.7m,冻结孔数为13个，长度为8m ;冻结管用直径为89mm、厚度9mm的20#无缝钢管； (3)测温孔，测温孔位于矩形冻结壁内外两侧，4个测温孔布设在冻结管外侧，4个布设在冻结管内侧，2个布设在冻结管底部，测温孔深与外圈冻结管一致，板块冻结区范围内每层土内至少布设一个测温孔，且数量不少于2个，测温孔孔深与板块冻结区范围内冻结管长度一致，测温点间距广1.5m，测温管采用直径为89mm、厚度9mm的20#低碳无缝钢管； (4)泄压孔，泄压孔在底排冻结孔上部2.2m处与上排冻结孔下部2.2m处各布设一排直径89mm,间距700mm的卸压孔,孔深8m,泄压孔数为6个； (5)管棚，在上排冻结孔上方30mm处，布置一排29根直径为89mm、厚度9mm的管棚进行隔离保护，管棚间距为300mm，管棚长Sm ； (6)施工，包括 1)在结构内部打设注浆管，采用小导管注浆，注浆孔成梅花型布置，排与孔间距lm，注浆采用P.0 42.5硅酸盐水泥，水灰重量比为1:1，注浆压力控制为0.3~0.5MPa，注浆扩散半径为1.0~1.2m,注浆终压为0.5MPa，单孔注浆量为4.2~4.6m3 ； 2)布置冻结孔及测温孔、泄压孔及管棚，钻孔施工工序为:定位开孔及孔口管安装一孔口密封装置安装一钻孔一测量偏斜一封闭孔底一压力试验； 钻机安装前应将工作面封闭严密、牢固，清理干净，测出精确钻机位置后方可施工，各种钻孔施工开孔误差不得大于10mm ； 钻孔最大偏斜不得大于1%，所有钻孔均应进行终孔测斜，并绘制钻孔偏斜图和各钻孔位置成孔图；管棚外插角I度，钻孔的外插角允许偏差为5%。； 冻结管内充填MlO水泥砂浆，充填深度不少于1500mm ； 冻结管安装好后应进行注入清水试压，试验压力为0.8MPa，经试压30min压力下降不超过0.05MPa,再延续15min压力不变为合格； 3)管棚打设完毕后，在管棚上方两侧纵向浇筑两道钢筋混凝土梁，梁长度9500mm;梁横向架设700mm X 300mm的H型钢，将管棚用直径30mm的钢丝绳反吊在H型钢上，确保电缆管廊安全及开挖结构施工顺利进行；在暗挖通道两外侧用700_X300mm的H型钢架设支架对管棚进行支托； 4)安装冻结制冷系统，冻结站内设备主要包括配电柜、清水池、冷冻机组、盐水循环泵、冷却水循环泵、冷却塔、盐水箱，之后连接管路、安装保温设备与测试仪表，溶解氯化钙并对机组充氟加油； 5)开始冻结施工，保持最低盐水温度-28~-30°C，直至设计加固区域完成；具体包括 A、冻结壁冻结前应对洞门内槽壁进行保温，保温采用泡沫保温板，保温板厚度不小于.30mm ； B、冻结期间应对去回路盐水温度、测温管内各测点温度、地表隆沉、建(构)筑物沉降进行监测，确保每个冻结孔工作正常； C、冻结加固完成停机标准:积极冻结期盐水温度为-28°C~-30°C，维护冻结期温度为-25°C '28°C、去回路盐水温度差小于1°C;冻结壁平均温度≤-10°C;冻结壁厚度达到设计冻结壁厚度3.0/2.0m ;加固体与围护结构交界处测点平均温度小于_5°C。
【文档编号】E21D11/00GK104074525SQ201410311010
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】杨平, 金福强, 蒋大有, 何文龙, 张婷, 刘艳军 申请人:南京林业大学, 上海市机械施工集团有限公司