一种综合管廊隧道下穿既有地铁盾构的地层加固方法

摘要

本发明公开了一种综合管廊隧道下穿既有地铁盾构的地层加固方法，涉及隧道施工领域，包括地面注浆加固来加强土体承载和抗渗能力、地铁隧道洞内预加固来降低既有地铁变形和渗流影响、盾体超前注浆来提高前方土体自稳并减小土体透水性，以及管廊洞内注浆加固来控制围岩变形和堵水，四者共同联系形成完整的防控体系。本发明相对于传统注浆充填具有更全面的安全防控能力。此外，针对不同断面既有地铁的受力特征优化了注浆范围，有效防控既有盾构区间大变形和扭转风险，且避免了大范围全部加固的耗时耗材缺点，大大提升了施工效益。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，尤其是涉及一种综合管廊隧道下穿既有地铁盾构的地层加固方法。

背景技术

目前城市地下工程建设快速发展，合理的规划使用地下空间尤为重要。综合管廊就是集电力、通信、燃气、供热、给排水等各种工程管线于一体，实现统一规划、统一设计、统一建设和管理。然而，随着各大城市地铁建设发展，在城区内修建大断面综合管廊隧道时常会穿越各种既有地铁盾构区间。新建综合管廊隧道开挖产生的地层扰动给近接盾构区间带来巨大的安全隐患。当盾构掘进下穿带来地层损失和应力扰动，间接诱发上部既有地铁结构位移影响超出一定范围时，将会对新建和既有隧道结构，甚至周围地层环境造成严重破坏。轻则衬砌结构开裂、不均匀沉降与倾斜，重则地层塌陷，结构坍塌，威胁人民的生命财产安全。

主动防控新建综合管廊隧道施工对上方既有盾构区间的安全影响至关重要。现有措施大部分仅考虑单一形式的加固方式，并不能有效控制地下盾构施工安全和近接地铁结构安全。此外，现有加固体系并未考虑隧道重叠段的特殊形式，多为相互交叉穿越工况。再者，为安全考虑，多为大范围的注浆加固，这导致工程经济效益低。因此，研发一种有效防控既有盾构区间沉降大变形和扭转风险且减少非必要的大范围加固，对盾构隧道后续施工安全防控和经济效益是具有一定的工程意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术中存在的缺点，提供了一种综合管廊隧道下穿既有地铁盾构的地层加固方法，该加固方法能够有效防控既有盾构区间大变形和扭转风险且避免大范围加固的不经济性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种综合管廊隧道下穿既有地铁盾构的地层加固方法，包括：

地面注浆加固措施，通过地面注浆孔向地层注入双液浆形成多面加固墙，达到土体承载和抗渗能力的加强；

地铁隧道洞内预加固措施，通过地铁洞内注浆管向地层注浆形成底部加固区，降低既有地铁变形和渗流影响；

新建综合管廊盾体超前注浆措施，通过盾体超前注浆孔向盾构前上方土体注浆，达到盾构前方土体自稳并减小土体透水性；

新建管廊洞内注浆加固，通过管廊洞内注浆管向地层注浆形成拱顶加固区，达到围岩变形控制和堵水；

所述地面注浆加固、地铁隧道洞内预加固、盾体超前注浆和管廊洞内注浆加固是相辅相成，共同联系形成完整的加固防控体系。

进一步的，所述地面注浆孔，布置在既有地铁隧道中心线2m和5m位置，在地面上垂直钻孔，钻孔深度为隧道结构上下3m至地表范围内，注浆孔间距为3m，呈梅花形布置。

进一步的，所述地面注浆孔，包括远侧地面注浆孔和近侧地面注浆孔；注浆孔钻孔完成后管廊区间下穿前，在孔内预先填充中粗砂。

进一步的，所述地面注浆加固措施，当管廊区间下穿过程中，地铁既有线变形超过4mm，采用WSS钻注一体机进行后退式注浆加固，用于对地表及地铁隧道下方土体进行加固。

进一步的，所述地面注浆加固措施，包括外侧穿越、重叠穿越、内侧穿越三种加固型式，避免了大范围加固的不经济性。

进一步的，所述地面注浆孔，在远侧区间采用与综合管廊延伸方向平行的布孔方案，在近侧区间存在重叠段采用与近侧区间隧道延伸方向平行的布孔方案。

进一步的，所述地铁隧道洞内预加固，为避免注浆加固造成隧道水平位移，每一环注浆针对5点位和7点位同步对称进行。

进一步的，所述盾体超前注浆，设计的是Φ50钻孔直径，18-20m钻孔深度，13°外插角。在施工作业中，中盾预留超前注浆孔到刀盘的长度约6m，实际有效注浆深度约14m，管片环宽1.5m，即8.7环，为保障前后两次的注浆面的咬合，每推进6环做一次循环。

进一步的，所述新建管廊洞内注浆加固，在外侧穿越段采取在距离地铁隧道较近一端的1点或2点位管片手孔采用打设钢花管方式径向注入水泥-水玻璃双液浆；在重叠穿越段采取在管廊隧道1点或2点和10点或11点位垂直向上注浆。在内侧穿越段采取在管廊隧道1点或2点和10点或11点位径向注浆。

本发明的有益效果是：

（1）本发明综合考虑了地面注浆加固、地铁隧道洞内预加固、盾体超前注浆和管廊洞内注浆加固相结合的完整防控体系，相对于传统注浆方案具有更强的安全防控能力；

（2）本发明基于新建管廊下穿地铁隧道不同情况的受力特征，分别设计有注浆方案，有效防控既有盾构区间大变形和扭转风险，且避免了大范围全部加固的耗时耗材缺点，大大提升了施工效益。

附图说明

图1为本发明近接隧道地层加固地面注浆孔布置平面图；

图2为本发明近接隧道地层加固地面注浆孔位置关系图；

图3为本发明A断面外侧穿越段地层加固体系示意图；

图4为本发明B断面重叠穿越段地层加固体系示意图；

图5为本发明C断面内侧穿越段地层加固体系示意图；

图6为本发明新建管廊隧道盾体超前注浆加固示意图；

图中：1-远侧既有地铁区间，2-近侧既有地铁区间，3-新建综合管廊，4-远侧地面注浆孔，5-近侧地面注浆孔，6-盾构机，7-地铁洞内注浆管，8-管廊洞内注浆管，9-盾体超前注浆孔，10-超前注浆范围。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及具体实施方法对本发明作进一步说明。

如图1-6所示，一种综合管廊隧道下穿既有地铁盾构的地层加固方法，包括：

地面注浆加固措施，其是通过远侧地面注浆孔4和近侧地面注浆孔5向地层注入双液浆形成多面加固墙，达到土体承载和抗渗能力的加强；

地铁隧道洞内预加固措施，其是通过地铁洞内注浆管7向地层注浆形成底部加固区，降低既有地铁变形和渗流影响；

新建综合管廊3盾体超前注浆措施，其是通过盾体超前注浆孔9向盾构机6前上方土体注浆，达到盾构机6前方土体自稳并减小土体透水性；

新建综合管廊3洞内注浆加固，其是通过管廊洞内注浆管8向地层注浆形成拱顶加固区，达到围岩变形控制和堵水；

所述地面注浆加固、地铁隧道洞内预加固、盾体超前注浆和管廊洞内注浆加固是相辅相成，共同联系形成完整的防控加固体系。

在施工时，具体施工步骤是：

步骤一：在新建综合管廊3盾构机6将要穿越时，提前在既有地铁隧道中心线外2m和5m位置进行垂直钻孔，注浆孔间距为3m，呈梅花形布置。在远侧既有地铁区间1采用与新建综合管廊3延伸方向平行的布孔方案，在近侧既有地铁区间2存在重叠段采用与近侧既有地铁区间2隧道延伸方向平行的布孔方案。钻孔深度为既有隧道结构上下3m至地表范围内。注浆孔钻孔完成后，新建综合管廊3下穿前，在孔内预先填充中粗砂。

步骤二：在新建综合管廊3下穿过程中，地铁既有线变形超过4mm，采用WSS钻注一体机进行后退式注浆加固，用于对地表及地铁隧道下方土体进行加固。地表注浆采用水泥-水玻璃双液浆，采用P·O42.5普通硅酸盐水泥单液浆，水灰比1:1，水玻璃（波美度39）与水按体积比1:1稀释，水泥浆-稀释后水玻璃体积比为1:1，采用现场试配，该液浆的初凝时间为60s，注浆压力控制在0.5-1MPa。值得注意的是：在外侧穿越时，仅对近侧既有地铁区间2外侧两排进行注浆；当重叠穿越时，仅对近侧既有地铁区间2内外侧四排进行注浆；在内侧穿越时，对近侧既有地铁区间2内外侧和远侧既有地铁区间1内侧六排进行注浆。

步骤三：在近侧既有地铁区间2内利用管片上预留的地铁洞内注浆管7对近侧既有地铁区间2管片壁后进行注浆加固，采用两台注浆机同时分别对同一环管片的5点位和7点位进行注浆加固，根据管片错缝拼装原则，采用跳环注浆方式。具体注浆加固过程分两步，第一步为预注浆，每隔3环在5点位和7点位位置进行一次预注浆加固。第二步为跟踪注浆，为避免预注浆堵塞跟踪注浆钢花管，须待预注浆加固全部完成后，对第一步注浆位置预留的中间环5点位和7点位开始开孔并预埋4m长钢花管，后续随盾构机6掘进及自动化监测数据进行跟踪注浆。为避免注浆加固造成既有隧道水平位移，每一环注浆针对5点位和7点位同步进行。其中，预埋地铁洞内注浆管7采用直径Φ25mm钢花管，钢花管埋入深度为4米。注浆压力0.4-0.5MPa。浆液采用水泥-水玻璃双液浆，每一注浆段应反复注浆2-3次，保证注浆质量。

步骤四：考虑后续施工在对上软下硬地层或软弱地层掘进的坍塌风险，利用盾构机6上盾体超前注浆孔9对盾构机6刀盘前上方2～12m 范围土体进行注浆加固，注浆浆液采用双液浆，注浆原则为注浆压力和注浆量双控。主要目的是密实盾构施工区域刀盘前上方土体，保证土体具有一定自稳性，同时，尽可能减小土体透水性，提高盾构机6刀盘前上方土体整体稳定性。其中，施工钻孔采用钻头：Φ50，钻杆：Φ42*2m，钻孔深度：18-20m，外插角：13°。在施工作业中有效钻孔深度20m，实施中以20m为例，其中，中盾预留盾体超前注浆孔9到刀盘的长度约6m，实际有效注浆深度约14m，管片还宽1.5m，即8.7环，为保障前后两次的注浆面的咬合，每推进6环做一次循环。此外，超前注浆所用的浆液及磷酸配比为：水玻璃：水=1:2，磷酸：水=1:30，干水泥：水=10（包）：1m3，水玻璃：水泥（混）=1：1，水玻璃：磷酸（混）=1:1。浆液的配比可根据现场实际情况进行调配，开始注时可将浆液的初凝时间控制在50s左右，随着退杆长度的增加，初凝逐渐缩短时间，控制在30s-40s之间，注浆压力控制在1MPa以内，磷酸的初凝时间控制在25s-30s之间。

步骤五：在新建综合管廊3隧道内部加强二次补浆，同时在隧道拱顶打设管廊洞内注浆管8注浆加固地铁隧道底部土体。在A或者A’断面外侧穿越段，如图3所示，新建综合管廊3隧道侧穿近侧既有地铁区间2的这段范围内，应采取在距离近侧既有地铁区间2较近一端的1点或2点位管片手孔采用打设钢花管方式注入水泥-水玻璃双液浆。在B或者B’断面重叠穿越段，如图4所示，新建综合管廊3隧道与近侧既有地铁区间2平面完全重叠，此段范围内采取在管廊隧道1点或2点和10点或11点位管片手孔采用垂直向上打设钢花管方式注入水泥-水玻璃双液浆。在C断面内侧穿越段，如图5所示，新建综合管廊3隧道位于远侧和近侧既有地铁区间2之间，此段范围内采取在管廊隧道1点或2点和10点或11点位管片手孔采用打设钢花管方式径向注入水泥-水玻璃双液浆。根据管片错缝拼装原则，注浆加固采用跳环钻孔注浆方式，从新建综合管廊3隧道下穿前30m先对已施工的管片进行注浆加固，后续施工过程中，随管片脱出盾尾及时跟进注浆加固措施。

该加固方法实施方式中的地面注浆加固、地铁隧道洞内预加固、盾体超前注浆和管廊洞内注浆加固可以根据施工变形监测情况适当调整。当地层变形小于规范预警值60%时，采用盾体超前注浆+地铁隧道洞内预加固组合；当地层变形处于规范预警值60%-80%时，采用盾体超前注浆+地铁隧道洞内预加固+地面注浆加固组合；当地层变形大于规范预警值时，采用盾体超前注浆+地铁隧道洞内预加固+地面注浆加固+管廊洞内注浆加固组合。

从施工整体上来说，该加固方法综合考虑了地面注浆加固、地铁隧道洞内预加固、盾体超前注浆和管廊洞内注浆加固相结合的完整防控体系，相对于传统注浆方案具有更强的安全防控能力；并且，该加固方法基于新建管廊下穿地铁隧道不同情况的受力特征，分别设计有注浆方案，有效防控既有盾构区间大变形和扭转风险，且避免了大范围全部加固的耗时耗材缺点，大大提升了施工效益。

以上结合附图及实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。