注漿加固方法、頂管施工方法及應用與流程

2023-05-16 14:11:32

本發明涉及管道施工技術領域，具體而言，涉及一種注漿加固方法、頂管施工方法及應用。

背景技術：

頂管施工方法指的是在地表不開槽的條件下鋪設地下管線的施工技術。具體地指在工作坑內藉助於頂進設備產生的頂力，克服管道與周圍土壤之間的摩擦力，將管道按照涉及的坡度頂入土中，並將土方運走。一節管道完成頂入土層後，再下第二節管道繼續頂進。

在具體施工過程中，遇到頂管所處地層大部分為鬆散土石堆棄層，存在大量的孤石的地質情況，通常採用人工手掘式頂管的施工方案。然而在頂管施工過程中不可避免地會破壞管道周圍土體原有的平衡，容易出現工作面的超挖或塌方現象，以致造成地面的沉降變形，對施工人員、周圍的建築物或地下管網產生安全隱患。

有鑑於此，特提出本發明。

技術實現要素：

本發明的第一個目的在於提供一種注漿加固方法，以改善現有的頂管施工過程中容易出現工作面的超挖或塌方現象，以致造成地面的沉降變形，對施工人員、周圍建築物或地下管網產生安全隱患的技術問題。

本發明的第二個目的在於提供一種頂管施工方法，該方法中應用上述注漿加固方法對管道進行固結，能夠保證在後續的頂進開挖過程中，地層固結得較好，有效防止超挖或塌方現象，從而能夠保證施工人員的人身安全，並且避免地面沉降或變形而影響周圍建築物或地下官網安全的問題。該方法施工方便，土地穩固，安全可靠。

本發明的第三個目的在於提供一種上述注漿加固方法和頂管施工方法在管道施工中的應用，能夠使地層固結牢固，防止地面沉降或變形，有效延長管道系統的使用壽命。

為了實現本發明的上述目的，特採用以下技術方案：

本發明提供一種注漿加固方法，包括非道路段地層的注漿加固方法和道路段地層的注漿加固方法；所述非道路段地層的注漿加固方法包括如下步驟：先確定加固範圍，以頂管上方及兩側0.5-1.0m範圍內的地層作為加固範圍，注漿高度為6-10m；然後採用豎向成孔至頂管頂部及兩側，孔內插入注漿管；最後向注漿管內注入漿液；所述道路段地層的注漿加固方法包括如下步驟：先確定加固範圍，以頂管底部向上至道路路面結構層底部為高度，且頂管兩側各2-4m為寬度範圍的地層作為加固範圍，注漿高度為9-12m；然後採用豎向成孔至頂管頂部及兩側，孔內插入注漿管；最後向注漿管內注入漿液。

可選地，在所述非道路段地層的注漿加固方法中，注漿管設置至少三排；相鄰注漿管的橫向間距為1.2-1.6m，縱向間距為0.8-1.2m。

可選地，在所述非道路段地層的注漿加固方法中，採用雙液注漿的方式向注漿管內注入漿液。

可選地，在所述道路段地層的注漿加固方法中，相鄰注漿管的橫向間距和縱向間距均為0.8-1.2m。

可選地，在所述道路段地層的注漿加固方法中，注漿管的管壁上沿軸向每隔40-50cm設置有出漿孔，所述出漿孔沿注漿管的周向至少設置有兩排。

可選地，在本發明注漿加固方法中，注漿管的直徑為40-50mm。

可選地，注漿管內注入的漿液為觸變泥漿，觸變泥漿的水灰比為1：(1-2)。

優選地，在本發明注漿加固方法中，包括非道路段地層的注漿加固方法和道路段地層的注漿加固方法；所述非道路段地層的注漿加固方法包括如下步驟：先確定加固範圍，以頂管上方及兩側1.0m範圍內的地層作為加固範圍，注漿高度為6-10m；然後採用豎向成孔至頂管頂部及兩側，孔內插入注漿管，注漿管設置有三排，相鄰注漿管的橫向間距為1.5m，縱向間距為1m；最後向注漿管內注入觸變泥漿，觸變泥漿的水灰比為1：1；所述道路段地層的注漿加固方法包括如下步驟：先確定加固範圍，以頂管底部向上至道路路面結構層底部為高度，且頂管兩側各3m為寬度範圍的地層作為加固範圍，注漿高度為9-12m；然後採用豎向成孔至頂管頂部及兩側，孔內插入注漿管，注漿管設置有五排，相鄰注漿管的橫向間距和縱向間距均為1m，注漿管的管壁上沿軸向每隔50cm設置有出漿孔，且出漿孔沿注漿管的周向分三排交錯設置；最後向注漿管內注入觸變泥漿，觸變泥漿的水灰比為1：1。

本發明還提供一種頂管施工方法，先採用本發明所述的注漿加固方法對地層進行加固處理，然後再進行頂管施工。

本發明還提供一種本發明所述注漿加固方法及本發明所述的頂管施工方法在管道施工中的應用。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

(1)本發明注漿加固方法，根據施工路段不同，採用非道路段地層的加固方法和道路段地層的注漿加固方法兩種不同方法進行地層加固，由於提前對頂管施工的地層進行了針對性的固結，因此能夠有效防止頂管施工過程的超挖現象，工作面比較穩定，避免出現塌方現象或造成地面沉降變形的問題，有效保證了頂進開挖施工人員的人身安全，同時消除了施工周圍建築物或地下管網的安全隱患。該注漿加固方法適於在地層大部分為鬆散土石堆棄層，存在大量的孤石的地質情況中進行推廣應用。

(2)本發明頂管施工方法，先在施工前期採用本發明注漿加固方法對相應地層進行固結，然後進行頂進開挖。由於採用本發明注漿加固方法使地層固結的較好，因此能夠防止頂管施工時的超挖現象，保證開挖工作面的穩定性，避免出現塌方現象或造成地面沉降變形的問題，有效保證頂進開挖過程中施工人員的人身安全；此外通過有效控制地面的穩定性，使頂管穿過道路時沒有地面變化，保證路面行車安全及周圍建築的安全。該方法施工過程安全可靠，適於推廣應用。

(3)本發明注漿加固方法和頂管施工方法應用於管道施工中，能夠使地層固結牢固，保證管道系統的整體結構穩定，延長管道的使用壽命，提高工程效益。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式或實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為非道路段地層注漿加固時的簡易結構示意圖；

圖2為道路段地層注漿加固時的簡易結構示意圖。

圖標：001-頂管；002-注漿管；003-道路路面結構層。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式是本發明一部分實施方式，而不是全部的實施方式。基於本發明中的實施方式和實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬於本發明保護的範圍。未註明具體條件者，按照常規條件或製造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未註明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語「上」、「中」、「下」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，可以是信號連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

根據本發明的一個方面，本發明實施方式提供一種注漿加固方法，包括非道路段地層的注漿加固方法和道路段地層的注漿加固方法；

非道路段地層的注漿加固方法包括如下步驟：先確定加固範圍，以頂管上方及兩側0.5-1.0m範圍內的地層作為加固範圍，注漿高度為6-10m；然後採用豎向成孔至頂管頂部及兩側，孔內插入注漿管；最後向注漿管內注入漿液；

道路段地層的注漿加固方法包括如下步驟：先確定加固範圍，以頂管底部向上至道路路面結構層底部為高度，且頂管兩側各2-4m為寬度範圍的地層作為加固範圍，注漿高度為9-12m；然後採用豎向成孔至頂管頂部及兩側，孔內插入注漿管；最後向注漿管內注入漿液。

與現有技術相比，本發明實施方式提供的注漿加固方法具有如下有益效果：

本發明實施方式提供的注漿加固方法，根據施工路段不同，採用非道路段地層的加固方法和道路段地層的注漿加固方法兩種不同方法進行地層加固，由於提前對頂管施工的地層進行了針對性的固結，因此能夠有效防止頂管施工過程的超挖現象，工作面比較穩定，避免出現塌方現象或造成地面沉降變形的問題，有效保證了頂進開挖施工人員的人身安全，同時消除了施工周圍建築物或地下管網的安全隱患。該注漿加固方法適於在地層大部分為鬆散土石堆棄層，存在大量的孤石的地質情況中進行推廣應用。

可選地，為了實現對非道路段頂管施工過程中頂管周圍的地層進行有效加固的目的，本發明實施方式提供的注漿加固方法，在非道路段地層的注漿加固方法中，注漿管設置至少三排；相鄰注漿管的橫向間距為1.2-1.6m，縱向間距為0.8-1.2m。較佳地，可以在頂管位置的正上方設置一排注漿管，同時在頂管位置的兩側各設置一排注漿管，根據實際需要也可以在頂管位置的兩側各設置至少兩排注漿管。由於注漿管的排數及相鄰注漿管的橫向間距和縱向間距設置適宜，因此不僅能夠降低豎向成孔及注漿管的成本，還能夠保證對相應地層實現較佳的固結效果，提高工程的安全性和穩定性。

可選地，在非道路段地層的注漿加固方法中，相鄰注漿管的橫向間距典型但非限制性為1.2m、1.3m、1.4m、1.5m或1.6m；縱向間距典型但非限制性為0.8m、0.9m、1.0m、1.1m或1.2m。

優選地，為了提高對相應地層的固結強度，非道路段地層的注漿加固方法中，注漿管設置有三排，相鄰注漿管的橫向間距為1.5m，縱向間距為1.0m。

可選地，對於地下水較豐富的地層，為了能夠增加地層的強度，同時實現止水堵漏的效果，本發明實施方式提供的注漿加固方法，在非道路段地層的注漿加固方法中，可以採用雙液注漿的方式向注漿管內注入漿液。施工時，兩種漿液可以通過漿液混合器充分混合，注漿時實施定向、定量和定壓注漿，使頂管周圍地層的空隙或孔隙間充滿漿液並固化，從而增強地層的強度，實現對地下管線的有效保護。

可選地，雙液漿料典型但非限制性為水泥—水玻璃雙液漿料，施工時，可以根據實際需要調節漿料的配比，以實現較佳的固結效果。

可選地，為了實現在頂管施工過程中對頂管周圍的地層進行有效加固的目的，本發明實施方式提供的注漿加固方法，在道路段地層的注漿加固方法中，相鄰注漿管的橫向間距和縱向間距均為0.8-1.2m，注漿管設置至少三排；較佳地，注漿管設置有五排，可以在頂管位置的正上方設置一排注漿管，同時在頂管位置的兩側各設置兩排注漿管，相鄰注漿管的橫向間距和縱向間距均為1m。由於注漿管的排數及相鄰注漿管的橫向間距和縱向間距設置適宜，因此不僅能夠降低豎向成孔及注漿管的成本，還能夠保證對相應地層實現較佳的固結效果，提高工程的安全性和穩定性。

可選地，在道路段地層的注漿加固方法中，相鄰注漿管的橫向間距和縱向間距典型但非限制性均為0.8m、0.9m、1.0m、1.1m或1.2m；較佳地，相鄰注漿管的橫向間距和縱向間距均為1m。

可選地，為了在道路段頂管施工時有效增強相應地層的固結效果，使注漿材料在地層裡向四周迅速擴散和固結，提高漿料固結地層的效率，本發明實施方式提供的注漿加固方法，在道路段地層的注漿加固方法中，注漿管的管壁上沿軸向每隔40-50cm設置有出漿孔，出漿孔沿周向至少設置有兩排。由於在注漿管的管壁上設置有適宜數量的出漿孔，因此能夠保證注漿管中的漿料從多個出漿孔流出，更有利於及時填充地層的空隙或孔隙內，使注漿材料在地層裡向四周迅速擴散和固結，有效提高地層的固結效果。

可選地，注漿管的管壁上沿軸向相鄰出漿孔的間距典型但非限制性為40cm、41cm、42cm、43cm、44cm、45cm、46cm、47cm、48cm、49cm或50cm；出漿孔沿注漿管周向設置的排數典型但非限制性為兩排、三排或四排。

優選地，注漿管的管壁上沿軸向每隔50cm設置有出漿孔，出漿孔沿注漿管的周向分三排交錯設置；注漿管設置有5排，可以在頂管位置的正上方設置一排注漿管，同時在頂管位置的兩側各設置兩排注漿管，相鄰注漿管的橫向間距和縱向間距均為1m。

可選地，為了實現便於對鬆散土石地層固結的效果，本發明實施方式提供的注漿加固方法中，注漿管的直徑為40-50mm，注漿管可以為無縫鋼管；較佳地，在非道路段地層的注漿加固方法中，注漿管的直徑為40mm；在道路段地層的注漿加固方法中，注漿管的直徑為50mm，採用無縫鋼管進行超前支護和注漿加固措施，易於操作，且地層加固見效快，能夠有效防止坍塌或地面沉降的問題。

可選地，注漿管的直徑典型但非限制性為40mm、41mm、42mm、43mm、44mm、45mm、46mm、47mm、48mm、49mm或50mm，注漿管的直徑為外徑。

可選地，注漿管的管壁厚度可以為4-12mm，典型但非限制性為4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm或12mm，較佳地管壁厚度為5mm。

可選地，為了及時填充頂管外壁與土體之間的間隙，使地層的結構穩定，本發明實施方式提供的注漿加固方法中，注漿管內注入的漿液為觸變泥漿，觸變泥漿的水灰比為1：(1-2)。

具體地，當漿液受到剪切時，稠度變小，停止剪切時，稠度又增加的性質稱為觸變性，相應的水分散體稱為觸變泥漿。水灰比指的是觸變泥漿衝水的用量與固體原料用量的比值。

可選地，在本發明中，觸變泥漿為水泥漿，水泥漿的原料為購買的市售產品。

可選地，在本發明中，觸變泥漿為傳統膨潤土泥漿，是以膨潤土為主要材料、cmc(羧甲基纖維素鈉)或其它高分子材料等為輔助材料的一種均勻混合溶液，泥漿原料為購買的市售產品。

優選地，在本發明中，觸變泥漿為fhdf高效膨潤土泥漿，泥漿原料為購買的市售產品。

可選地，觸變泥漿的水灰比典型但非限制性為1：1、1：1.5或1：2；優選地，觸變泥漿的水灰比為1：1。由於水灰比過大時，容易降低觸變泥漿的固結強度，水灰比過小時，則觸變泥漿固結後容易開裂，不利於後續頂管施工操作，因此本發明實施方式選擇了適宜的水灰比，有利於頂管施工的順利進行。

優選地，為了提高對頂管施工周圍地層的固結效果，提高相應地層的安全性和穩固性，本發明實施方式提供的注漿加固方法，包括非道路段地層的注漿加固方法和道路段地層的注漿加固方法；非道路段地層的注漿加固方法包括如下步驟：先確定加固範圍，以頂管上方及兩側1.0m範圍內的地層作為加固範圍，注漿高度為6-10m；然後採用豎向成孔至頂管頂部及兩側，孔內插入注漿管，注漿管設置有三排，相鄰注漿管的橫向間距為1.5m，縱向間距為1m；最後向注漿管內注入觸變泥漿，觸變泥漿的水灰比為1：1；道路段地層的注漿加固方法包括如下步驟：先確定加固範圍，以頂管底部向上至道路路面結構層底部為高度，且頂管兩側各3m為寬度範圍的地層作為加固範圍，注漿高度為9-12m；然後採用豎向成孔至頂管頂部及兩側，孔內插入注漿管，注漿管設置有五排，相鄰注漿管的橫向間距和縱向間距均為1m，注漿管的管壁上沿軸向每隔50cm設置有出漿孔，且出漿孔沿注漿管的周向分三排交錯設置；最後向注漿管內注入觸變泥漿，觸變泥漿的水灰比為1：1。

以下結合具體工程對本發明實施方式提供的注漿加固方法進行詳細說明。

某河道全長2.8km，多年平均流量1.07m3/s，河流沿線地形變化較複雜，河床最窄處寬度約10m，最寬處寬度約18m。由於城市快速發展，河道兩側地塊正在進行城市開發，大部分河段位於城市開發建設的地塊內，對河道水體水質、自然植被、水土保持和水源涵養面造成了一定的破壞，部分河段水面狹窄，河道坡度比較陡，坡度在0.1％-0.3％之間。

上述河道治理工程中的截汙管採用頂管施工，頂管內徑為2000mm，壁厚為200mm，材料為ⅲ級鋼筋砼管，砼標號為c50，抗滲等級為p8。共設5個頂管工作井，直徑為7000mm，4個接收井，直徑為5000mm。管道埋設深度為5-12m，且施工時頂管需要穿過非道路區及城市小區道路。經勘測，頂管穿過的地層大部分為鬆散土石堆砌層，存在大量孤石，主要來源於河道兩岸小區開發時平整場地開挖山坡的土石棄方。

為了消除頂管過程中出現塌方等安全隱患，保證施工人員的安全，同時為了控制頂管開挖時不超挖而造成地面沉降變形，確保施工順利進行，現對頂管周圍的鬆散土層和道路地面以下地層進行注漿加固處理，然後再進行頂管施工。

圖1為非道路段地層注漿加固時的簡易結構示意圖；圖2為道路段地層注漿加固時的簡易結構示意圖。

對於非道路段地層，採用地面注漿的方式進行地層加固，如圖1所示，加固範圍(如圖1中陰影部分所示)主要是頂管001上方及兩側1.0m範圍內的地層，注漿高度為6-10m，以保證頂管001頂進過程能夠安全順利的進行；地面採用豎向成孔至頂管001頂部及兩側，孔內插入直徑40mm的注漿管002，注漿管002設置有3排，具體為在頂管001位置的正上方設置一排注漿管002，同時在頂管001位置的兩側各設置兩排注漿管002，注漿管002的深度根據頂管001埋設深度而定，相鄰注漿管002的橫向間距設置為1.5m，縱向間距設置為1m；向注漿管002內注入水灰比為1：1的水泥漿；對於地層的地下水較豐富的區域，採用水泥-水玻璃雙液注漿。從而在頂管001上部及兩側地層內能夠形成具有一定強度的複合地層(加固地層)，達到穩固地質的目的。

對於道路段地層，先封閉一側道路進行施工，一側施工結束後放開同行，再封閉另一側道路進行施工，施工期間路上禁止停放車輛，保證車輛通行；採用地面注漿的方法進行地層加固，如圖2所示，加固範圍(如圖2中陰影部分所示)為頂管001底部向上至道路路面結構層003底部為高度，且頂管001兩側各3米為寬度，注漿高度為9-12m；地面採用豎向成孔至頂管001頂部及兩側，孔內插入直徑50mm的鋼管作為注漿管002，注漿管002設置有5排，具體為在頂管001位置的正上方設置一排注漿管002，同時在頂管001位置的兩側各設置兩排注漿管002，相鄰注漿管002的橫向間距和縱向間距均為1m，注漿管002的管壁上沿軸向每隔50cm設置出漿孔，且出漿孔沿注漿管002的周向分三排交錯設置；向注漿管002內注入水灰比為1：1的水泥漿，從而在頂管001底部向上至道路路面結構層003底部之間形成具有一定強度的複合地層(加固地層)，達到穩固道路路基的效果。

根據本發明的另一個方面，本發明實施方式提供一種頂管施工方法，先採用本發明注漿加固方法對地層進行加固處理，然後再進行頂管施工。

本發明實施方式提供的頂管施工方法，先在施工前期採用本發明注漿加固方法對相應地層進行固結，然後進行頂進開挖。由於採用本發明注漿加固方法使地層固結的較好，因此能夠防止頂管施工時的超挖現象，保證開挖工作面的穩定性，避免出現塌方現象或造成地面沉降變形的問題，有效保證頂進開挖過程中施工人員的人身安全；此外通過有效控制地面的穩定性，使頂管穿過道路時沒有地面變化，保證路面行車安全及周圍建築的安全。該方法施工過程安全可靠，適於推廣應用。

本發明實施方式還提供一種本發明注漿加固方法及本發明頂管施工方法在管道施工中的應用。

本發明實施方式提供的漿加固方法和頂管施工方法應用於管道施工中，能夠使地層固結牢固，保證管道系統的整體結構穩定，延長管道的使用壽命，提高工程效益。

儘管已用具體實施方式和實施例來說明和描述了本發明，然而應意識到，在不背離本發明的精神和範圍的情況下，可以做出許多其它的更改和修改。因此，這意味著在所附權利要求中包括屬於本發明範圍內的所有這些變化和修改。