用於盾構下穿房屋的微擾動傾斜旋噴群樁咬合加固工法的製作方法
2023-10-05 22:06:24
本發明涉及盾構隧道施工領域。更具體地說，本發明涉及一種土壓平衡盾構在全斷面砂層中下穿淺基礎房屋的地面輔助加固施工工藝。
背景技術：
土壓平衡盾構法由於其經濟性和適用性較廣成為複雜地層中應用最為廣泛的地鐵盾構施工方法，隨著我國軌道交通建設的蓬勃發展和城市地鐵線路日趨密集化，土壓平衡盾構隧道掘進施工時往往需要下既有穿密集地面建、構築物，盾構機在複合地層中掘進往往會造成地層擾動，特別是在全斷面富水砂層中往往存在噴湧和超挖風險，由於開挖面地層損失過大導致地面塌陷事故屢見不鮮。針對富水砂層中盾構掘進地面沉降風險，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補充注漿加固等現有技術應用已較為廣泛，然而針對盾構機近距離快速側穿、下穿連續房屋群施工，在地面施工場地較為狹小且既有構築物基礎較淺、地基承載力較小對地層擾動較為敏感時，以上各方法均存在缺陷和較大風險，往往在加固施工時已對地層造成擾動引起房屋基礎不均勻沉降導致房屋開裂或是工程經濟性、適用性較差，工期較長有時還需要盾構機長時間停機。
技術實現要素：
本發明的一個目的是提供一種用於盾構下穿房屋的微擾動傾斜旋噴群樁咬合加固工法，其打設角度和打設位置靈活可調，施工過程中能夠最大程度減小對地層擾動影響，工藝流程簡單，且能夠有效減小盾構下穿房屋引起的地面沉降。
為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種用於盾構下穿房屋的微擾動傾斜旋噴群樁咬合加固工法，包括：
根據房屋和隧道的位置關係確定旋噴樁打設位置、成樁角度、打入深度、預留空樁位置；
根據打設位置、成樁角度、打入深度以及預留空樁位置確定鑽孔參數，並鑽設斜孔；
檢測預設範圍內的地面初始高度；
將鑽杆下方到斜孔中進行旋噴樁施工，鑽杆至少包括一節抽吸多重管，在施工過程中實時檢測地面高度，若預設範圍內的任一位置的地面高度升高量高於第一閾值，則利用抽吸多重管進行抽漿至地面高度不再升高，若預設範圍內的任一位置的地面高度降低量低於第二閾值，則利用抽吸多重管注水或空氣至地面高度不再降低。
優選的是，所述的用於盾構下穿房屋的微擾動傾斜旋噴群樁咬合加固工法，鑽設斜孔後，利用鑽孔參數和土體容重確定初始地內壓力，旋噴樁施工時，在鑽杆上設置壓力檢測裝置，並實時檢測地內壓力，若地內壓力大於初始地內壓力，則利用抽吸多重管進行抽漿至壓力與初始地內壓力相等，若地內壓力小於初始地內壓力，則利用抽吸多重管注水或空氣至與初始地內壓力相等。
優選的是，所述的用於盾構下穿房屋的微擾動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。
優選的是，所述的用於盾構下穿房屋的微擾動傾斜旋噴群樁咬合加固工法，打設位置距離房屋基礎的水平距離最小不應超過0.8d，d為隧道直徑。
優選的是，所述的用於盾構下穿房屋的微擾動傾斜旋噴群樁咬合加固工法，樁體位於在隧道與房屋基礎之間，樁體與隧道外圓距離為1米。
優選的是，所述的用於盾構下穿房屋的微擾動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的交點為起點，作與隧道橫向中心線夾角為45°的直線，樁體位於該直線靠近房屋基礎一側的長度不小於1.5m。
優選的是，所述的用於盾構下穿房屋的微擾動傾斜旋噴群樁咬合加固工法，以房屋外牆線與地面的交點為起點，作與豎直方向呈45°的直線，斜孔位於該直線靠近房屋基礎一側的部分為預留空樁位置。
優選的是，所述的用於盾構下穿房屋的微擾動傾斜旋噴群樁咬合加固工法，在鑽設斜孔的過程中，使用鈣基膨潤土漿作為護壁液，護壁液的粘度不小於45s，比重範圍為1.18～1.25。
優選的是，所述的用於盾構下穿房屋的微擾動傾斜旋噴群樁咬合加固工法，斜孔中心與樁體中心誤差小於50毫米。
優選的是，所述的用於盾構下穿房屋的微擾動傾斜旋噴群樁咬合加固工法，所述預設範圍為以樁體在地面投影長度為半徑組成的圓。
本發明至少包括以下有益效果：
本發明能夠解決土壓平衡盾構長距離頂推、近距離下穿密集地面淺基礎房屋時引起的房屋地基不均勻沉降問題，克服地面建構築物較為密集、施工場地狹小導致大型施工機械難以展開的困難，避免了傳統袖閥管注漿通過抬升已沉降地基進而保護房屋沉的滯後性，能夠最大程度降低對房屋的擾動影響，且能根據房屋基礎形式和隧道埋深調整咬合群樁打設角度(0～90°)。
(1)可以全方位進行高壓噴射注漿施工
該工法可以進行傾斜角度的施工(0～90°)，因此針對不同建築群基礎形式、隧道埋深和地下管線情況能夠靈活有效的調整成樁打設角度，能夠在佔地較小情況下加固房屋基礎與隧道之間土體。同時由於旋噴噴嘴為多孔管，可以360°擺動，因此樁體截面幾何形狀形狀可以根據加固需要為任一扇形，有效節省了水泥漿液用量，經濟性較強。
(2)樁徑大，樁身質量好
該工法施工旋噴樁噴射流初始壓力達40mpa，流量約90～130l/min，使用單噴嘴噴射，每米噴射時間30～40min(平均提升速度2.5～3.3cm/min)，噴射流能量大，作用時間長，因此能夠適用於大部分硬塑粘土層(粘土凝聚力c＜50kpa)和砂層(砂土貫擊數n＜70擊)，再加上穩定的同軸高壓空氣的保護及噴漿壓力根據地內壓力調整，使得單樁成樁直徑大於傳統旋噴樁(可達2～4m)。在砂層中直接採用水泥漿液進行噴射，形成加固體強度較高(軸心抗壓強度可達10mpa)。
(3)對周邊環境影響小
傳統高壓噴射注漿工藝產生的多餘泥漿是通過土體與鑽杆的間隙，在地面孔口處自然排出。這樣的排漿方式往往造成地層內壓力偏大，導致周圍地層產生較大變形、地表隆起。同時在加固深處的排泥比較困難，造成鑽杆和高壓噴射槍四周的壓力增大，往往導致噴射效率降低，影響加固效果及可靠性。該工法工法能夠通過鑽頭傳感器對地層內壓力監測和多重管抽漿進行強制排漿，保證旋噴成樁時對地內壓力可控，可以大幅度減少施工對周邊環境的擾動。
(4)泥漿汙染少
該工法採用專用排泥管進行排漿，通過泵送方式長距離輸送地層內多餘廢漿至泥漿循環池，有利於泥漿集中管理，且泥漿進行沉澱分離後可以在引孔過程中循環利用。同時對地內壓力的調控，也減少了泥漿竄入土壤、水體或是地下管道的現象，對環境汙染少。
本發明的其它優點、目標和特徵將部分通過下面的說明體現，部分還將通過對本發明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。
附圖說明
圖1為本發明的流程圖；
圖2為本發明的旋噴樁位置關係圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
應當理解，本文所使用的諸如「具有」、「包含」以及「包括」術語並不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。
如圖1、2所示，本發明提供一種用於盾構下穿房屋的微擾動傾斜旋噴群樁咬合加固工法，包括：
根據房屋和隧道的位置關係確定旋噴樁打設位置、成樁角度、打入深度、預留空樁位置；
根據打設位置、成樁角度、打入深度以及預留空樁位置確定鑽孔參數，並鑽設斜孔；
檢測預設範圍內的地面初始高度；
將鑽杆下方到斜孔中進行旋噴樁施工，鑽杆至少包括一節抽吸多重管，在施工過程中實時檢測地面高度，若預設範圍內的任一位置的地面高度升高量高於第一閾值，則利用抽吸多重管進行抽漿至地面高度不再升高，若預設範圍內的任一位置的地面高度降低量低於第二閾值，則利用抽吸多重管注水或空氣至地面高度不再降低。
在上述技術方案中，在房屋和隧道之間的位置傾斜鑽孔然後打樁，打樁過程中實時檢測地面高度，若地面高度超過一定閾值，則表明地面隆起嚴重，則進行抽漿，使地面不再繼續隆起，若地面高度低於一定閾值，則表明地面沉降嚴重，則進行注水注氣，使地內壓力升高，地面不再沉降。本方案只對單一樁體的打設方法進行了描述，為了提高加固效果，打設多個旋噴樁，並相互咬合，各樁的打設方法與方案相同。可見，本技術方案可以在房屋沉降或隆起之前進行提前保護，並且能夠最大程度降低對房屋的擾動影響。
在另一種技術方案中，所述的用於盾構下穿房屋的微擾動傾斜旋噴群樁咬合加固工法，鑽設斜孔後，利用鑽孔參數和土體容重確定初始地內壓力，旋噴樁施工時，在鑽杆上設置壓力檢測裝置，並實時檢測地內壓力，若地內壓力大於初始地內壓力，則利用抽吸多重管進行抽漿至壓力與初始地內壓力相等，若地內壓力小於初始地內壓力，則利用抽吸多重管注水或空氣至與初始地內壓力相等。這裡，根據鑽孔挖去的土方算出使地內壓力平衡需要的壓力，若地內壓力偏大，則進行抽漿，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，更好地保護房屋。
在另一種技術方案中，所述的用於盾構下穿房屋的微擾動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。這裡提供了第一閾值和第二閾值的優選值，該優選值能較好地保護房屋。
在另一種技術方案中，所述的用於盾構下穿房屋的微擾動傾斜旋噴群樁咬合加固工法，如圖2所示，打設位置距離房屋基礎的水平距離最小不應超過0.8d，d為隧道直徑。這裡，提供了打設位置的確定方法，打設位置為地面上的起始位置。
在另一種技術方案中，所述的用於盾構下穿房屋的微擾動傾斜旋噴群樁咬合加固工法，如圖2所示，樁體位於在隧道與房屋基礎之間，樁體與隧道外圓距離為1米。這裡，提供了成樁角度的確定方法，樁體中心線與隧道外圓對應位置切線的距離為1米。
在另一種技術方案中，所述的用於盾構下穿房屋的微擾動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的交點為起點，作與隧道橫向中心線夾角為45°的直線，樁體位於該直線靠近房屋基礎一側的長度不小於1.5m。這裡，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。
在另一種技術方案中，所述的用於盾構下穿房屋的微擾動傾斜旋噴群樁咬合加固工法，如圖2所示，以房屋外牆線與地面的交點為起點，作與豎直方向呈45°的直線，斜孔位於該直線靠近房屋基礎一側的部分為預留空樁位置。這裡，提供了預留空樁位置的確定方法，該方法確定的預留空樁位置的加固效果最好。
在另一種技術方案中，所述的用於盾構下穿房屋的微擾動傾斜旋噴群樁咬合加固工法，在鑽設斜孔的過程中，使用鈣基膨潤土漿作為護壁液，護壁液的粘度不小於45s，比重範圍為1.18～1.25。這裡，提供了護壁液的優選參數，能夠較好的適應富水砂層。
在另一種技術方案中，所述的用於盾構下穿房屋的微擾動傾斜旋噴群樁咬合加固工法，斜孔中心與樁體中心誤差小於50毫米。這裡提供了斜孔的最大誤差值。
在另一種技術方案中，所述的用於盾構下穿房屋的微擾動傾斜旋噴群樁咬合加固工法，所述預設範圍為以樁體在地面投影長度為半徑組成的圓。這裡提供了預設範圍的優選範圍。
在另一種技術方案中，如圖1所示，揭示本發明所提供的一種適用於盾構在富水砂層中掘進的高壓微擾動傾斜旋噴咬合群樁加固方法的工藝流程示意圖，該方法適用於盾構機與房屋水平距離較近，需要長距離側穿甚至下穿房屋群，而地面房屋密集水平和豎直旋噴樁難以施工時研發的傾斜咬合群樁加固方案，尤其是針對基礎埋深較淺對地面沉降較為敏感的簡單框架結構多層房屋。該工法的實施步驟包含：
(1)根據房屋基礎形式和地下管線情況確定成樁角度和成樁位置，採用全站儀在施工區域內布置控制點，通過控制點進行樁位放樣，成樁具體細節如下：
1、如附圖2中所示，根據房屋和隧道水平相對位置確定旋噴樁打設位置位於隧道靠近房屋一側地面，為減小成樁過程中對房屋的擾動，成樁位置距離房屋水平距離最小不應超過0.8d(d為隧道直徑)。
2、確定房屋基礎埋深和隧道埋深後確定成樁角度，成樁角度應保證群樁樁體在隧道開挖面和房屋基礎之間，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隧道橫向中心線確定，以橫向中心線靠近房屋一側方向成45°範圍內樁體長度不小於1.5m為準，如附圖2中所示。
4、為減小成樁過程對淺層土體擾動，原地面以下預留空樁，空樁長度以房屋外牆線靠近隧道方向成45°角位置處為停止旋噴、預留空樁位置，如附圖2中所示。
(2)施工後配套泥漿沉澱循環池及水泥漿拌制池，布置泥漿泵送管路並調試長距離泵送設備，檢查設備的運行情況，確保主機、高壓泵、空壓機、泥漿攪拌系統、抽漿管理裝置等都能正常工作狀態下進行主機就位，機架放置平穩後開始對水平度校零。
(3)確定打設角度、樁長和咬合長度後，為保證傾斜樁打設角度穩定且減少初始成樁時對淺基礎地基擾動，採用等直徑鑽頭預先成孔，成孔後擴孔，鑽頭需焊接相應的合金，以便破除局部障礙，成孔全過程中採用測斜儀對傾斜孔進行精度測量，成孔中心與樁位中心誤差小於50mm。
(4)為防止砂層中塌孔，配置鈣基膨潤土漿作為斜孔護壁泥漿，實時調整泥漿配比，保證粘度≥45s。比重範圍為1.18～1.25。
(5)成孔至設計深度後，更換前端鑽杆為多重管旋噴裝置並安裝前端壓力監測裝置，由於鑽杆為逐節螺栓連接，對接時認真檢查密封圈情況；若鑽杆在下放過程中下放困難，打開削孔水進行正常削孔鑽進，此過程中需對孔口進行密封。
(6)重複步驟(4)、(5)直至鑽頭到達預定深度後，開始校零，使動力頭「0」刻度、噴嘴、鑽杆上白線處於同一條直線，然後設定各工藝參數，包括搖擺角度、引拔速度、迴轉數等等，同時開展水泥漿配比試驗確定水泥漿配比(水灰比1:1)並拌置水泥漿。
(7)以上參數設定完成之後，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行排漿，在確認排漿正常時，開啟高壓水泥泵和主空氣空壓機。首先用水向上噴設50cm，壓力為10mpa，然後把水切換成水泥漿，鑽杆重新下放到位後開始自下而上提升鑽杆、噴射混凝土進行旋噴樁施工。施工過程中注意地層壓力變化和地面沉降監測反饋，當旋噴壓力過大或提升速度過快或抽漿排量不正常導致地層壓力過大時，及時調整水泥噴射壓力和排漿閥流量進行抽漿，控制地內壓力在安全範圍以內。
(8)需要注意，在開啟高壓水泥泵時，壓力不可太高，應逐步增壓，直到達到指定壓力，在達到指定壓力並確認地內壓力正常後，才可開始提升。水切換成水泥漿時，壓力會自動上升，壓力有突變時方可調節壓力。
(9)逐節提升鑽杆後對鑽杆進行拆卸，拆卸時需把水泥漿切換成循環水後方可拆卸，當水泥漿泵壓力有下調趨勢，說明水流已經到達噴嘴位置，此時關閉水泥漿泵、主空氣、倒吸空氣和倒吸水流。
(10)注意在拆卸鑽杆的過程中，認真檢查密封圈和數據線的情況，看是否損壞，地內壓力顯示是否正常，如有問題應及時排除方可繼續噴漿。拆卸鑽杆後，需及時對鑽杆進行衝洗及保養。
(11)重複以上步驟，直到施工結束。
儘管本發明的實施方案已公開如上，但其並不僅僅限於說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用於各種適合本發明的領域，對於熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同範圍所限定的一般概念下，本發明並不限於特定的細節和這裡示出與描述的圖例。