一种适用于软土地层的浅埋暗挖隧道新型支护方法
【专利摘要】本发明涉及一种适用于软土地层的浅埋暗挖隧道新型支护方法，其是一种针对现有浅埋暗挖法的加固体系无法应用于淤泥质土地层条件而发明的一种新型支护方法，本方法将全方位高压喷射法(MJS，MetroJetSystem)应用于浅埋暗挖法，拓宽了浅埋暗挖法的适用范围。由于MJS法水平加固桩体质量可靠，可兼做隧道初衬，加固桩体截面和加固范围均有很大的调整空间。本发明采用的MJS法施工参数全程可控，施工过程对环境影响非常小，同时不向外排放有害物质，可避免对周围土体和水域的污染。本发明经济、可靠、适用范围广。
【专利说明】一种适用于软土地层的浅埋暗挖隧道新型支护方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适用于浅埋暗挖隧道的，利用MJS工法的适用于软土地层的浅埋暗挖隧道新型支护方法。
【背景技术】
[0002]随着经济的发展，越来越多的城市面临着日益加剧的交通压力。在地面空间已经几乎没有再开发空间的情况下，地下交通系统便成为解决交通问题的重要手段。建设地铁系统几乎已经成为所有大城市的发展趋势，这无疑为分担地面人流起到了非常重要的作用，但存在的问题是地铁系统无法分流汽车交通量。为此，以上海为代表的一、二线城市，都已经在建或规划地下快速路系统，以分流地面车流，提高出行效率。由于要为地铁预留空间和缩短暗挖段距离，地下快速路的埋深一般较浅(小于10m)，因此暗挖段隧道几乎均采用浅埋暗挖法进行施工。浅埋暗挖法多适用于自立性较好的地层中。对于长三角地区等多见的淤泥质土体，特别是同时存在高地下水位的情况时，使用浅埋暗挖法施工隧道将面临支护刚度不够、支护体系渗漏水和周边环境变形难以控制等问题，施工风险很大。解决这一问题的根本方法就是改进浅埋暗挖法的支护体系，因此研发一种全新的支护体系势在必行，这不仅能够丰富浅埋暗挖法的理论体系，还能使该方法的适用范围得到极大的拓宽，是一项具有长远意义的课题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种用于浅埋隧道的，采用以MJS水平加固桩体为主的，实现在淤泥质等软土地层中采用浅埋暗挖法施工隧道的新型支护体系。改进后的新支护体系，可以使用在较差的地质条件下，并可根据实际情况进行调整。
[0004]为实现上述目的，本发明的技术方案在于将已有的较成熟的MJS 土体加固技术进行改进，并应用在软土地层浅埋暗挖法隧道施工中，克服传统喷锚支护体系刚度较低的缺点，拓宽浅埋暗挖法的适用范围。具体施工流程为:MJS水平加固——隧道开挖——衬砌施做。
[0005]本发明提出的适用于软土地层的浅埋暗挖隧道新型支护方法，具体步骤如下:
(1)隧道开挖前，在隧道轮廓线外设超挖轮廓线，隧道轮廓线外和超挖轮廓线之间的空间作为采用MJS法水平加固桩体施工预留空间；
(2)采用MJS法在步骤⑴所述的预留空间处施工水平加固桩体，所形成的水平加固桩体为封闭且隔水的壳体，对待开挖隧道进行全周加固；
(2.1)施作开孔密封套管作为引导孔，为采用MJS法水平加固桩体施工进行定位；
(2.2)架设专用MJS法水平施工架，将钻头压入步骤(I)预留空间土体，进行前端装置的试喷测试后，通过多孔管接长削孔，为保证加固桩体水平度，削孔长度不应超过30m ；
(2.3)以一定的拨出速度和摇摆角度拔出、回收多孔管,并排泥和水泥衆液，同时以一定的压力和流量喷射空气，每米加固体要求水泥浆液和空气保证一定的喷射时间；(2.4)以打一跳一的顺序施工水平加固桩，待间隔的两根加固桩强度达到设计值的70%后，再在两根加固桩之间施工第三根加固桩，并按设计要求保证相邻的两根加固桩具有一定的咬合宽度；
(3)待加固桩体强度达到设计要求后，进行隧道土体开挖；
(4)开挖至距离加固桩体末端3m时，停止开挖，重复步骤(I广(3)，并保证与既有水平加固桩体搭接长度不小于3m ；
(5 )重复步骤(3 )和(4 )直至隧道施工完成。
[0006]本发明中，步骤(2)中控制排泥即加固材料喷射压力为40MPa，水泥浆液流量为1301/min，空气压力为0.7MPa，空气流量为1.2m3/min，水泥浆液和空气喷射时间为30min/m,多孔管拔出速度为3~3.5cm/min,多孔管摇摆角度为360°。
[0007]本发明中，步骤(2)中为确保下一段MJS水平加固桩体能正常施工，MJS水平桩加固体施工应以1°~3°的倾斜角度向外呈喇叭状形态。
[0008]上述新型支护体系的原理是:在隧道开挖之前采用MJS水平桩对待开挖隧道进行全周加固，形成封闭且隔水的壳体。MJS水平桩加固体的有效直径最大可达2.4~2.6m，单桩桩体截面可为圆形或任意角度的扇形，因此，根据不同的地层条件，MJS水平桩的设计具有非常大的弹性以保证可靠性和经济性。MJS水平桩的一次性施工长度可达数十米，在刚度不足时，还可以在桩体中施作钢管棚以提高刚度。待壳体形成后，即可在壳体的保护下进行隧道开挖，开挖方法可采用全断面开挖、台阶法、CD法或CRD法等。最后在MJS水平桩加固壳体的保护下进行衬 砌施工。
[0009]上述MJS法充分利用新型多孔管压力传感器控制地基内压力；通过泥浆配比调整加固体强度和硬化时间；通过施工管理装置对泥浆喷射量、喷射压力、空气量、空气压力进行调节和记录。
[0010]根据上述方案，本发明相比于现有技术具有以下优点:
1.采用MJS水平加固桩进行加固形成的壳体，刚度大，具有良好的变形控制能力；进行全周加固时亦可兼做隔水帷幕，极大的扩展了浅埋暗挖法的适用范围；
2.由于MJS法喷射的加固材料中包含水泥浆液，形成的加固壳体可兼做隧道初衬，降低成本，加快施工进度；
3.MJS法能够形成从圆形到任意角度扇形的单桩加固体,整体加固范围也可做任意调整，这使得加固方案可以在保证可靠度的前提下最大程度的提高经济性；
4.在MJS法施工过程中，可通过压力传感器对喷射压力和排泥量进行监控，对地内压力进行动态调整，实现微扰动施工，保证环境安全；
5.MJS法不向外排出泥液,能在预定范围内加固土体，可防止对周边土体和水域的污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明方法的施工流程图。
[0012]图2~图4为本发明方法施工步骤图。
【具体实施方式】[0013]为进一步阐明本发明的内容，以下结合附图进行说明。
[0014]实施例1:如图1所示，为本发明所提供的一种适用于软土地层浅埋暗挖隧道的新型支护方法流程示意图，该新型支护方法主要是在淤泥质土中，用于浅埋暗挖法隧道的施工，尤其是地下水位较高，且周边环境保护要求高的隧道。
[0015]如图2~图4所示，新型支护方法实施步骤包括:①在隧道轮廓线以外超挖一定尺寸，为MJS水平桩施工预留空间；②采用MJS法施工水平加固桩体待加固体强度达到设计要求后，进行隧道土体开挖。
[0016]步骤①中，应根据加固体所需的形状和范围，在保证MJS法能够正常施工的前提下，确定最小的超挖尺寸。
[0017]步骤②中，为确保下一段MJS水平加固桩体能正常施工，MJS水平桩加固体施工应以1°~3°的倾斜角度向外呈喇叭状形态。
[0018]步骤③中，应确保加固体的强度达到设计要求的后，方可进行隧道开挖。
[0019]作为本发明的组成部分 ，所述的MJS水平加固桩施工方法，其主要步骤包括:
1.设置开孔密封套管；
2.架设专用水平施工架，进行前端装置的试喷测试后，通过多孔管削孔至设计位置；
3.以一定的提升速度和摇摆角度拔出、回收多孔管，同时喷射加固材料；
4.以打一跳一的顺序施工水平加固桩体，待相隔的两根桩强度达到设计值的70%后，再在两桩之间施工第三根加固桩体，并按设计要求保证一定的咬合宽度；
5.重复:3-4步骤完成全部加固施工。
[0020]通过现场试验，MJS水平加固桩体的直径可达1.5^3.0m,单轴抗压强度可达
1.0~2.0MPa。
【权利要求】
1.一种适用于软土地层的浅埋暗挖隧道新型支护方法，其特征在于具体步骤如下: (1)隧道开挖前，在隧道轮廓线外设超挖轮廓线，隧道轮廓线外和超挖轮廓线之间的空间作为采用MJS法水平加固桩体施工预留空间； (2)采用MJS法在步骤⑴所述的预留空间处施工水平加固桩体，所形成的水平加固桩体为封闭且隔水的壳体，对待开挖隧道进行全周加固； (2.1)施作开孔密封套管作为引导孔，为采用MJS法水平加固桩体施工进行定位； (2.2)架设专用MJS法水平施工架，将钻头压入步骤(1)预留空间土体，进行前端装置的试喷测试后，通过多孔管接长削 孔，为保证加固桩体水平度，削孔长度不应超过30m ； (2.3)以一定的拨出速度和摇摆角度拔出、回收多孔管,并排泥和水泥衆液，同时以一定的压力和流量喷射空气，每米加固体要求水泥浆液和空气保证一定的喷射时间； (2.4)以打一跳一的顺序施工水平加固桩，待间隔的两根加固桩强度达到设计值的70%后，再在两根加固桩之间施工第三根加固桩，并按设计要求保证相邻的两根加固桩具有一定的咬合宽度； (3)待加固桩体强度达到设计要求后，进行隧道土体开挖； (4)开挖至距离加固桩体末端3m时，停止开挖，重复步骤(I广(3)，并保证与既有水平加固桩体搭接长度不小于3m ； (5 )重复步骤(3 )和(4 )直至隧道施工完成。
2.根据权利要求所述的适用于软土地层的浅埋暗挖隧道新型支护方法，其特征在于步骤(2)中控制排泥即加固材料喷射压力为40MPa，水泥浆液流量为1301/min，空气压力为0.7MPa，空气流量为1.2m3/min，水泥浆液和空气喷射时间为30min/m，多孔管拔出速度为3^3.5cm/min,多孔管摇摆角度为360度。
3.根据权利要求所述的适用于软土地层的浅埋暗挖隧道新型支护方法，其特征在于步骤(2)中为确保下一段MJS水平加固桩体能正常施工，MJS水平桩加固体施工应以1°~3°的倾斜角度向外呈喇叭状形态。
【文档编号】E21D9/00GK104033160SQ201410255217
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2014年6月11日
【发明者】张子新, 李佳宇, 万波 申请人:同济大学