用于盾構(gòu)下穿房屋的微擾動(dòng)傾斜旋噴群樁咬合加固工法的制作方法

本發(fā)明涉及盾構(gòu)隧道施工領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種土壓平衡盾構(gòu)在全斷面砂層中下穿淺基礎(chǔ)房屋的地面輔助加固施工工藝。

背景技術(shù)：

土壓平衡盾構(gòu)法由于其經(jīng)濟(jì)性和適用性較廣成為復(fù)雜地層中應(yīng)用最為廣泛的地鐵盾構(gòu)施工方法，隨著我國軌道交通建設(shè)的蓬勃發(fā)展和城市地鐵線路日趨密集化，土壓平衡盾構(gòu)隧道掘進(jìn)施工時(shí)往往需要下既有穿密集地面建、構(gòu)筑物，盾構(gòu)機(jī)在復(fù)合地層中掘進(jìn)往往會(huì)造成地層擾動(dòng)，特別是在全斷面富水砂層中往往存在噴涌和超挖風(fēng)險(xiǎn)，由于開挖面地層損失過大導(dǎo)致地面塌陷事故屢見不鮮。針對(duì)富水砂層中盾構(gòu)掘進(jìn)地面沉降風(fēng)險(xiǎn)，地面袖閥管注漿、wss雙液漿加固、mjs豎直或水平旋噴樁咬合群樁防滲帷幕及隧道內(nèi)補(bǔ)充注漿加固等現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用已較為廣泛，然而針對(duì)盾構(gòu)機(jī)近距離快速側(cè)穿、下穿連續(xù)房屋群施工，在地面施工場地較為狹小且既有構(gòu)筑物基礎(chǔ)較淺、地基承載力較小對(duì)地層擾動(dòng)較為敏感時(shí)，以上各方法均存在缺陷和較大風(fēng)險(xiǎn)，往往在加固施工時(shí)已對(duì)地層造成擾動(dòng)引起房屋基礎(chǔ)不均勻沉降導(dǎo)致房屋開裂或是工程經(jīng)濟(jì)性、適用性較差，工期較長有時(shí)還需要盾構(gòu)機(jī)長時(shí)間停機(jī)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于盾構(gòu)下穿房屋的微擾動(dòng)傾斜旋噴群樁咬合加固工法，其打設(shè)角度和打設(shè)位置靈活可調(diào)，施工過程中能夠最大程度減小對(duì)地層擾動(dòng)影響，工藝流程簡單，且能夠有效減小盾構(gòu)下穿房屋引起的地面沉降。

為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種用于盾構(gòu)下穿房屋的微擾動(dòng)傾斜旋噴群樁咬合加固工法，包括：

根據(jù)房屋和隧道的位置關(guān)系確定旋噴樁打設(shè)位置、成樁角度、打入深度、預(yù)留空樁位置；

根據(jù)打設(shè)位置、成樁角度、打入深度以及預(yù)留空樁位置確定鉆孔參數(shù)，并鉆設(shè)斜孔；

檢測(cè)預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的地面初始高度；

將鉆桿下方到斜孔中進(jìn)行旋噴樁施工，鉆桿至少包括一節(jié)抽吸多重管，在施工過程中實(shí)時(shí)檢測(cè)地面高度，若預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的任一位置的地面高度升高量高于第一閾值，則利用抽吸多重管進(jìn)行抽漿至地面高度不再升高，若預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的任一位置的地面高度降低量低于第二閾值，則利用抽吸多重管注水或空氣至地面高度不再降低。

優(yōu)選的是，所述的用于盾構(gòu)下穿房屋的微擾動(dòng)傾斜旋噴群樁咬合加固工法，鉆設(shè)斜孔后，利用鉆孔參數(shù)和土體容重確定初始地內(nèi)壓力，旋噴樁施工時(shí)，在鉆桿上設(shè)置壓力檢測(cè)裝置，并實(shí)時(shí)檢測(cè)地內(nèi)壓力，若地內(nèi)壓力大于初始地內(nèi)壓力，則利用抽吸多重管進(jìn)行抽漿至壓力與初始地內(nèi)壓力相等，若地內(nèi)壓力小于初始地內(nèi)壓力，則利用抽吸多重管注水或空氣至與初始地內(nèi)壓力相等。

優(yōu)選的是，所述的用于盾構(gòu)下穿房屋的微擾動(dòng)傾斜旋噴群樁咬合加固工法，第一閾值為5毫米，第二閾值為10毫米。

優(yōu)選的是，所述的用于盾構(gòu)下穿房屋的微擾動(dòng)傾斜旋噴群樁咬合加固工法，打設(shè)位置距離房屋基礎(chǔ)的水平距離最小不應(yīng)超過0.8d，d為隧道直徑。

優(yōu)選的是，所述的用于盾構(gòu)下穿房屋的微擾動(dòng)傾斜旋噴群樁咬合加固工法，樁體位于在隧道與房屋基礎(chǔ)之間，樁體與隧道外圓距離為1米。

優(yōu)選的是，所述的用于盾構(gòu)下穿房屋的微擾動(dòng)傾斜旋噴群樁咬合加固工法，以隧道橫向中心線與隧道外圓靠近房屋基礎(chǔ)的交點(diǎn)為起點(diǎn)，作與隧道橫向中心線夾角為45°的直線，樁體位于該直線靠近房屋基礎(chǔ)一側(cè)的長度不小于1.5m。

優(yōu)選的是，所述的用于盾構(gòu)下穿房屋的微擾動(dòng)傾斜旋噴群樁咬合加固工法，以房屋外墻線與地面的交點(diǎn)為起點(diǎn)，作與豎直方向呈45°的直線，斜孔位于該直線靠近房屋基礎(chǔ)一側(cè)的部分為預(yù)留空樁位置。

優(yōu)選的是，所述的用于盾構(gòu)下穿房屋的微擾動(dòng)傾斜旋噴群樁咬合加固工法，在鉆設(shè)斜孔的過程中，使用鈣基膨潤土漿作為護(hù)壁液，護(hù)壁液的粘度不小于45s，比重范圍為1.18～1.25。

優(yōu)選的是，所述的用于盾構(gòu)下穿房屋的微擾動(dòng)傾斜旋噴群樁咬合加固工法，斜孔中心與樁體中心誤差小于50毫米。

優(yōu)選的是，所述的用于盾構(gòu)下穿房屋的微擾動(dòng)傾斜旋噴群樁咬合加固工法，所述預(yù)設(shè)范圍為以樁體在地面投影長度為半徑組成的圓。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：

本發(fā)明能夠解決土壓平衡盾構(gòu)長距離頂推、近距離下穿密集地面淺基礎(chǔ)房屋時(shí)引起的房屋地基不均勻沉降問題，克服地面建構(gòu)筑物較為密集、施工場地狹小導(dǎo)致大型施工機(jī)械難以展開的困難，避免了傳統(tǒng)袖閥管注漿通過抬升已沉降地基進(jìn)而保護(hù)房屋沉的滯后性，能夠最大程度降低對(duì)房屋的擾動(dòng)影響，且能根據(jù)房屋基礎(chǔ)形式和隧道埋深調(diào)整咬合群樁打設(shè)角度(0～90°)。

(1)可以全方位進(jìn)行高壓噴射注漿施工

該工法可以進(jìn)行傾斜角度的施工(0～90°)，因此針對(duì)不同建筑群基礎(chǔ)形式、隧道埋深和地下管線情況能夠靈活有效的調(diào)整成樁打設(shè)角度，能夠在占地較小情況下加固房屋基礎(chǔ)與隧道之間土體。同時(shí)由于旋噴噴嘴為多孔管，可以360°擺動(dòng)，因此樁體截面幾何形狀形狀可以根據(jù)加固需要為任一扇形，有效節(jié)省了水泥漿液用量，經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)。

(2)樁徑大，樁身質(zhì)量好

該工法施工旋噴樁噴射流初始?jí)毫_(dá)40mpa，流量約90～130l/min，使用單噴嘴噴射，每米噴射時(shí)間30～40min(平均提升速度2.5～3.3cm/min)，噴射流能量大，作用時(shí)間長，因此能夠適用于大部分硬塑粘土層(粘土凝聚力c＜50kpa)和砂層(砂土貫擊數(shù)n＜70擊)，再加上穩(wěn)定的同軸高壓空氣的保護(hù)及噴漿壓力根據(jù)地內(nèi)壓力調(diào)整，使得單樁成樁直徑大于傳統(tǒng)旋噴樁(可達(dá)2～4m)。在砂層中直接采用水泥漿液進(jìn)行噴射，形成加固體強(qiáng)度較高(軸心抗壓強(qiáng)度可達(dá)10mpa)。

(3)對(duì)周邊環(huán)境影響小

傳統(tǒng)高壓噴射注漿工藝產(chǎn)生的多余泥漿是通過土體與鉆桿的間隙，在地面孔口處自然排出。這樣的排漿方式往往造成地層內(nèi)壓力偏大，導(dǎo)致周圍地層產(chǎn)生較大變形、地表隆起。同時(shí)在加固深處的排泥比較困難，造成鉆桿和高壓噴射槍四周的壓力增大，往往導(dǎo)致噴射效率降低，影響加固效果及可靠性。該工法工法能夠通過鉆頭傳感器對(duì)地層內(nèi)壓力監(jiān)測(cè)和多重管抽漿進(jìn)行強(qiáng)制排漿，保證旋噴成樁時(shí)對(duì)地內(nèi)壓力可控，可以大幅度減少施工對(duì)周邊環(huán)境的擾動(dòng)。

(4)泥漿污染少

該工法采用專用排泥管進(jìn)行排漿，通過泵送方式長距離輸送地層內(nèi)多余廢漿至泥漿循環(huán)池，有利于泥漿集中管理，且泥漿進(jìn)行沉淀分離后可以在引孔過程中循環(huán)利用。同時(shí)對(duì)地內(nèi)壓力的調(diào)控，也減少了泥漿竄入土壤、水體或是地下管道的現(xiàn)象，對(duì)環(huán)境污染少。

本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖；

圖2為本發(fā)明的旋噴樁位置關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語并不配出一個(gè)或多個(gè)其它元件或其組合的存在或添加。

如圖1、2所示，本發(fā)明提供一種用于盾構(gòu)下穿房屋的微擾動(dòng)傾斜旋噴群樁咬合加固工法，包括：

根據(jù)房屋和隧道的位置關(guān)系確定旋噴樁打設(shè)位置、成樁角度、打入深度、預(yù)留空樁位置；

根據(jù)打設(shè)位置、成樁角度、打入深度以及預(yù)留空樁位置確定鉆孔參數(shù)，并鉆設(shè)斜孔；

檢測(cè)預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的地面初始高度；

將鉆桿下方到斜孔中進(jìn)行旋噴樁施工，鉆桿至少包括一節(jié)抽吸多重管，在施工過程中實(shí)時(shí)檢測(cè)地面高度，若預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的任一位置的地面高度升高量高于第一閾值，則利用抽吸多重管進(jìn)行抽漿至地面高度不再升高，若預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的任一位置的地面高度降低量低于第二閾值，則利用抽吸多重管注水或空氣至地面高度不再降低。

在上述技術(shù)方案中，在房屋和隧道之間的位置傾斜鉆孔然后打樁，打樁過程中實(shí)時(shí)檢測(cè)地面高度，若地面高度超過一定閾值，則表明地面隆起嚴(yán)重，則進(jìn)行抽漿，使地面不再繼續(xù)隆起，若地面高度低于一定閾值，則表明地面沉降嚴(yán)重，則進(jìn)行注水注氣，使地內(nèi)壓力升高，地面不再沉降。本方案只對(duì)單一樁體的打設(shè)方法進(jìn)行了描述，為了提高加固效果，打設(shè)多個(gè)旋噴樁，并相互咬合，各樁的打設(shè)方法與方案相同?？梢姡炯夹g(shù)方案可以在房屋沉降或隆起之前進(jìn)行提前保護(hù)，并且能夠最大程度降低對(duì)房屋的擾動(dòng)影響。

在另一種技術(shù)方案中，所述的用于盾構(gòu)下穿房屋的微擾動(dòng)傾斜旋噴群樁咬合加固工法，鉆設(shè)斜孔后，利用鉆孔參數(shù)和土體容重確定初始地內(nèi)壓力，旋噴樁施工時(shí)，在鉆桿上設(shè)置壓力檢測(cè)裝置，并實(shí)時(shí)檢測(cè)地內(nèi)壓力，若地內(nèi)壓力大于初始地內(nèi)壓力，則利用抽吸多重管進(jìn)行抽漿至壓力與初始地內(nèi)壓力相等，若地內(nèi)壓力小于初始地內(nèi)壓力，則利用抽吸多重管注水或空氣至與初始地內(nèi)壓力相等。這里，根據(jù)鉆孔挖去的土方算出使地內(nèi)壓力平衡需要的壓力，若地內(nèi)壓力偏大，則進(jìn)行抽漿，若偏小，則注水注氣，這樣，可以在地面隆起或沉降之前提前反應(yīng)，更好地保護(hù)房屋。

在另一種技術(shù)方案中，所述的用于盾構(gòu)下穿房屋的微擾動(dòng)傾斜旋噴群樁咬合加固工法，第一閾值為5毫米，第二閾值為10毫米。這里提供了第一閾值和第二閾值的優(yōu)選值，該優(yōu)選值能較好地保護(hù)房屋。

在另一種技術(shù)方案中，所述的用于盾構(gòu)下穿房屋的微擾動(dòng)傾斜旋噴群樁咬合加固工法，如圖2所示，打設(shè)位置距離房屋基礎(chǔ)的水平距離最小不應(yīng)超過0.8d，d為隧道直徑。這里，提供了打設(shè)位置的確定方法，打設(shè)位置為地面上的起始位置。

在另一種技術(shù)方案中，所述的用于盾構(gòu)下穿房屋的微擾動(dòng)傾斜旋噴群樁咬合加固工法，如圖2所示，樁體位于在隧道與房屋基礎(chǔ)之間，樁體與隧道外圓距離為1米。這里，提供了成樁角度的確定方法，樁體中心線與隧道外圓對(duì)應(yīng)位置切線的距離為1米。

在另一種技術(shù)方案中，所述的用于盾構(gòu)下穿房屋的微擾動(dòng)傾斜旋噴群樁咬合加固工法，如圖2所示，以隧道橫向中心線與隧道外圓靠近房屋基礎(chǔ)的交點(diǎn)為起點(diǎn)，作與隧道橫向中心線夾角為45°的直線，樁體位于該直線靠近房屋基礎(chǔ)一側(cè)的長度不小于1.5m。這里，提供了打入深度的確定方法，該方法確定的打入深度的加固效果最好。

在另一種技術(shù)方案中，所述的用于盾構(gòu)下穿房屋的微擾動(dòng)傾斜旋噴群樁咬合加固工法，如圖2所示，以房屋外墻線與地面的交點(diǎn)為起點(diǎn)，作與豎直方向呈45°的直線，斜孔位于該直線靠近房屋基礎(chǔ)一側(cè)的部分為預(yù)留空樁位置。這里，提供了預(yù)留空樁位置的確定方法，該方法確定的預(yù)留空樁位置的加固效果最好。

在另一種技術(shù)方案中，所述的用于盾構(gòu)下穿房屋的微擾動(dòng)傾斜旋噴群樁咬合加固工法，在鉆設(shè)斜孔的過程中，使用鈣基膨潤土漿作為護(hù)壁液，護(hù)壁液的粘度不小于45s，比重范圍為1.18～1.25。這里，提供了護(hù)壁液的優(yōu)選參數(shù)，能夠較好的適應(yīng)富水砂層。

在另一種技術(shù)方案中，所述的用于盾構(gòu)下穿房屋的微擾動(dòng)傾斜旋噴群樁咬合加固工法，斜孔中心與樁體中心誤差小于50毫米。這里提供了斜孔的最大誤差值。

在另一種技術(shù)方案中，所述的用于盾構(gòu)下穿房屋的微擾動(dòng)傾斜旋噴群樁咬合加固工法，所述預(yù)設(shè)范圍為以樁體在地面投影長度為半徑組成的圓。這里提供了預(yù)設(shè)范圍的優(yōu)選范圍。

在另一種技術(shù)方案中，如圖1所示，揭示本發(fā)明所提供的一種適用于盾構(gòu)在富水砂層中掘進(jìn)的高壓微擾動(dòng)傾斜旋噴咬合群樁加固方法的工藝流程示意圖，該方法適用于盾構(gòu)機(jī)與房屋水平距離較近，需要長距離側(cè)穿甚至下穿房屋群，而地面房屋密集水平和豎直旋噴樁難以施工時(shí)研發(fā)的傾斜咬合群樁加固方案，尤其是針對(duì)基礎(chǔ)埋深較淺對(duì)地面沉降較為敏感的簡單框架結(jié)構(gòu)多層房屋。該工法的實(shí)施步驟包含：

(1)根據(jù)房屋基礎(chǔ)形式和地下管線情況確定成樁角度和成樁位置，采用全站儀在施工區(qū)域內(nèi)布置控制點(diǎn)，通過控制點(diǎn)進(jìn)行樁位放樣，成樁具體細(xì)節(jié)如下：

1、如附圖2中所示，根據(jù)房屋和隧道水平相對(duì)位置確定旋噴樁打設(shè)位置位于隧道靠近房屋一側(cè)地面，為減小成樁過程中對(duì)房屋的擾動(dòng)，成樁位置距離房屋水平距離最小不應(yīng)超過0.8d(d為隧道直徑)。

2、確定房屋基礎(chǔ)埋深和隧道埋深后確定成樁角度，成樁角度應(yīng)保證群樁樁體在隧道開挖面和房屋基礎(chǔ)之間，距離隧道開挖面外圓距離為1m，如附圖2中所示。

3、傾斜樁打入深度確定根據(jù)隧道橫向中心線確定，以橫向中心線靠近房屋一側(cè)方向成45°范圍內(nèi)樁體長度不小于1.5m為準(zhǔn)，如附圖2中所示。

4、為減小成樁過程對(duì)淺層土體擾動(dòng)，原地面以下預(yù)留空樁，空樁長度以房屋外墻線靠近隧道方向成45°角位置處為停止旋噴、預(yù)留空樁位置，如附圖2中所示。

(2)施工后配套泥漿沉淀循環(huán)池及水泥漿拌制池，布置泥漿泵送管路并調(diào)試長距離泵送設(shè)備，檢查設(shè)備的運(yùn)行情況，確保主機(jī)、高壓泵、空壓機(jī)、泥漿攪拌系統(tǒng)、抽漿管理裝置等都能正常工作狀態(tài)下進(jìn)行主機(jī)就位，機(jī)架放置平穩(wěn)后開始對(duì)水平度校零。

(3)確定打設(shè)角度、樁長和咬合長度后，為保證傾斜樁打設(shè)角度穩(wěn)定且減少初始成樁時(shí)對(duì)淺基礎(chǔ)地基擾動(dòng)，采用等直徑鉆頭預(yù)先成孔，成孔后擴(kuò)孔，鉆頭需焊接相應(yīng)的合金，以便破除局部障礙，成孔全過程中采用測(cè)斜儀對(duì)傾斜孔進(jìn)行精度測(cè)量，成孔中心與樁位中心誤差小于50mm。

(4)為防止砂層中塌孔，配置鈣基膨潤土漿作為斜孔護(hù)壁泥漿，實(shí)時(shí)調(diào)整泥漿配比，保證粘度≥45s。比重范圍為1.18～1.25。

(5)成孔至設(shè)計(jì)深度后，更換前端鉆桿為多重管旋噴裝置并安裝前端壓力監(jiān)測(cè)裝置，由于鉆桿為逐節(jié)螺栓連接，對(duì)接時(shí)認(rèn)真檢查密封圈情況；若鉆桿在下放過程中下放困難，打開削孔水進(jìn)行正常削孔鉆進(jìn)，此過程中需對(duì)孔口進(jìn)行密封。

(6)重復(fù)步驟(4)、(5)直至鉆頭到達(dá)預(yù)定深度后，開始校零，使動(dòng)力頭“0”刻度、噴嘴、鉆桿上白線處于同一條直線，然后設(shè)定各工藝參數(shù)，包括搖擺角度、引拔速度、回轉(zhuǎn)數(shù)等等，同時(shí)開展水泥漿配比試驗(yàn)確定水泥漿配比(水灰比1:1)并拌置水泥漿。

(7)以上參數(shù)設(shè)定完成之后，開始旋噴樁施工。定位置噴射，先開多重管倒吸水流和倒吸空氣進(jìn)行排漿，在確認(rèn)排漿正常時(shí)，開啟高壓水泥泵和主空氣空壓機(jī)。首先用水向上噴設(shè)50cm，壓力為10mpa，然后把水切換成水泥漿，鉆桿重新下放到位后開始自下而上提升鉆桿、噴射混凝土進(jìn)行旋噴樁施工。施工過程中注意地層壓力變化和地面沉降監(jiān)測(cè)反饋，當(dāng)旋噴壓力過大或提升速度過快或抽漿排量不正常導(dǎo)致地層壓力過大時(shí)，及時(shí)調(diào)整水泥噴射壓力和排漿閥流量進(jìn)行抽漿，控制地內(nèi)壓力在安全范圍以內(nèi)。

(8)需要注意，在開啟高壓水泥泵時(shí)，壓力不可太高，應(yīng)逐步增壓，直到達(dá)到指定壓力，在達(dá)到指定壓力并確認(rèn)地內(nèi)壓力正常后，才可開始提升。水切換成水泥漿時(shí)，壓力會(huì)自動(dòng)上升，壓力有突變時(shí)方可調(diào)節(jié)壓力。

(9)逐節(jié)提升鉆桿后對(duì)鉆桿進(jìn)行拆卸，拆卸時(shí)需把水泥漿切換成循環(huán)水后方可拆卸，當(dāng)水泥漿泵壓力有下調(diào)趨勢(shì)，說明水流已經(jīng)到達(dá)噴嘴位置，此時(shí)關(guān)閉水泥漿泵、主空氣、倒吸空氣和倒吸水流。

(10)注意在拆卸鉆桿的過程中，認(rèn)真檢查密封圈和數(shù)據(jù)線的情況，看是否損壞，地內(nèi)壓力顯示是否正常，如有問題應(yīng)及時(shí)排除方可繼續(xù)噴漿。拆卸鉆桿后，需及時(shí)對(duì)鉆桿進(jìn)行沖洗及保養(yǎng)。

(11)重復(fù)以上步驟，直到施工結(jié)束。

盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。