用于盾构下穿房屋的微扰动倾斜旋喷群桩咬合加固工法的制作方法

本发明涉及盾构隧道施工领域。更具体地说，本发明涉及一种土压平衡盾构在全断面砂层中下穿浅基础房屋的地面辅助加固施工工艺。

背景技术：

土压平衡盾构法由于其经济性和适用性较广成为复杂地层中应用最为广泛的地铁盾构施工方法，随着我国轨道交通建设的蓬勃发展和城市地铁线路日趋密集化，土压平衡盾构隧道掘进施工时往往需要下既有穿密集地面建、构筑物，盾构机在复合地层中掘进往往会造成地层扰动，特别是在全断面富水砂层中往往存在喷涌和超挖风险，由于开挖面地层损失过大导致地面塌陷事故屡见不鲜。针对富水砂层中盾构掘进地面沉降风险，地面袖阀管注浆、wss双液浆加固、mjs竖直或水平旋喷桩咬合群桩防渗帷幕及隧道内补充注浆加固等现有技术应用已较为广泛，然而针对盾构机近距离快速侧穿、下穿连续房屋群施工，在地面施工场地较为狭小且既有构筑物基础较浅、地基承载力较小对地层扰动较为敏感时，以上各方法均存在缺陷和较大风险，往往在加固施工时已对地层造成扰动引起房屋基础不均匀沉降导致房屋开裂或是工程经济性、适用性较差，工期较长有时还需要盾构机长时间停机。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种用于盾构下穿房屋的微扰动倾斜旋喷群桩咬合加固工法，其打设角度和打设位置灵活可调，施工过程中能够最大程度减小对地层扰动影响，工艺流程简单，且能够有效减小盾构下穿房屋引起的地面沉降。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于盾构下穿房屋的微扰动倾斜旋喷群桩咬合加固工法，包括：

根据房屋和隧道的位置关系确定旋喷桩打设位置、成桩角度、打入深度、预留空桩位置；

根据打设位置、成桩角度、打入深度以及预留空桩位置确定钻孔参数，并钻设斜孔；

检测预设范围内的地面初始高度；

将钻杆下方到斜孔中进行旋喷桩施工，钻杆至少包括一节抽吸多重管，在施工过程中实时检测地面高度，若预设范围内的任一位置的地面高度升高量高于第一阈值，则利用抽吸多重管进行抽浆至地面高度不再升高，若预设范围内的任一位置的地面高度降低量低于第二阈值，则利用抽吸多重管注水或空气至地面高度不再降低。

优选的是，所述的用于盾构下穿房屋的微扰动倾斜旋喷群桩咬合加固工法，钻设斜孔后，利用钻孔参数和土体容重确定初始地内压力，旋喷桩施工时，在钻杆上设置压力检测装置，并实时检测地内压力，若地内压力大于初始地内压力，则利用抽吸多重管进行抽浆至压力与初始地内压力相等，若地内压力小于初始地内压力，则利用抽吸多重管注水或空气至与初始地内压力相等。

优选的是，所述的用于盾构下穿房屋的微扰动倾斜旋喷群桩咬合加固工法，第一阈值为5毫米，第二阈值为10毫米。

优选的是，所述的用于盾构下穿房屋的微扰动倾斜旋喷群桩咬合加固工法，打设位置距离房屋基础的水平距离最小不应超过0.8d，d为隧道直径。

优选的是，所述的用于盾构下穿房屋的微扰动倾斜旋喷群桩咬合加固工法，桩体位于在隧道与房屋基础之间，桩体与隧道外圆距离为1米。

优选的是，所述的用于盾构下穿房屋的微扰动倾斜旋喷群桩咬合加固工法，以隧道横向中心线与隧道外圆靠近房屋基础的交点为起点，作与隧道横向中心线夹角为45°的直线，桩体位于该直线靠近房屋基础一侧的长度不小于1.5m。

优选的是，所述的用于盾构下穿房屋的微扰动倾斜旋喷群桩咬合加固工法，以房屋外墙线与地面的交点为起点，作与竖直方向呈45°的直线，斜孔位于该直线靠近房屋基础一侧的部分为预留空桩位置。

优选的是，所述的用于盾构下穿房屋的微扰动倾斜旋喷群桩咬合加固工法，在钻设斜孔的过程中，使用钙基膨润土浆作为护壁液，护壁液的粘度不小于45s，比重范围为1.18～1.25。

优选的是，所述的用于盾构下穿房屋的微扰动倾斜旋喷群桩咬合加固工法，斜孔中心与桩体中心误差小于50毫米。

优选的是，所述的用于盾构下穿房屋的微扰动倾斜旋喷群桩咬合加固工法，所述预设范围为以桩体在地面投影长度为半径组成的圆。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明能够解决土压平衡盾构长距离顶推、近距离下穿密集地面浅基础房屋时引起的房屋地基不均匀沉降问题，克服地面建构筑物较为密集、施工场地狭小导致大型施工机械难以展开的困难，避免了传统袖阀管注浆通过抬升已沉降地基进而保护房屋沉的滞后性，能够最大程度降低对房屋的扰动影响，且能根据房屋基础形式和隧道埋深调整咬合群桩打设角度(0～90°)。

(1)可以全方位进行高压喷射注浆施工

该工法可以进行倾斜角度的施工(0～90°)，因此针对不同建筑群基础形式、隧道埋深和地下管线情况能够灵活有效的调整成桩打设角度，能够在占地较小情况下加固房屋基础与隧道之间土体。同时由于旋喷喷嘴为多孔管，可以360°摆动，因此桩体截面几何形状形状可以根据加固需要为任一扇形，有效节省了水泥浆液用量，经济性较强。

(2)桩径大，桩身质量好

该工法施工旋喷桩喷射流初始压力达40mpa，流量约90～130l/min，使用单喷嘴喷射，每米喷射时间30～40min(平均提升速度2.5～3.3cm/min)，喷射流能量大，作用时间长，因此能够适用于大部分硬塑粘土层(粘土凝聚力c＜50kpa)和砂层(砂土贯击数n＜70击)，再加上稳定的同轴高压空气的保护及喷浆压力根据地内压力调整，使得单桩成桩直径大于传统旋喷桩(可达2～4m)。在砂层中直接采用水泥浆液进行喷射，形成加固体强度较高(轴心抗压强度可达10mpa)。

(3)对周边环境影响小

传统高压喷射注浆工艺产生的多余泥浆是通过土体与钻杆的间隙，在地面孔口处自然排出。这样的排浆方式往往造成地层内压力偏大，导致周围地层产生较大变形、地表隆起。同时在加固深处的排泥比较困难，造成钻杆和高压喷射枪四周的压力增大，往往导致喷射效率降低，影响加固效果及可靠性。该工法工法能够通过钻头传感器对地层内压力监测和多重管抽浆进行强制排浆，保证旋喷成桩时对地内压力可控，可以大幅度减少施工对周边环境的扰动。

(4)泥浆污染少

该工法采用专用排泥管进行排浆，通过泵送方式长距离输送地层内多余废浆至泥浆循环池，有利于泥浆集中管理，且泥浆进行沉淀分离后可以在引孔过程中循环利用。同时对地内压力的调控，也减少了泥浆窜入土壤、水体或是地下管道的现象，对环境污染少。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的旋喷桩位置关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1、2所示，本发明提供一种用于盾构下穿房屋的微扰动倾斜旋喷群桩咬合加固工法，包括：

根据房屋和隧道的位置关系确定旋喷桩打设位置、成桩角度、打入深度、预留空桩位置；

根据打设位置、成桩角度、打入深度以及预留空桩位置确定钻孔参数，并钻设斜孔；

检测预设范围内的地面初始高度；

将钻杆下方到斜孔中进行旋喷桩施工，钻杆至少包括一节抽吸多重管，在施工过程中实时检测地面高度，若预设范围内的任一位置的地面高度升高量高于第一阈值，则利用抽吸多重管进行抽浆至地面高度不再升高，若预设范围内的任一位置的地面高度降低量低于第二阈值，则利用抽吸多重管注水或空气至地面高度不再降低。

在上述技术方案中，在房屋和隧道之间的位置倾斜钻孔然后打桩，打桩过程中实时检测地面高度，若地面高度超过一定阈值，则表明地面隆起严重，则进行抽浆，使地面不再继续隆起，若地面高度低于一定阈值，则表明地面沉降严重，则进行注水注气，使地内压力升高，地面不再沉降。本方案只对单一桩体的打设方法进行了描述，为了提高加固效果，打设多个旋喷桩，并相互咬合，各桩的打设方法与方案相同。可见，本技术方案可以在房屋沉降或隆起之前进行提前保护，并且能够最大程度降低对房屋的扰动影响。

在另一种技术方案中，所述的用于盾构下穿房屋的微扰动倾斜旋喷群桩咬合加固工法，钻设斜孔后，利用钻孔参数和土体容重确定初始地内压力，旋喷桩施工时，在钻杆上设置压力检测装置，并实时检测地内压力，若地内压力大于初始地内压力，则利用抽吸多重管进行抽浆至压力与初始地内压力相等，若地内压力小于初始地内压力，则利用抽吸多重管注水或空气至与初始地内压力相等。这里，根据钻孔挖去的土方算出使地内压力平衡需要的压力，若地内压力偏大，则进行抽浆，若偏小，则注水注气，这样，可以在地面隆起或沉降之前提前反应，更好地保护房屋。

在另一种技术方案中，所述的用于盾构下穿房屋的微扰动倾斜旋喷群桩咬合加固工法，第一阈值为5毫米，第二阈值为10毫米。这里提供了第一阈值和第二阈值的优选值，该优选值能较好地保护房屋。

在另一种技术方案中，所述的用于盾构下穿房屋的微扰动倾斜旋喷群桩咬合加固工法，如图2所示，打设位置距离房屋基础的水平距离最小不应超过0.8d，d为隧道直径。这里，提供了打设位置的确定方法，打设位置为地面上的起始位置。

在另一种技术方案中，所述的用于盾构下穿房屋的微扰动倾斜旋喷群桩咬合加固工法，如图2所示，桩体位于在隧道与房屋基础之间，桩体与隧道外圆距离为1米。这里，提供了成桩角度的确定方法，桩体中心线与隧道外圆对应位置切线的距离为1米。

在另一种技术方案中，所述的用于盾构下穿房屋的微扰动倾斜旋喷群桩咬合加固工法，如图2所示，以隧道横向中心线与隧道外圆靠近房屋基础的交点为起点，作与隧道横向中心线夹角为45°的直线，桩体位于该直线靠近房屋基础一侧的长度不小于1.5m。这里，提供了打入深度的确定方法，该方法确定的打入深度的加固效果最好。

在另一种技术方案中，所述的用于盾构下穿房屋的微扰动倾斜旋喷群桩咬合加固工法，如图2所示，以房屋外墙线与地面的交点为起点，作与竖直方向呈45°的直线，斜孔位于该直线靠近房屋基础一侧的部分为预留空桩位置。这里，提供了预留空桩位置的确定方法，该方法确定的预留空桩位置的加固效果最好。

在另一种技术方案中，所述的用于盾构下穿房屋的微扰动倾斜旋喷群桩咬合加固工法，在钻设斜孔的过程中，使用钙基膨润土浆作为护壁液，护壁液的粘度不小于45s，比重范围为1.18～1.25。这里，提供了护壁液的优选参数，能够较好的适应富水砂层。

在另一种技术方案中，所述的用于盾构下穿房屋的微扰动倾斜旋喷群桩咬合加固工法，斜孔中心与桩体中心误差小于50毫米。这里提供了斜孔的最大误差值。

在另一种技术方案中，所述的用于盾构下穿房屋的微扰动倾斜旋喷群桩咬合加固工法，所述预设范围为以桩体在地面投影长度为半径组成的圆。这里提供了预设范围的优选范围。

在另一种技术方案中，如图1所示，揭示本发明所提供的一种适用于盾构在富水砂层中掘进的高压微扰动倾斜旋喷咬合群桩加固方法的工艺流程示意图，该方法适用于盾构机与房屋水平距离较近，需要长距离侧穿甚至下穿房屋群，而地面房屋密集水平和竖直旋喷桩难以施工时研发的倾斜咬合群桩加固方案，尤其是针对基础埋深较浅对地面沉降较为敏感的简单框架结构多层房屋。该工法的实施步骤包含：

(1)根据房屋基础形式和地下管线情况确定成桩角度和成桩位置，采用全站仪在施工区域内布置控制点，通过控制点进行桩位放样，成桩具体细节如下：

1、如附图2中所示，根据房屋和隧道水平相对位置确定旋喷桩打设位置位于隧道靠近房屋一侧地面，为减小成桩过程中对房屋的扰动，成桩位置距离房屋水平距离最小不应超过0.8d(d为隧道直径)。

2、确定房屋基础埋深和隧道埋深后确定成桩角度，成桩角度应保证群桩桩体在隧道开挖面和房屋基础之间，距离隧道开挖面外圆距离为1m，如附图2中所示。

3、倾斜桩打入深度确定根据隧道横向中心线确定，以横向中心线靠近房屋一侧方向成45°范围内桩体长度不小于1.5m为准，如附图2中所示。

4、为减小成桩过程对浅层土体扰动，原地面以下预留空桩，空桩长度以房屋外墙线靠近隧道方向成45°角位置处为停止旋喷、预留空桩位置，如附图2中所示。

(2)施工后配套泥浆沉淀循环池及水泥浆拌制池，布置泥浆泵送管路并调试长距离泵送设备，检查设备的运行情况，确保主机、高压泵、空压机、泥浆搅拌系统、抽浆管理装置等都能正常工作状态下进行主机就位，机架放置平稳后开始对水平度校零。

(3)确定打设角度、桩长和咬合长度后，为保证倾斜桩打设角度稳定且减少初始成桩时对浅基础地基扰动，采用等直径钻头预先成孔，成孔后扩孔，钻头需焊接相应的合金，以便破除局部障碍，成孔全过程中采用测斜仪对倾斜孔进行精度测量，成孔中心与桩位中心误差小于50mm。

(4)为防止砂层中塌孔，配置钙基膨润土浆作为斜孔护壁泥浆，实时调整泥浆配比，保证粘度≥45s。比重范围为1.18～1.25。

(5)成孔至设计深度后，更换前端钻杆为多重管旋喷装置并安装前端压力监测装置，由于钻杆为逐节螺栓连接，对接时认真检查密封圈情况；若钻杆在下放过程中下放困难，打开削孔水进行正常削孔钻进，此过程中需对孔口进行密封。

(6)重复步骤(4)、(5)直至钻头到达预定深度后，开始校零，使动力头“0”刻度、喷嘴、钻杆上白线处于同一条直线，然后设定各工艺参数，包括摇摆角度、引拔速度、回转数等等，同时开展水泥浆配比试验确定水泥浆配比(水灰比1:1)并拌置水泥浆。

(7)以上参数设定完成之后，开始旋喷桩施工。定位置喷射，先开多重管倒吸水流和倒吸空气进行排浆，在确认排浆正常时，开启高压水泥泵和主空气空压机。首先用水向上喷设50cm，压力为10mpa，然后把水切换成水泥浆，钻杆重新下放到位后开始自下而上提升钻杆、喷射混凝土进行旋喷桩施工。施工过程中注意地层压力变化和地面沉降监测反馈，当旋喷压力过大或提升速度过快或抽浆排量不正常导致地层压力过大时，及时调整水泥喷射压力和排浆阀流量进行抽浆，控制地内压力在安全范围以内。

(8)需要注意，在开启高压水泥泵时，压力不可太高，应逐步增压，直到达到指定压力，在达到指定压力并确认地内压力正常后，才可开始提升。水切换成水泥浆时，压力会自动上升，压力有突变时方可调节压力。

(9)逐节提升钻杆后对钻杆进行拆卸，拆卸时需把水泥浆切换成循环水后方可拆卸，当水泥浆泵压力有下调趋势，说明水流已经到达喷嘴位置，此时关闭水泥浆泵、主空气、倒吸空气和倒吸水流。

(10)注意在拆卸钻杆的过程中，认真检查密封圈和数据线的情况，看是否损坏，地内压力显示是否正常，如有问题应及时排除方可继续喷浆。拆卸钻杆后，需及时对钻杆进行冲洗及保养。

(11)重复以上步骤，直到施工结束。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。