专利名称：一种隧道顶部土层的加固装置及其施工方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑施工领域，尤其是一种对隧道顶部土层进行加固处理的装置
及其施工方法。
背景技术：
隧道作为一种地下通道，现广泛用作于交通、河流或一些物资的输送通道。在隧道 建设中有很大部份是采取先兴建从地表通往地下施工区的竖井，再从地下采用盾构施工的 方式开挖的钻挖式隧道。但是，盾构进时也会引起地层损失和产生不均匀的压力，这势必会 对周围的地层造成扰动或是使周围的土层损失，造成盾壳间与卵石层之间存在空隙，特别 是在卵石土夹透镜体砂层、自稳性差、透水性强、且地下水位较高的地段，这些地段的开挖 面容易产生涌水、涌砂问题，存在细颗粒物质大量流失的严重问题，因而极易引起开挖面失 稳和地面沉降、变形，从而造成地面建筑物结构的变形、开裂或不均匀沉降。现在的加固方 式多是采用将隧道顶部的结构设计得更厚一些，企图以隧道顶部自身的强度来抵抗其上方 的土质对隧道顶部的影响，但是这种方式一方面会使建筑成本大幅度上升，同时在一些地 段也并不适合开挖更大直径的隧道口以修建较厚的隧道顶部，这在一定程度上也将直接影 响到隧道的安全。
发明内容
为了解决现有隧道顶部土层存在的安全问题，消除隧道施工对地面建筑物造成变 形的隐患，本发明提供一种隧道顶部土层的加固装置及其施工方法，本发明不仅可以起到 对隧道顶部土层加固的作用，有效防止地面建筑物因隧道施工而发生变形的情形，在很大 程度上确保了隧道的安全，而且可以大幅度降低隧道的工程造价。 本发明是通过这样的方式来实现的由注浆管和止水装置组成，止水装置中包含 有止水管，将注浆管的一端与锥形钻头固定连接，另一端与球阀固定连接，并在注浆管的管 体上设有注浆孔，所述止水管的一端连接有法兰盘，并在止水管的外侧设有固定圆盘，其中 的注浆管由多段外径和内径均相同的金属圆管组成，每段金属圆管之间采用异形连接构件 进行连接，所述的异形连接构件为两端细中间粗的金属管件，其两端细的部份的外径与注 浆管中金属圆管的内径相同，其中间凸起部份的厚度与注浆管中金属圆管的管壁厚度相 同，所述止水管的内径比注浆管的外径略大，止水管下方的法兰盘的中间部份为橡胶密封 垫。进行注浆止水作业施工时按如下步骤进行 (1)、先在隧道正上部首先用取芯机打设一个与止水装置中的固定圆盘直径相同、 深度为50 100mm的孔，然后将砼芯取出，然后在同一圆心处打设一个与止水管外径相同、 深度大于或等于止水管埋入端长度的孔。
(2)、将止水装置安装到预开孔中，并采用膨胀止水条将止水装置固定。 (3)、将注浆管的第一段金属圆管，带有锥形钻头的一端对准止水装置底端法兰盘
中间的橡胶密封垫处，用气动冲击锚杆机将金属圆管打入土层中，在打入一定长度后用异形连接构件将第二段金属圆管接到第一段金属圆管的后边，再用气动冲击锚杆机将第二段 金属圆管打入土层中，以此类推，至打入至设计长度的注浆管后，在最后一段连接一个带球 阀的金属圆管，并同时将球阀关闭。 (4)、注浆时，先打开球阀，将止注浆管中蓄积的地下水放出，然后注水洗管、清孔， 以确保注浆管和注浆孔的畅通，清洗完成后用低压注浆泵进行注浆，当注浆压力达到设计 压力后即终止注浆，并关闭球阀，防止浆液流出，在进行注浆的同时对其上方的建筑物进行 实时监测。 (5)、待注入的浆液达到终凝时间后，拆除止水球阀，并部份截除止水管，用闷头将
口封住，采用速凝防渗混凝土填塞抹平，恢复隧道顶部的整体性和美观性。 止水装置的底端采用含有橡胶密封垫的法兰盘密封，可以防止隧道顶部的水流进
隧道，在注浆时，浆液经球阀流入注浆管，并从注浆孔中处流进土层的空隙中，浆液在压力
作用下可到达土层中较远的距离，这样便可在土层中形成注浆完强度较大和渗透性较小的
结石，提高了地基的承载力，消除了隧道上方土层松动对隧道顶部造成的安全隐患。 本发明的有益效果是不仅可以有效提高隧道顶部土层的强度，防止地面建筑物
变形或下沉，而且可以大幅度降低工程费用，并且结构简单，制造成本低，安装和使用均十
分方便，易于在隧道施工领域中推广使用。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明的剖面结构示意图。
图2为本发明的立体结构示意图。 图3为本发明中异形连接构件的立体结构示意图。 图4为本发明中异形连接构件的剖面结构示意图。 图5为本发明中锥形构件的第2种实施例的剖面结构示意图。 图中代码说明1止水管；2固定圆盘；3、3'法兰盘；4橡胶密封垫；5固定孔；6紧 固螺母；7、7'锥形钻头；8注浆管；9注浆孔；10异形连接构件；11球阀。 如图1、图2所示，在止水管(1)的外侧设有固定圆盘(2)，固定圆盘上设有固定孔 (5)，固定孔用于安装膨胀止水条，以便将止水管固定在隧道上方，在止水管的下方安装有 法兰盘(3) 、 (3')，在法兰盘(3) 、 (3')的中间固定有橡胶密封垫(4)，法兰盘(3) 、 (3')由 紧固螺母(6)固定，注浆管(8)由多段内径和外径均相同的金属圆管组成，金属圆管之间采 用异形连接构件(10)进行连接，如图3、图4所示，异形构件(10)的两端部份的外径与注浆 管中金属圆管的内径相同，中间凸起部份的厚度与金属圆管的管壁厚度相同，这样可以确 保整个注浆管的外径相同，有利于将注浆管打入土层中。在注浆管的底端设有球阀(11)，注 浆管的管体上设有注浆孔(9)，注浆孔的直径一般在8-10mm左右，以便于浆液从注浆孔中 穿过，使用中所采用的浆液为单液水泥浆，水灰比为0. 8，注浆压力控制在2MPa以下，这样 可以提高浆液的穿透性，在注浆管的顶端固定安装有锥形钻头(7)，为保证锥形钻头的稳固 性，一般采用焊接方式进行固定。需要说明的是，在图l所示中的锥形钻头为实心体，而在 确保锥形钻头强度的情况下，也可以采用如图5所示的空心锥形钻头，以节约成本。
在使用此施工方法时，应注意以下事项
1、在打孔过程中要排摸好小区内的管线情况，防止误伤管线。
2、打孔时锚杆机上注浆管要位置准确，防止注浆管子偏心断裂。
3 、注浆过程中要同时对注浆上方的建筑物进行实时监测。 4、打管过程中应注意是否有地下水流入隧道内，并在注浆管打入完毕或注浆结束 后及时关闭球阀，防止地下水或浆液流出。 5、在拆除止水球阀及部份截除止水管后，应采用水泥浆进行封孔，并保证封孔的 砼强度、防水性能达到设计要求。
权利要求
一种隧道顶部土层的加固装置，其特征是由注浆管和止水装置组成，止水装置中包含有止水管，在注浆管的一端与锥形钻头固定连接，另一端与球阀固定连接，在注浆管的管体上设有注浆孔，在所述止水管的一端连接有法兰盘，并在止水管的外侧设有固定圆盘。
2. 根据权利要求1所述的隧道顶部土层的加固装置，其特征是注浆管由多段外径和 内径均相同的金属圆管组成，每段金属圆管之间采用异形连接构件进行连接。
3. 根据权利要求2所述的隧道顶部土层的加固装置，其特征是异形连接构件为两端 细中间粗的金属管件，其两端较细部份的外径与注浆管中金属圆管的内径相同，其中间凸 起部份的厚度与注浆管中金属圆管的管壁厚度相同。
4. 根据权利要求1所述的隧道顶部的土层加固装置，其特征是止水管的内径比注浆 管的外径略大，止水管下方的法兰盘的中间部份为橡胶密封垫。
5. 根据权利要求1所述的隧道顶部土层的加固装置的施工方法，其特征是进行注浆 加固作业施工时按如下步骤进行(1) 、先在隧道正上部首先用取芯机打设一个与止水装置中的固定圆盘直径相同、深度为50 100mm的孔，然后将砼芯取出，然后在同一圆心处打设一个与止水管外径相同、深度 大于或等于止水管埋入端长度的孔。(2) 、将止水装置安装到预开孔中，并采用膨胀止水条将止水装置固定。(3) 、将注浆管的第一段金属圆管，带有锥形钻头的一端对准止水装置底端法兰盘中间 的橡胶密封垫处，用气动冲击锚杆机将金属圆管打入土层中，在打入一定长度后用异形连 接构件将第二段金属圆管接到第一段金属圆管的后边，再用气动冲击锚杆机将第二段金属 圆管打入土层中，以此类推，至打入完设计长度的注浆管后，在最一段连接一个带球阀的金 属圆管，并同时将球阀关闭。(4) 、注浆时，先打开球阀，将止水装置中蓄积的地下水放出，然后注入清水洗管、清孔， 以确保注浆管、注浆孔畅通，清洗完成后用低压注浆泵进行注浆，当注浆压力达到设计压力 后终止注浆，并关闭球阀，防止浆液流出，在进行注浆的同时对其上方的建筑物进行实时监(5) 、待注入的浆液达到终凝时间后，拆除止水球阀，并部份截除止水管，用闷头将管口 封住，采用速凝防渗混凝土填塞抹平，恢复隧道顶部的整体性和美观性。
全文摘要
本发明涉及一种隧道顶部土层的加固装置及其施工方法，包含有注浆管和止水装置，在止水装置中包含有止水管，其中的注浆管由多段金属圆管构成，金属圆管之间采用异形连接构件连接，注浆管上设有注浆孔，在注浆管的一端连接有锥形钻头，另一端连接有球阀，在止水管的外侧设有固定圆盘，并在止水管的一端设有带橡胶密封垫的法兰盘。将止水装置固定安装在隧道顶部的预开孔中，以阻止地下水从止水管中渗透进隧道内，在将注浆管经止水装置打入隧道顶部的泥土中后，用低压泵将浆液打入注浆管中，浆液在压力作用下填充隧道顶部土层中的空隙，形成强度较大和渗透性较小的结石，提高了地基的承载力，消除了隧道上方土层松动对隧道顶部造成的安全隐患。
文档编号E21D11/10GK101761345SQ20101002806
公开日2010年6月30日 申请日期2010年1月12日 优先权日2010年1月12日
发明者康景文, 朱赫宇, 王君红, 王宁, 王强, 赵翔, 陈云, 陈麟 申请人:中国建筑西南勘察设计研究院有限公司