一种用于隧道内建造止水帷幕的精确制导注浆方法与流程

本发明属于地下工程施工技术领域，主要采用精确制导注浆技术在隧道局促狭小空间内施工，形成止水帷幕。

背景技术

目前，针对地铁暗挖工程的止水帷幕施工方法，通常是在地面施工，采用高压喷射注浆法、静压注浆法、钢板桩、地下连续墙、冻结法等方法做止水帷幕。然而高压喷射注浆法和静压注浆法存在的问题主要是易出现串浆和跑浆现象，无法精准喷射在指定部位。钢板桩和地下连续墙存在的问题主要是在隧道内局促狭小空间不方便施工，且后者在动水条件下施工效果与工期均难以保证。冻结法存在的主要问题是一方面施工机械长期占据施工面，影响后续施工，另一方面冻结法造价非常高。

技术实现要素：

本发明的目的是设计了隧道内建造止水帷幕的精确制导注浆方法，主要解决了以下技术问题：

(1)针对城市地下工程止水帷幕在地面施工条件受限的问题，考虑到隧道内局促空间施工条件，提出了隧道内建造止水帷幕的方法，利用精确制导注浆方法，其全套施工设备结构紧凑、体积小、占地少，满足低矮空间施工要求；

(2)研发了隧道内建造止水帷幕的精确制导注浆方法。在钻孔灌注桩施工时，将制导注浆管随钢筋笼同时下放，利用后退式分段注浆方法，在排桩间精确制导注浆，有效地解决了跑浆的问题。隔离了洞外地下水，使洞内施工处于干燥无水条件下，保障洞内地铁暗挖工程安全顺利施工。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种用于隧道内建造止水帷幕的精确制导注浆方法，在隧道内沿边墙打桩时，先做排桩钻孔，排桩钻孔的钢筋笼直径取小于钻孔直径200-300mm，将制导注浆管随排桩钻孔的钢筋笼一起下放，之后灌注混凝土。待混凝土初凝之后，立刻通过制导注浆管自下而上分段注浆，逐渐在桩间形成有效厚度为0.8-1.0d的止水帷幕，d为排桩直径。关键施工工艺包括以下三部分：

(1)止水帷幕的精确制导注浆的施工工艺

步骤1)钻机在排桩钻孔处定位，钻机在设计钻孔处钻取设计直径钻孔；

步骤2)完成钻孔后，在排桩钻孔中将直径100mm的制导注浆管2通过固定环形卡7连接在钢筋笼4的外侧，一同下放；

步骤3)钢筋笼4下放完成后，将导管吊入桩孔内，灌注混凝土5；

步骤4)灌注混凝土完成并待混凝土初凝后，此时混凝土为低强度状态，利于制导注浆管2开环注浆。此时，使用清水进行加压开环注浆，通过注浆泵对注浆段6逐渐加压，直到浆液顶开制导注浆管2外的橡胶密封圈10，使低强度混凝土产生裂缝，开环注浆压力值由试验确定；

步骤5)开环之后，按照设计配比与注浆压力正式注浆，浆液配比为：水灰比：1:1-2:1，外加水玻璃2％，注浆压力1.0-1.5mpa，采取后退式注浆方法分段注浆，直至形成完整止水帷幕。

步骤6)上述步骤4)和步骤5)在排桩间的两侧制导注浆管内同时施工，之后在两侧制导注浆管内同时采取后退式注浆方法分段注浆，每个注浆段取1m，直至达到止水帷幕设计高度或直接达到桩顶，形成完整止水帷幕。如果没有施工条件，先在一侧注浆之后立刻在另一侧注浆，以免注浆体凝固影响另一侧施工。

(2)制导注浆枪。

注浆枪采用单侧扇形开孔。一共开5个孔，每个孔直径5mm，水平间距10mm，以满足精确制导注浆密度与范围需要。

(3)精确制导注浆范围计算公式。

最终形成的注浆段平面，在保证注浆段最薄厚度为1d的条件下，需满足如下式：

式中，α为最外侧制导注浆管的最外侧出浆孔朝向与水平线形成的夹角；d为排桩直径；b为两侧注浆管最外侧出浆孔之间的垂直距离。

实现制导注浆方法的系统包括隧道(或导洞)1、制导注浆管2、钻孔灌注桩3、钢筋笼4、混凝土5、注浆段6、固定环形卡7、注浆枪滑动轴杆8、挡浆塞基座9、橡皮密封圈10、橡皮套11、制导注浆管出浆孔12、注浆枪出浆孔13和注浆枪14。

隧道(或导洞)1施工完成后，在导洞底面钻孔进行钻孔灌注桩3施工；施工过程中，吊装钢筋笼4时，将制导注浆管2与钢筋笼4通过固定环形卡7连接，一同下放；下放至设计标高后，灌注混凝土5；在制导注浆管2中，通过挡浆塞基座9在注浆枪滑动轴杆8上旋转能够调节注浆段长度；两层橡皮密封圈10套在挡浆塞基座9上；注浆时，浆液先由注浆枪出浆孔13射出，之后冲开固定在制导注浆管2上的橡皮套11，通过制导注浆管出浆孔12射出；注浆枪滑动轴杆8与注浆枪14的顶部连接，注浆枪14的底部与挡浆塞基座9。

与现有技术相比较，本发明具有如下技术效果：

采用本方法进行隧道内建造止水帷幕施工，无需专门为制导注浆管打钻孔，集约化施工，造价低，施工快、方便、效果好。既能保证在隧道局促空间内施工，又能解决注浆时跑浆问题，可以保证注浆质量，同时注浆段与排桩连接处也存在一定搭接，整体上可以保证止水帷幕质量。

附图说明

图1是注浆系统的主视图。

图2是注浆系统的左视图。

图3是注浆系统的俯视图。

图4是局部1的结构示意图。

图5是制导注浆管的结构示意图。

图6是局部2的结构示意图。

图7是局部3的结构剖平面示意图。

图中：1.隧道(或导洞)；2.制导注浆管；3.钻孔灌注桩；4.钢筋笼；5.混凝土；6.注浆段；7.固定环形卡；8.注浆枪滑动轴杆；9.挡浆塞基座；10.橡胶密封圈；11.橡皮套；12.制导注浆管出浆孔；13.注浆枪出浆孔；14.注浆枪。

具体实施方式

一种用于隧道内建造止水帷幕的精确制导注浆方法，在隧道内沿边墙打桩时，先做排桩钻孔，排桩钻孔的钢筋笼直径取小于钻孔直径200-300mm，将制导注浆管随排桩钻孔的钢筋笼一起下放，之后灌注混凝土。待混凝土初凝之后，通过制导注浆管自下而上分段注浆，逐渐在桩间形成有效厚度为0.8-1.0d的止水帷幕，d为排桩直径。关键技术包括以下三部分：

(1)止水帷幕的精确制导注浆的施工工艺

1)钻机在排桩钻孔处定位，钻机在设计钻孔处钻取设计直径钻孔；

2)完成钻孔后，在排桩钻孔中将直径100mm的制导注浆管2通过固定环形卡7连接在钢筋笼4外侧，一同下放；

3)钢筋笼下放完成后，将导管吊入桩孔内，灌注混凝土5；

4)灌注混凝土完成并待混凝土初凝后，此时混凝土为低强度状态，利于制导注浆管2开环注浆。此时，使用清水进行加压开环注浆，通过注浆泵对注浆段6逐渐加压，直到浆液顶开制导注浆管2外的橡胶密封圈10，使低强度混凝土产生裂缝，开环注浆压力值由试验确定；

5)开环之后，按照设计配比与注浆压力正式注浆，浆液配比为：水灰比：1:1-2:1，外加水玻璃2％，注浆压力1.0-1.5mpa，采取后退式注浆方法分段注浆，直至形成完整止水帷幕。

6)上述步骤4)和步骤5)在排桩间的两侧制导注浆管内同时施工，之后在两侧制导注浆管内同时采取后退式注浆方法分段注浆，每个注浆段取1m左右，直至达到止水帷幕设计高度或直接达到桩顶，形成完整止水帷幕。如果没有施工条件，可以先在一侧注浆之后立刻在另一侧注浆，以免注浆体凝固影响另一侧施工。

(2)制导注浆枪。

注浆枪采用单侧扇形开孔。一共开5个孔，每个孔直径5mm，水平间距10mm，以满足精确制导注浆密度与范围需要。开孔细节如图3及图4所示。

(3)精确制导注浆范围计算公式。

最终形成的注浆段平面如图2所示，在保证注浆段最薄厚度为1d的条件下，需满足如下式：

式中，α为最外侧制导注浆管的最外侧出浆孔朝向与水平线形成的夹角；d为排桩直径；b为两侧注浆管最外侧出浆孔之间的垂直距离。

实现制导注浆方法的系统包括隧道(或导洞)1、制导注浆管2、钻孔灌注桩3、钢筋笼4、混凝土5、注浆段6、固定环形卡7、注浆枪滑动轴杆8、挡浆塞基座9、橡皮密封圈10、橡皮套11、制导注浆管出浆孔12、注浆枪出浆孔13和注浆枪14。

隧道(或导洞)1施工完成后，在导洞底面钻孔进行钻孔灌注桩3施工；施工过程中，吊装钢筋笼4时，将制导注浆管2与钢筋笼4通过固定环形卡7连接，一同下放；下放至设计标高后，灌注混凝土5；在制导注浆管2中，通过挡浆塞基座9在注浆枪滑动轴杆8上旋转能够调节注浆段长度；两层橡皮密封圈10套在挡浆塞基座9上；注浆时，浆液先由注浆枪出浆孔13射出，之后冲开固定在制导注浆管2上的橡皮套11，通过制导注浆管出浆孔12射出。