穿越既有盾构隧道防隆起后退式深孔注浆系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种穿越既有盾构隧道防隆起后退式深孔注浆系统及方法，解决了下穿既有构筑物时矿山法开挖段隧道的上方土体容易隆起的难题。包括在既有盾构隧道（1）的下方设置有预开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道（3），在预开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道（3）的左端设置有已开挖的区间人防段隧道（4），在已开挖的区间人防段隧道（4）中的预开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道（3）的上导洞掌子面（15）上密布有深孔注浆孔（16），在深孔注浆孔（16）中设置有后退式深孔注浆机的钻杆及注浆套管，后退式深孔注浆机的注浆压力为1?1.5兆帕，后退式深孔注浆机中的注浆液为改性水玻璃。本发明利用了现场的已有设备，保证了既有盾构隧道不隆起。
【专利说明】
穿越既有盾构隧道防隆起后退式深孔注浆系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种采用矿山法开挖地铁隧道时对开挖隧道上方土体的进行后退式深孔注浆的系统和方法，特别涉及一种采用矿山法开挖地铁隧道时开挖段的近距离上方设置有既有盾构隧道，在新隧道开挖时，对既有构筑物的沉降进行控制和补偿的管幕施工沉降控制的后退式深孔注浆的系统和方法。
【背景技术】
[0002]在城市地铁施工中，近距离下穿既有线路隧道的情况越来越多。当既有线路为盾构隧道时，由于盾构隧道的结构由柔性管片构成，各管片之间是采用高强螺栓连接的，当盾构隧道下方的土体受到扰动时，扰动范围内的管片会产生超限的差异沉降，从而影响到既有盾构隧道的正常运营，因此控制沉降成为下穿既有线路的隧道施工中的重要课题。当在既有盾构隧道下方近距离施工新隧道时，若采用盾构法下穿，会使既有盾构隧道沉降超限，因此只能采用矿山法隧道施工。在开挖矿山法隧道前，需要对掌子面前方土体进行深孔注浆加固，注入双液浆。注浆后随着双液浆的凝固被注浆加固的土体会产生向上隆起的效应。隆起的力向上传递到既有盾构隧道中，容易使隧道拼接管片发生隆起变形，超过变形控制指标。在现有技术中，矿山法近距离下穿既有盾构隧道时，一般采用全断面深孔注浆方法。由于既有隧道与开挖隧道距离太近，在全断面深孔注浆时，为了达到深孔注浆的效果，需要较大的注浆压力，但较大的注浆压力又会导致近距离处土体上拱严重，加重了既有盾构隧道管片的错位变形，无法满足既有隧道隆起控制指标的要求。若降低注浆压力，可以起到控制隆起变形的目的，但压力太低会减少浆液扩散半径，达不到加固土体的效果。一般浆液扩散半径可达到25厘米左右，所以常规的深孔注浆孔距为50厘米左右，以保证在较大的注浆压力下，注浆孔之间土体得到充分地加固。当注浆压力降低后，浆液扩散半径会减小，50厘米的孔距无法保证土体得到充分加固的目的。现有管棚支撑工艺对管棚上方土体有一定的棚护作用，但管棚钢管钻进多采用带水成孔作业工艺，由于水进入土体，更容易诱发沉降，若不带水作业，大管径钢管直接顶进土体，又存在顶进困难。另外，管棚中相邻钢管间隙，也会诱导其上方的土体的沉降。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种穿越既有盾构隧道防隆起后退式深孔注浆系统及方法，解决了下穿既有构筑物时矿山法开挖段隧道的上方土体容易隆起的难题。
[0004]本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的:
一种穿越既有盾构隧道防隆起后退式深孔注浆系统，包括既有盾构隧道，在既有盾构隧道的下方设置有预开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道，在预开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道的左端设置有已开挖的区间人防段隧道，在已开挖的区间人防段隧道中的预开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道的上导洞掌子面上密布有深孔注浆孔，相邻的深孔注浆孔的间距为20-30厘米，在深孔注浆孔中设置有后退式深孔注浆机的钻杆及注浆套管，后退式深孔注浆机的注浆压力为1-1.5兆帕，后退式深孔注浆机中的注浆液为改性水玻璃。
[0005]在区间人防段隧道的上方端头墙中设置有锁扣管幕，锁扣管幕设置在既有盾构隧道的正下方，在锁扣管幕与已开挖的区间人防段隧道的直角后背墙之间设置有钢管顶进设备，钢管顶进设备中的螺旋钻杆是设置在锁扣管幕中的锁扣管幕钢管中的，螺旋钻杆的端头顶端与锁扣管幕钢管的右端口的外端面之间的距离为10厘米，在顶进设备的出土口下方设置有计量土斗，在相邻的两个锁扣管幕钢管之间设置有锁扣，在锁扣管幕钢管的外侧壁上固定焊接有袖阀管，在袖阀管的入浆口上连接有膨润土浆液注浆机。
[0006]—种穿越既有盾构隧道防隆起后退式深孔注浆方法，包括以下步骤:
第一步，在预开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道的上导洞掌子面上划出深孔注浆孔的孔位，使相邻的深孔注浆孔的间距为20-30厘米；
第二步，将后退式深孔注浆机的钻杆及注浆套管设置在划出深孔注浆孔的孔位上，进行钻孔作业；
第三步，用后退式的注浆方法进行深孔注浆，注浆压力保持在1-1.5兆帕，注浆液为改性水玻璃。
[0007]在预开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道的左端设置的已开挖的区间人防段隧道中先进行以下步骤:
第一步、在既有盾构隧道下方的准备开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道的左端先开挖出区间人防段隧道；
第二步、在第一根锁扣管幕钢管的外侧壁上焊接锁扣的母扣，在第二根锁扣管幕钢管的外侧壁上焊接锁扣的子扣，在每根锁扣管幕钢管的外侧壁上焊接袖阀管;在I重量份的膨润土中，加入9-11重量份的水，搅拌均匀，得到膨润土浆液，将得到的膨润土浆液装入到膨润土浆液注浆机中；
第三步、将钢管顶进设备安装在区间人防段隧道的直角后背墙上，在区间人防段隧道的上方端头墙与钢管顶进设备之间设置第一根锁扣管幕钢管，启动钢管顶进设备，将第一根锁扣管幕钢管顶入到上方端头墙前方的既有盾构隧道下方的土体中；
第四步、在第一根锁扣管幕钢管被顶入上方端头墙前方的既有盾构隧道下方的土体过程中，当钢管顶进设备的顶进压力达到20兆帕时，将第一根锁扣管幕钢管上焊接的袖阀管接到膨润土浆液注浆机上，并将膨润土浆液注入到锁扣管幕钢管的周围土体中，以降低锁扣管幕钢管在顶进过程中的摩擦阻力;在第一根锁扣管幕钢管顶入到既有盾构隧道下方土体的整个过程中，钢管顶进设备的螺旋钻杆的端头是设置在第一根锁扣管幕钢管中的，并且螺旋钻杆的端头顶端距离第一根锁扣管幕钢管的右端口的外端面10厘米;若钢管顶进设备的顶进压力再次达到20兆帕时，通过钢管顶进设备将螺旋钻杆向前推进，使螺旋钻杆的端头探出到第一锁扣管幕钢管的右端口外端面外10厘米处，达到松动锁扣管幕钢管前方土体的目的；
第五步、在已完成顶入工作的第一根锁扣管幕钢管的一侧定位第二根锁扣管幕钢管，使第二根锁扣管幕钢管的子扣与第一根锁扣管幕钢管的母扣接插在一起，启动钢管顶进设备，将第二根锁扣管幕钢管顶入到上方端头墙前方的既有盾构隧道下方的土体中，在顶入过程中重复第四步，使第二根锁扣管幕钢管顺利顶入到位；
第六步、依次将后续的锁扣管幕钢管顶入到上方端头墙前方的既有盾构隧道下方的土体中，并将相邻的两锁扣管幕钢管插接在一起，形成锁扣管幕。
[0008]本发明利用了现场的已有设备，易于操作，使已发生的沉降得到及时的补偿，保证了既有盾构隧道不隆起。
【附图说明】
[0009]图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中B-B向剖视图；
图3是本发明的锁扣管幕施工系统的结构示意图；
图4是图3中A-A向剖视图。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图对本发明进行详细说明:
一种穿越既有盾构隧道防隆起后退式深孔注浆系统，包括既有盾构隧道1，在既有盾构隧道I的下方设置有预开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道3，在预开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道3的左端设置有已开挖的区间人防段隧道4，在已开挖的区间人防段隧道4中的预开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道3的上导洞掌子面15上密布有深孔注浆孔16，相邻的深孔注浆孔16的间距为20-30厘米，在深孔注浆孔16中设置有后退式深孔注浆机的钻杆及注浆套管，后退式深孔注浆机的注浆压力为1-1.5兆帕，后退式深孔注浆机中的注浆液为改性水玻璃。
[0011]在区间人防段隧道4的上方端头墙5中设置有锁扣管幕，锁扣管幕设置在既有盾构隧道I的正下方，在锁扣管幕与已开挖的区间人防段隧道4的直角后背墙6之间设置有钢管顶进设备8，钢管顶进设备8中的螺旋钻杆9是设置在锁扣管幕中的锁扣管幕钢管7中的，螺旋钻杆9的端头顶端与锁扣管幕钢管7的右端口的外端面之间的距离10为10厘米，在顶进设备8的出土口下方设置有计量土斗11，在相邻的两个锁扣管幕钢管7之间设置有锁扣14，在锁扣管幕钢管7的外侧壁上固定焊接有袖阀管12，在袖阀管12的入浆口上连接有膨润土浆液注浆机13。
[0012]—种穿越既有盾构隧道防隆起后退式深孔注浆方法，包括以下步骤:
第一步，在预开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道3的上导洞掌子面15上划出深孔注浆孔16的孔位，使相邻的深孔注浆孔16的间距为20-30厘米；
第二步，将后退式深孔注浆机的钻杆及注浆套管设置在划出深孔注浆孔16的孔位上，进行钻孔作业；
第三步，用后退式的注浆方法进行深孔注浆，注浆压力保持在1-1.5兆帕，注浆液为改性水玻璃。
[0013]在预开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道3的左端设置的已开挖的区间人防段隧道4中先进行以下步骤:
第一步、在既有盾构隧道I下方的准备开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道3的左端先开挖出区间人防段隧道4;
第二步、在第一根锁扣管幕钢管7的外侧壁上焊接锁扣14的母扣，在第二根锁扣管幕钢管7的外侧壁上焊接锁扣14的子扣，在每根锁扣管幕钢管7的外侧壁上焊接袖阀管12;在I重量份的膨润土中，加入9-11重量份的水，搅拌均匀，得到膨润土浆液，将得到的膨润土浆液装入到膨润土浆液注浆机13中；
第三步、将钢管顶进设备8安装在区间人防段隧道4的直角后背墙6上，在区间人防段隧道4的上方端头墙5与钢管顶进设备8之间设置第一根锁扣管幕钢管7，启动钢管顶进设备8，将第一根锁扣管幕钢管7顶入到上方端头墙5前方的既有盾构隧道I下方的土体中；
第四步、在第一根锁扣管幕钢管7被顶入上方端头墙5前方的既有盾构隧道I下方的土体过程中，当钢管顶进设备8的顶进压力达到20兆帕时，将第一根锁扣管幕钢管7上焊接的袖阀管12接到膨润土浆液注浆机13上，并将膨润土浆液注入到锁扣管幕钢管7的周围土体中，以降低锁扣管幕钢管7在顶进过程中的摩擦阻力；在第一根锁扣管幕钢管7顶入到既有盾构隧道I下方土体的整个过程中，钢管顶进设备8的螺旋钻杆9的端头是设置在第一根锁扣管幕钢管7中的，并且螺旋钻杆9的端头顶端距离第一根锁扣管幕钢管7的右端口的外端面10厘米;若钢管顶进设备8的顶进压力再次达到20兆帕时，通过钢管顶进设备8将螺旋钻杆9向前推进，使螺旋钻杆9的端头探出到第一锁扣管幕钢管7的右端口外端面外10厘米处，达到松动锁扣管幕钢管7前方土体的目的；
第五步、在已完成顶入工作的第一根锁扣管幕钢管7的一侧定位第二根锁扣管幕钢管，使第二根锁扣管幕钢管2的子扣与第一根锁扣管幕钢管7的母扣接插在一起，启动钢管顶进设备8，将第二根锁扣管幕钢管2顶入到上方端头墙5前方的既有盾构隧道I下方的土体中，在顶入过程中重复第四步，使第二根锁扣管幕钢管顺利顶入到位；
第六步、依次将后续的锁扣管幕钢管7顶入到上方端头墙5前方的既有盾构隧道I下方的土体中，并将相邻的两锁扣管幕钢管插接在一起，形成锁扣管幕。
[0014]由于相邻的锁扣管幕钢管是通过子母锁扣连接，使锁扣管幕钢管形成了一个封闭的锁扣管幕，起到了后续矿山法开挖过程中，对近距离下穿既有盾构隧道上方土体起到支撑的作用，达到了沉降量的有效控制，使其变形量控制在控制指标范围内。在管幕的每根锁扣管幕钢管7的施工过程中，通过注入膨润土浆液，解决了不带水顶入管幕钢管阻力大，现有设备无法完成的难题。特别是在顶入过程中，通过协调好实时对出土量和顶进压力的控制，最大限度地控制了对新建隧道上方土体影响，严格科学控制了既有盾构隧道下方扰动土体的扰动排出量，在顶入过程中，通过实时对出土量的定量控制，严格科学控制了既有盾构隧道下方扰动土体的扰动排出量，对沉降量控制指标的完成起到了立竿见影的作用。本发明科学地解决了注浆压力与注浆孔间距的矛盾，即加固了土体，又克服了上方既有盾构隧道隆起的问题。
【主权项】
1.一种穿越既有盾构隧道防隆起后退式深孔注浆系统，包括既有盾构隧道(I)，在既有盾构隧道(I)的下方设置有预开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道(3)，在预开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道(3)的左端设置有已开挖的区间人防段隧道(4)，其特征在于，在已开挖的区间人防段隧道(4)中的预开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道(3)的上导洞掌子面(15)上密布有深孔注浆孔(16)，相邻的深孔注浆孔(16)的间距为20-30厘米，在深孔注浆孔(16)中设置有后退式深孔注浆机的钻杆及注浆套管，后退式深孔注浆机的注浆压力为1-1.5兆帕，后退式深孔注浆机中的注浆液为改性水玻璃。2.根据权利要求1所述的一种穿越既有盾构隧道防隆起后退式深孔注浆系统，其特征在于，在区间人防段隧道(4)的上方端头墙(5)中设置有锁扣管幕，锁扣管幕设置在既有盾构隧道(I)的正下方，在锁扣管幕与已开挖的区间人防段隧道(4)的直角后背墙(6)之间设置有钢管顶进设备(8)，钢管顶进设备(8)中的螺旋钻杆(9)是设置在锁扣管幕中的锁扣管幕钢管(7)中的，螺旋钻杆(9)的端头顶端与锁扣管幕钢管(7)的右端口的外端面之间的距离(10)为10厘米，在顶进设备(8)的出土口下方设置有计量土斗(11)，在相邻的两个锁扣管幕钢管(7)之间设置有锁扣(14)，在锁扣管幕钢管(7)的外侧壁上固定焊接有袖阀管(12)，在袖阀管(12 )的入浆口上连接有膨润土浆液注浆机(13)。3.—种穿越既有盾构隧道防隆起后退式深孔注浆方法，包括以下步骤: 第一步，在预开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道(3)的上导洞掌子面(15)上划出深孔注浆孔(16)的孔位，使相邻的深孔注浆孔(16)的间距为20-30厘米； 第二步，将后退式深孔注浆机的钻杆及注浆套管设置在划出深孔注浆孔(16)的孔位上，进行钻孔作业； 第三步，用后退式的注浆方法进行深孔注浆，注浆压力保持在1-1.5兆帕，注浆液为改性水玻璃。4.根据权利要求3所述的一种穿越既有盾构隧道防隆起后退式深孔注浆方法，在预开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道(3)的左端设置的已开挖的区间人防段隧道(4)中先进行以下步骤: 第一步、在既有盾构隧道(I)下方的准备开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道(3)的左端先开挖出区间人防段隧道(4); 第二步、在第一根锁扣管幕钢管(7)的外侧壁上焊接锁扣(14)的母扣，在第二根锁扣管幕钢管(7)的外侧壁上焊接锁扣(14)的子扣，在每根锁扣管幕钢管(7)的外侧壁上焊接袖阀管(12);在I重量份的膨润土中，加入9-11重量份的水，搅拌均匀，得到膨润土浆液，将得到的膨润土浆液装入到膨润土浆液注浆机(13)中； 第三步、将钢管顶进设备(8)安装在区间人防段隧道(4)的直角后背墙(6)上，在区间人防段隧道(4)的上方端头墙(5)与钢管顶进设备(8)之间设置第一根锁扣管幕钢管(7)，启动钢管顶进设备(8)，将第一根锁扣管幕钢管(7)顶入到上方端头墙(5)前方的既有盾构隧道(I)下方的土体中； 第四步、在第一根锁扣管幕钢管(7)被顶入上方端头墙(5)前方的既有盾构隧道(I)下方的土体过程中，当钢管顶进设备(8)的顶进压力达到20兆帕时，将第一根锁扣管幕钢管(7)上焊接的袖阀管(12)接到膨润土浆液注浆机(13)上，并将膨润土浆液注入到锁扣管幕钢管(7)的周围土体中，以降低锁扣管幕钢管(7)在顶进过程中的摩擦阻力；在第一根锁扣管幕钢管(7)顶入到既有盾构隧道(I)下方土体的整个过程中，钢管顶进设备(8)的螺旋钻杆(9)的端头是设置在第一根锁扣管幕钢管(7)中的，并且螺旋钻杆(9)的端头顶端距离第一根锁扣管幕钢管(7)的右端口的外端面10厘米;若钢管顶进设备(8)的顶进压力再次达到20兆帕时，通过钢管顶进设备(8)将螺旋钻杆(9)向前推进，使螺旋钻杆(9)的端头探出到第一锁扣管幕钢管(7)的右端口外端面外10厘米处，达到松动锁扣管幕钢管(7)前方土体的目的； 第五步、在已完成顶入工作的第一根锁扣管幕钢管(7)的一侧定位第二根锁扣管幕钢管，使第二根锁扣管幕钢管的子扣与第一根锁扣管幕钢管(7)的母扣接插在一起，启动钢管顶进设备(8)，将第二根锁扣管幕钢管顶入到上方端头墙(5)前方的既有盾构隧道(I)下方的土体中，在顶入过程中重复第四步，使第二根锁扣管幕钢管顺利顶入到位； 第六步、依次将后续的锁扣管幕钢管(7)顶入到上方端头墙(5)前方的既有盾构隧道(I)下方的土体中，并将相邻的两锁扣管幕钢管插接在一起，形成锁扣管幕。
【文档编号】E21D9/06GK105909265SQ201610407897
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】赵辉, 王江华, 王云龙, 罗文江, 王汉霆, 李建
【申请人】中铁十九局集团轨道交通工程有限公司