一种适用于盾构隧道的渗透注浆集成棒及施工方法与流程

本发明涉及到地铁工程、公路和铁路交通隧道工程等技术领域，具体来说是一种适用于盾构隧道的渗透注浆集成棒及施工方法。

背景技术：

现在地铁、地下公路和铁路交通通道建设在全国范围如火如荼，地下交通具有运输效率高，运载量大等优点，成为缓解交通输运压力和加快区域经济建设的有效途径。盾构法是地下隧道最普遍采用的施工工法，盾构施工过程中，由于盾构在掘进过程中引成周围地层土体的扰动从而产生超孔隙水压力，如果隧道管片周围超孔隙水压消散不及时，将会引起管片上浮、地面显著沉降等环境效应，对隧道安全造成一定隐患。

因管片渗漏引发的盾构隧道险情时有发生。2018年2月7日晚上7时，佛山地铁2号线一期工程中交二航局标段绿岛湖至湖涌盾构区间右线工地突发透水，作业工人尝试堵漏未果，至晚上8时40分左右，现场透水面积扩大，导致隧道管片变形及破损，引发地面季华西路三十多米路段坍塌。经调查，事故发生段存在深厚富水粉砂层且临近强透水的中粗砂层，地下水具有承压性，盾构机穿越该地段时极易发生透水涌砂涌泥坍塌的事故。

目前常用的排水措施是采取排堵结合方法,根据漏水地段漏水量的大小,对局部漏水点及漏水量小的地段做导流管进行排水,引至隧道底板的集水槽中再排出隧道。对漏水量大并且面积大的地段采取分段打花导管注特殊浆液加固以形成堵水区。然而这种方法会由于注浆、排水的施工过程不同步引发土体失稳。且注浆和排水分开布设，施工较为复杂。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于盾构隧道的渗透注浆集成棒，其在注浆的同时，可将隧道周围地层土体中的水分排出，有效消散盾构施工引起的超孔隙水压力，快速提升地层土体的有效应力，注浆和排水集为一体，结构简单，使用方便。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种适用于盾构隧道的渗透注浆集成棒，包括管状的注浆棒、管状的渗透棒和注浆管，注浆棒的首端固定有堵头，注浆棒的尾端与渗透棒的首端密封固连，渗透棒的首端固定有隔板，渗透棒的尾端固定有端板，注浆棒的周壁上均布有出浆孔，渗透棒的周壁上均布有渗水孔，所述注浆管依次穿过端板和隔板后伸入注浆棒内，所述端板上固定有出水管，出水管穿过端板与渗透棒连通。

所述渗透棒内填充有过滤海绵，注浆管从过滤海绵内穿过。

所述注浆棒的外周壁上于出浆孔处安装有橡皮单向阀,注浆管为双向密封注浆芯管结构。

所述堵头为锥形。

所述注浆棒的首端与堵头通过螺纹连接，其中注浆棒的首端外周壁上设有第一外螺纹，堵头的尾端开设有凹槽，凹槽的内周壁上设有与第一外螺纹配合的第一内螺纹。

所述注浆棒的尾端与渗透棒的首端通过螺纹固连，其中渗透棒的首端外周壁上设有第二外螺纹，注浆棒的尾端内周壁上设有与第二外螺纹配合的第二内螺纹。

所述注浆棒的长度为300cm-500cm，堵头的长度为12cm，渗透棒的长度为300cm-500cm，出浆孔的孔径为0.5cm，渗水孔的孔径为0.5cm。

所述端板上开设有与注浆管相对应的第一穿孔，第一穿孔内安装有套在注浆管周壁上的第一密封套，隔板上开设有与注浆管相对应的第二穿孔，第二穿孔内安装有套在注浆管周壁上的第二密封套。

一种适用于盾构隧道的渗透注浆集成棒的施工方法，包括如下施工步骤:

（1）清理管片上的注浆孔：用钢丝刷清理注浆孔及附近的管片，保证没有混凝土的凸起物；

（2）向注浆孔内灌注套壳料；

（3）安装渗透注浆集成棒，具体安装过程如下：

（a）压入注浆段：将集成棒注浆段与堵头螺纹连接密封后，压入土体，并保留注浆段的尾端在注浆孔外；

（b）连接注浆段与渗透段：将渗透段中的注浆芯管均匀插入注浆段内，将渗透段顶端与注浆段尾端用螺纹连接并密封；

（c）压入渗透段：在渗透段尾端安装好端板，并涂抹膨胀橡胶，将接在注浆段尾端的渗透段压入或振入土体，直至渗透注浆集成棒尾端没入注浆孔内；

（d）对注浆孔孔口进行密封：保证渗透注浆集成棒的端板上的止水橡胶承受一定的压力后，向止水橡胶上撒少许水，让其发生膨胀，然后用水泥砂浆对孔口进行封堵；

（4）连接注浆和抽水装置：将抽水装置与渗透注浆集成棒的出水管连接，将注浆装置与渗透注浆集成棒的注浆芯管的尾端连接；

（5）分层注浆排水：通过抽动注浆芯管实现分层劈裂注浆，同时利用浆液的扩散填充作用将土体孔隙中的水分通过渗透段逐步排出。

所述注浆装置和抽水装置同时开启，以实现注浆排水的同步进行。

本发明将注浆棒的尾端与渗透棒的首端密封固连，注浆管依次穿过端板和隔板后伸入注浆棒内,注浆管在注浆的同时,周围土体中的水可通过渗水孔进入渗透棒内,然后通过出水管排出,本发明兼具注浆和排水的作用，这样可以快速有效消散盾构施工引起的超孔隙水压力，快速提升地层土体的有效应力，同时提高二次注浆和运营期间注浆加固效果，并且注浆棒和渗透棒集为一体，便于安装，使用方便，还可以推广到其他排水加固的施工过程中，适用范围广，实用性强。本发明的渗透注浆集成棒分段插入土体内，方便操作，并且能够消散超空隙水压，快速提升地层土体的有效应力。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种适用于盾构隧道的渗透注浆集成棒，包括注浆棒1、渗透棒2和注浆管3，注浆棒1和渗透棒2均为管状结构，注浆棒1的首端固定有堵头4，注浆棒1的尾端与渗透棒2的首端密封固连。渗透棒2的首端固定有隔板5，隔板5将注浆棒1和渗透棒2分隔为两个腔室，渗透棒2的尾端固定有端板6，端板6将渗透棒2的尾端密封。注浆棒1的周壁上均布有出浆孔7，渗透棒2的周壁上均布有渗水孔8，注浆管依次穿过端板6和隔板5后伸入注浆棒1内。端板上固定有出水管9，出水管9穿过端板与渗透棒的内腔连通，出水管9与抽水装置连接。

渗透棒内填充有过滤海绵10，注浆管从过滤海绵内穿过，过滤海绵可避免外界细小砂土从渗透孔中进入渗透棒内而影响渗透棒正常排水。

注浆棒的外周壁上于出浆孔处安装有橡皮单向阀12,其可避免浆液倒流，注浆管为双向密封注浆芯管结构，双向密封注浆芯管结构为现有技术，注浆棒采用双向密封注浆芯管进行注浆，可以减小不同注浆段之间的相互干扰，实现分层定向注浆。

堵头4为锥形，其方便堵头楔入土体内。

注浆棒1的首端与堵头4通过螺纹连接，其中注浆棒1的首端外周壁上设有第一外螺纹，堵头的尾端开设有凹槽，凹槽的内周壁上设有与第一外螺纹配合的第一内螺纹，这样注浆棒和堵头装卸方便，便于维修更换。

注浆棒1的尾端与渗透棒2的首端通过螺纹固连，其中渗透棒2的首端外周壁上设有第二外螺纹，注浆棒1的尾端内周壁上设有与第二外螺纹配合的第二内螺纹，这样注浆棒和渗透棒装卸方便，便于维修更换。

注浆棒的长度为300cm-500cm，可以为300cm、350cm或500cm等，注浆棒的长度可根据隧道内径和注浆深度进行选择调整，堵头的长度为12cm，渗透棒的长度为300cm-500cm，可以为300cm、350cm或500cm等，渗透棒的长度可根据隧道内径和排水深度进行选择调整，出浆孔7的孔径为0.5cm，渗水孔8的孔径为0.5cm。

端板6上开设有与注浆管3相对应的第一穿孔，第一穿孔内安装有套在注浆管周壁上的第一密封套，这样可避免浆液从渗透棒内通过第一穿孔流出。隔板5上开设有与注浆管相对应的第二穿孔，第二穿孔内安装有套在注浆管周壁上的第二密封套，这样可避免浆液从注浆棒通过第二穿孔流入渗透棒内。

一种适用于盾构隧道的渗透注浆集成棒的施工方法，包括如下施工步骤:（1）清理管片上的注浆孔：用钢丝刷清理注浆孔及附近的管片，保证没有混凝土的凸起物；

（2）向注浆孔内灌注套壳料；

（3）安装渗透注浆集成棒，具体安装过程如下：

（a）压入注浆段：将集成棒注浆段1与锥形堵头4螺纹连接密封后，压入土体，并保留注浆段1的尾端在注浆孔外；

（b）连接注浆段与渗透段：将渗透段2中的注浆芯管3均匀插入注浆段1内，将渗透段2顶端与注浆段1尾端用螺纹连接并密封；

（c）压入渗透段：在渗透段2尾端安装好端板6，并涂抹膨胀橡胶11，将接在注浆段1尾端的渗透段2压入或振入土体，直至渗透注浆集成棒尾端没入注浆孔内；

（d）对注浆孔孔口进行密封：保证渗透注浆集成棒的端板6上的止水橡胶承受一定的压力后，向止水橡胶上撒少许水，让其发生膨胀，然后用水泥砂浆对孔口进行封堵；

（4）连接注浆和抽水装置：将抽水装置与渗透注浆集成棒的出水管9连接，将注浆装置与渗透注浆集成棒的注浆芯管3的尾端连接；

（5）分层注浆排水：通过抽动注浆芯管3实现分层劈裂注浆，同时利用浆液的扩散填充作用将土体孔隙中的水分通过渗透段2逐步排出，注浆装置和抽水装置同时开启，以实现注浆排水的同步进行。