下穿既有构筑物管幕施工沉降控制补偿系统及方法

摘要

本发明公开了一种下穿既有构筑物管幕施工沉降控制补偿系统及方法，解决了下穿既有构筑物时矿山法开挖段隧道的上方土体下沉控制及补偿的难题。包括在区间人防段隧道（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（1）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（6）之间设置有钢管顶进设备（8），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（7）之间设置有锁扣（14），在锁扣管幕钢管的外侧壁（2）上固定焊接有袖阀管（12），在袖阀管的入浆口上连接有注浆机（13），袖阀管芯管的管芯注浆枪头是设置在既有构筑物正下方的。本发明利用了现场的已有设备，沉降控制补偿效果好。

说明书

技术领域

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沉降进行控制和补偿的系统和方法，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构筑物，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系统及方法。

背景技术

在城市地铁施工中，下穿既有构筑物的情况越来越多。当既有构筑物下方的土体受到扰动时，扰动范围内的既有构筑物由于受扰动强度不同的影响，会产生超限的差异沉降，从而影响到既有构筑物的安全。因此控制沉降，并对已发生的沉降进行补偿，已成为下穿既有构筑物时施工中必须解决的问题。在现有技术中，矿山法下穿既有构筑物，一般采用全断面深孔注浆方法，对其上方的土体进行加固。在全断面深孔注浆时，为了达到深孔注浆的效果，需要较大的注浆空间，特别是在施工作业过程中，已有构筑物已发生沉降后，一般采用深孔注浆的方法，对沉降进行补偿，由于受施工地理环境的限制，深孔注浆工艺无法进行。在沉降控制上，现有技术也有采用管棚支撑工艺的，这种工艺对管棚上方的土体也有一定的棚护作用，但管棚钢管的钻进多采用带水成孔作业方式，水进入构筑物下方土体，反而加重了土体的沉降，若不带水作业，将大管径钢管直接顶进土体中，又存在顶进困难。另外，管棚中相邻钢管的间隙，也会诱发其上方的土体沉降。

发明内容

本发明提供了一种下穿既有构筑物管幕施工沉降控制补偿系统及方法，解决了下穿既有构筑物时矿山法开挖段隧道的上方土体下沉控制及补偿的难题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

一种下穿既有构筑物管幕施工沉降控制补偿系统，包括在地上设置的既有构筑物，在既有构筑物的下方设置有矿山法暗挖下穿段区间隧道，在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，在区间人防段隧道的上方端头墙中，设置有锁扣管幕，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，钢管顶进设备的螺旋钻杆设置在锁扣管幕钢管中，螺旋钻杆的端头顶端与锁扣管幕钢管的右端口外侧面之间的距离为10厘米，在钢管顶进设备的出土口的下方设置有计量土斗，在锁扣管幕钢管与第二根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注浆管，在袖阀管注浆管中设置有袖阀管芯管，袖阀管芯管的管芯注浆枪头是设置在既有构筑物正下方的，在袖阀管芯管的入浆口上连接有注浆机。

注浆机的袖阀管注浆压力为2兆帕。

一种下穿既有构筑物管幕施工沉降控制补偿方法，包括以下步骤：

第一步、在既有构筑物的下方准备开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道的左端开挖出区间人防段隧道；

第二步、在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，在锁扣管幕钢管的外侧壁顶面上和第二根锁扣管幕钢管的外侧壁顶面上分别焊接袖阀管注浆管；在1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；

第三步、将钢管顶进设备安装在已开挖的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安装锁扣管幕钢管，启动钢管顶进设备，将锁扣管幕钢管顶入上方端头墙前方的既有构筑物下方的土体中；

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注浆管接到注浆机上，在注浆机中装入第二步得到的膨润土浆液，并将膨润土浆液注入到第一根锁扣管幕钢管周围的土体中，以降低第一根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顶端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；在顶进过程中，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，在顶入过程中重复上述第四步步骤，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；

第七步、当既有构筑物发生沉降时，将袖阀管芯管的管芯注浆枪头伸到既有构筑物的正下方，在注浆机中装入双液注浆液，通过注浆机对构筑物正下方的土体进行双液注浆，使构筑物的沉降得到补偿。

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，保证了既有构筑物安全。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A-A向剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种下穿既有构筑物管幕施工沉降控制补偿系统，包括在地上设置的既有构筑物1，在既有构筑物1的下方设置有矿山法暗挖下穿段区间隧道3，在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，在区间人防段隧道4的上方端头墙5中，设置有锁扣管幕，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的螺旋钻杆9设置在锁扣管幕钢管7中，螺旋钻杆9的端头顶端与锁扣管幕钢管7的右端口外侧面之间的距离10为10厘米，在钢管顶进设备8的出土口的下方设置有计量土斗11，在锁扣管幕钢管7与第二根锁扣管幕钢管2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注浆管12，在袖阀管注浆管12中设置有袖阀管芯管15，袖阀管芯管15的管芯注浆枪头16是设置在既有构筑物1正下方的，在袖阀管芯管15的入浆口上连接有注浆机13。

注浆机13的袖阀管注浆压力为2兆帕。

一种下穿既有构筑物管幕施工沉降控制补偿方法，包括以下步骤：

第一步、在既有构筑物1的下方准备开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道3的左端开挖出区间人防段隧道4；

第二步、在锁扣管幕钢管7的外侧壁上焊接锁扣14的母扣，在第二根锁扣管幕钢管2的外侧壁上焊接锁扣14的子扣，在锁扣管幕钢管7的外侧壁顶面上和第二根锁扣管幕钢管2的外侧壁顶面上分别焊接袖阀管注浆管12；在1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；

第三步、将钢管顶进设备8安装在已开挖的区间人防段隧道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之间安装锁扣管幕钢管7，启动钢管顶进设备8，将锁扣管幕钢管7顶入上方端头墙5前方的既有构筑物1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1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上焊接的袖阀管注浆管12接到注浆机13上，在注浆机13中装入第二步得到的膨润土浆液，并将膨润土浆液注入到第一根锁扣管幕钢管7周围的土体中，以降低第一根锁扣管幕钢管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1下方土体的整个过程中，钢管顶进设备8的螺旋钻杆9的端头顶端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；在顶进过程中，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2，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1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2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1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；

第七步、当既有构筑物1发生沉降时，将袖阀管芯管15的管芯注浆枪头16伸到既有构筑物1的正下方，在注浆机13中装入双液注浆液，通过注浆机13对构筑物1正下方的土体进行双液注浆，使构筑物1的沉降得到补偿。

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。当既有构筑物1发生沉降时，将袖阀管芯管15的管芯注浆枪头16伸到既有构筑物1的正下方，在注浆机13中装入双液注浆液，通过注浆机13对构筑物1正下方的土体进行双液注浆，双液注浆具有将注浆土体隆起的效果，使构筑物1的沉降得到补偿。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1下方的土体过程中遇阻，通过注浆机13注入膨润土浆液，起到减小阻力的作用，当发生沉降时，通过注浆机13注入双液浆，对沉降的土体产生隆起的作用。