一种隧道近距离下穿既有线的注浆施工方法及注浆结构

1.本发明涉及隧道下穿技术领域，尤其涉及一种隧道近距离下穿既有线的注浆施工方法及注浆结构。


背景技术：

2.现有技术中，在下穿既有线地铁车站和区间隧道结构施工时，隧道与既有线结构距离在0-2m以内。隧道涉及环境的工程地质和水文地质均被扰动，两种结构之间的地层较薄，技术措施无法对地层进行有效加固，因此既有线在施工过程中容易变形。
3.现有技术中，对隧道与既有线之间的土层进行注浆，注浆总是不能够完全流动到需要的地层位置，使得土层的注浆效果不好，需要重复注浆且时刻监测既有线的下沉情况，在既有线出现下沉情况时还需要调整注浆方案和注浆角度。因此，传统的注浆施工方法的效果不好，工期长且支撑既有线的地层的坚固效果不稳定。
4.例如，专利文献cn104265307b公开了一种软硬不均地层土压平衡盾构隧道下穿铁路既有线施工方法，具体步骤是：1.下穿工况数学模拟分析；2.设置施工参数；3.盾构掘进施工：a掘进参数设定；b.盾构掘进方向设定；c.同步注浆设定；d.二次注浆设定；4.管片拼装；5.盾尾保护。该发明研究了软硬不均地层土压平衡盾构隧道下穿铁路既有线施工方法，该方法能使铁路既有线安全运营的同时盾构隧道安全施工并下穿铁路既有线。但是，该发明的注浆施工方法依然是传统的注浆方法，通过反复注浆来实现土层的加固，存在反复注浆的缺陷。
5.本发明希望能够提供一种不需要向土层注浆，直接在隧道与既有线之间设置能够支撑既有线且不会增加隧道负重的注浆结构，来避免既有线变形并且实现隧道的安全下穿。
6.此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。


技术实现要素：

7.现有技术中，对隧道与既有线之间的土层进行注浆，注浆总是不能够完全流动到需要的地层位置，使得土层的注浆效果不好，需要重复注浆且时刻监测既有线的下沉情况。在既有线出现下沉情况时还需要调整注浆方案和注浆角度。因此，传统的注浆施工方法的效果不好，工期长且支撑既有线的地层的坚固效果不稳定。
8.本发明希望能够提供一种不需要向土层注浆，直接在隧道与既有线之间设置能够支撑既有线且不会增加隧道负重的注浆结构，来避免既有线变形并且实现隧道的安全下穿。
9.本发明提供一种隧道近距离下穿既有线的注浆施工方法，所述方法至少包括：在
对既有线支顶的情况下，去除预设的隧道与既有线之间的原土层；在所述隧道与既有线之间的原土层区域设置能够支撑既有线的至少一个承力层；其中，所述承力层为由若干承力组件以拼接的方式构成的彼此嵌套的六边形网格结构；若干所述承力组件的端部聚集的节点以注浆的方式形成承力柱。本发明的注浆施工方法，能够在各个小尺寸导洞内分步作业，节省工期。不仅如此，由于去除了原土层，就去除了使得既有线沉降的不稳定因素，重新制成的注浆结构为彼此嵌套的六边形网格结构，注浆结构稳定且不容易变形，使得既有线具有足够的支撑力且不会发生沉降，因此保障了既有线的安全。注浆结构具有足够支撑既有线的支撑力，同时由于网格结构存在大量的空腔，因此注浆结构的整体重量较轻，不会对后续建成的隧道施加较大了压力。在后续构建隧道时，对注浆结构的支顶也更容易，能够减少支顶的工具的数量，扩大施工空间，同时也提高了建造隧道的安全性。
10.优选地，所述方法还包括：若干等长度的所述承力组件以节点为中心按照彼此呈60度和/或120度的方式分布，从而使得等长度的若干承力组件形成彼此嵌套的正六边形网格结构。
11.优选地，彼此嵌套的正六边形网格结构包括：若干由承力组件构成的菱形网格单元彼此抵靠拼接并形成彼此嵌套的正六边形网格，从而各个承力组件施加至节点的力被相邻的承力组件抵消和/或分散。
12.本发明的承力组件设置为彼此嵌套的正六边形网格，不仅不容易变形，其优势还包括：构成菱形单元的承力组件存在大量的三角形区域。三角形区域的侧向刚度较大，使得承力组件的水平承载力增大，有效抵抗承力组件的侧向移动。承力组件为简单的注浆桩体，注浆方式简单，减少了大型机具的使用。注浆结构呈网格状，也减少了注浆的需要量。因此，注浆结构的经济成本低、机具使用少、注浆方式简单、注浆结构的步骤简化，对施工具有积极的作用。
13.现有技术中，若使用简单的桩体或者注浆墙体作为承力组件，那么施工人员的工作量不会减少，且桩体沉重不易移动，因此在某个承力组件的角度出现偏移的情况下，施工人员不容易在注浆前进行及时调整。为了解决该问题，本发明通过设置特殊结构的空心桩体来做为承力组件，减轻承力组件的整体重量同时不弱化承力组件的支撑能力。
14.所述承力组件为空心的注浆桩体，所述承力组件至少包括注浆部和塑形部，所述塑形部包括呈网格分布的注浆槽，所述注浆部为与所述注浆槽连通的空腔，从而在所述塑形部的水平高度低于所述注浆部的水平高度时，所述注浆部内的浆体基于重力的作用注满所述注浆槽并形成支撑所述注浆部的几何结构支柱。
15.本发明的承力组件，塑形部在注浆后形成具有支撑能力的网格结构，从而在提高支撑力的同时减少了承力组件的重量，便于施工人员利用机具移动或者调解位置、角度，减少施工人员的工作难度，同时减少了承力组件对底部施压的压力。
16.优选地，所述承力组件的非注浆一端和/或注浆部的壁部设置有若干溢浆孔，在注浆的情况下，所述承力组件内的多余浆体从非注浆一端的溢浆孔溢出，并且溢出的浆体在同节点的承力组件的阻挡或溢浆的情况下形成承力柱，或者所述承力组件内的多余浆体从注浆部的壁部的溢浆孔溢出，并且溢出的浆体使得承力组件与其顶部的既有线和/或土层连接为一体。优选地，承力组件的浆体溢出形成固定承力组件的加固部分，使得承力组件与既有线或者周边土层、底部混凝土层连接为一体，避免了施工人员重复注浆的弊端。施工人
员只需要注浆一次，就能够同时形成承力组件、承力柱、加固部分等等。在处于承力层的边缘的承力组件需要插入周边土层或者岩石时，浆体也能够将承力组件与周边环境相对固定。
17.优选地，所述承力组件的注浆槽是由若干凸出的空心结构体以间隔的形式构建的，使得所述注浆槽呈有规律的几何网格状，有利于通过注浆槽形成六边形的网格结构，以提高网格状的支撑力。
18.优选地，所述承力组件设置于至少一层混凝土层上并与所述混凝土层注浆为一体，所述混凝土层设置与隧道的顶部的水平位置。
19.优选地，所述注浆槽的底部设置有至少一个溢浆孔，在注浆的情况下，浆体从底部的溢浆孔溢出以将所述承力组件与混凝土层连接为一体。如此设置，使得承力组件设置更稳定。
20.本发明还提供一种隧道近距离下穿既有线的注浆结构，在去除预设的隧道与既有线之间的原土层的情况下，注浆结构包括至少一个承力层；其中，所述承力层为由若干承力组件以拼接的方式构成的彼此嵌套的六边形网格结构；若干所述承力组件的端部聚集的节点以注浆的方式形成承力柱。
21.优选地，所述承力组件为空心的注浆桩体，所述承力组件至少包括注浆部和塑形部，所述塑形部包括呈网格分布的注浆槽，所述注浆部为与所述注浆槽连通的空腔，从而在所述塑形部的水平高度低于所述注浆部的水平高度时，所述注浆部内的浆体基于重力的作用注满所述注浆槽并形成支撑所述注浆部的几何结构支柱。
22.本发明的注浆结构，注浆方法简单，能够以较少的注浆量实现较大的支撑力，同时自身的重量较低，能够广泛用于工程建筑中的支撑场景。
附图说明
23.图1是本发明的空心片的纵向剖视的结构示意图；
24.图2是本发明的空心片的端部的结构示意图。
25.图3是本发明的空心片的几何结构层的结构示意图；
26.图4是本发明的承力层的其中一种垂向角度的结构示意图；
27.图5是本发明的承力层的另一种垂向角度的结构示意图；
28.图6是本发明的既有线与隧道的宏观的结构示意图。
29.附图标记列表
30.1：既有线；2：第一混凝土层；3：承力层；4：第二混凝土层；5：加固层；6：隧道；7：承力组件；72：塑形部；73：注浆部；74：空心部分；76：溢浆孔；77：第一注浆孔；78：第二注浆孔；79：第三注浆孔；8：空心结构体；9：注浆槽。
具体实施方式
31.下面结合附图进行详细说明。
32.本发明提供隧道近距离下穿既有线的注浆施工方法及其注浆结构。
33.一种隧道近距离下穿既有线的注浆施工方法，方法至少包括：
34.s1：在对既有线支顶的情况下，去除预设的隧道与既有线之间的原土层。
35.本发明中对既有线支顶的方式为：在待建隧道的参数设置完成后，对待建隧道与既有线之间的区域设置若干小尺寸的工作洞，进行分步施工。在小尺寸工作洞内，尤其是靠近既有线的小尺寸工作洞内，清除靠近既有线的土层并且使用千斤顶、桩体和/或横梁来支撑既有线，避免既有线出现临时沉降。同时，由于多个小尺寸工作洞的作业优势，既有线一部分也被未施工区域的原土层支撑，减少了既有线受到的施工影响。在部分小尺寸工作洞内的注浆结构形成并且固化后，注浆结构能够形成支撑既有线的坚固的结构体来进一步支撑既有线，使得既有线更稳定，不发生沉降。因此，在既有线被注浆结构支撑后，未被施工的原土层部分可以进行施工，此时，由于支撑力的增加，既有线不会出现沉降。
36.优选地，小尺寸工作洞按照先两边后中间的对称方式设置。
37.s2：在隧道6与既有线1之间的原土层区域设置能够支撑既有线的至少一个承力层3。
38.优选地，若干承力层3能够间隔设置，也能够相邻设置形成一个整体。
39.本发明以在一个小尺寸工作洞内设置的承力层为示例来进行说明。
40.如图4和图5所示，为承力组件7拼接形成的彼此嵌套的六边形网格结构，构成承力层3。若干承力组件7的端部聚集的节点以注浆的方式形成承力柱。
41.如图4所示，若干等长度的承力组件7以节点为中心按照彼此呈60度和/或120度的方式分布，从而使得等长度的若干承力组件7形成彼此嵌套的正六边形网格结构。
42.如图5所示，若干由承力组件7构成的菱形网格单元彼此抵靠拼接并形成彼此嵌套的正六边形网格，从而各个承力组件7施加至节点的力被相邻的承力组件7抵消和/或分散。由于承力组件的端部与其他承压组件构成三角角度，使得一个承力组件在承受力且向承力柱施加力时，承力柱受到的力能够被其余的承压组件逐层分解为较小的力，网格整体能够分解各个方向的力，使得承压组件不会倾斜，形成了稳定的网格结构。
43.若干个承压组件连接的点构成节点，以浇筑或者注浆的方式设置承力柱，将各个承压组件连接为一体。
44.优选地，部分菱形网格单元内还能够设置承压组件，使得部分菱形网格单元形成更稳定的三角形，进一步提高了承压组件的抗倾斜能力。
45.优选地，承力层所在的平面划分为主承力区域和辅助承力区域。主承力区域为趋近于既有线的中轴线的区域，例如靠近中轴线的1米的区域。该区域内承力组件以三角形的方式拼接从而提高承压组件的承载力和抗倾斜力。在辅助承力区域，承压组件以菱形网格单元进行拼接。因此，如图5所示，三角形单元和菱形网格单元能够有序拼接形成有效支撑的承力层。
46.优选地，在隧道与既有线之间，承力层不限于设置一层，也可以设置两层甚至更多层。
47.若隧道与既有线之间的距离小于1米，承力层可以设置为一层。若隧道与既有线之间的距离大于1米，承力层可以设置为一层，也可以设置为两层甚至更多。
48.以承力层设置两层为例，第一承力层与第二承力层之间存在水平设置的至少一层连接板层，以将第一承力层与第二承力层连接。即，连接板层被第一层的承压组件支撑，同时其表面分布第二承力层的承力组件。
49.优选地，两个承力层的菱形网格单元以在竖直方向相对错位的方式设置，有助于
第一承力层进一步分解第二承力层施加至连接板层的压力，使得第一承力层更稳定。
50.连接板层可以是浇筑形成，也可以是预先制备好的。连接板层与第一承力层与第二承力层之间能够通过注浆或者浇筑进行连接。
51.如图1至图3所示，本发明的承力组件7为空心的注浆桩体。设置为空心桩体的优势在于，空心桩体的重量比较轻，降低施工人员的移动难度和将承力组件设置为网格形状的难度。例如，当施工人员采用光线发射器发射出互成120度夹角的三条可见光线，并且将光线发射器设置于节点位置时，施工人员能够根据光线的方向来移动承力组件，使得承力组件最终能够拼接形成彼此嵌套的六边形网格结构。
52.彼此嵌套的六边形网格结构是指，彼此相邻且共用同一节点的三个六边形内部的两个边彼此连接构成新的六边形，并且该新的六边形将原三个六边形串接，形成彼此嵌套的分布方式。
53.现有技术中的空心桩体比较简单，其中央部分是空的，从而形成几何形状的空心桩。但是这样的空心桩体不能够用于在隧道与既有线之间进行支撑。原因在于，若干个空心桩按照轴线竖直的方式设置，则空心桩的数量多且布置步骤繁琐，并且在布置后容易发生移位，即不容易设置为直线。如果若干个空心桩按照轴线水平的方式设置，则空心桩体的整体承载力较差，容易受压力影响出现形变，并且空心桩体叠放会不稳定，根本无法提供较大的支撑力。
54.基于现有技术中的缺陷，本发明基于隧道与既有线之间的承压层的需要，提供一种全新结构的注浆结构作为承力组件7。
55.如图1所示，承力组件7的外部整体为长条形桩体。承力组件的横截面的几何形状不限，可以为矩形、三角形或多边形。本发明以横截面为矩形的示例来进行内部结构的说明。
56.如图1所示，承力组件7至少包括注浆部73和塑形部72。在使用承力组件时，按照注浆部73的位置高于塑形部72的位置的方式设置。承力组件的高度不限，可以按需设置。优选地，承力组件的高度为0～1m，能够降低承力组件整体的重心，从而增强承力组件的抗倾斜能力。注浆部73的高度不大于承力组件高度的四分之一，使得塑形部形成的几何结构支柱能够更好地支撑注浆部形成的抗压层或者抗压条，同时又减少承压组件的整体的注浆量。
57.塑形部72包括呈网格分布的注浆槽9。塑形部72与壁部之间的间隔构成了注浆部73。注浆部73和塑形部72之间为连通关系。
58.在塑形部72的水平高度低于注浆部73的水平高度时，注浆部73内的浆体基于重力的作用注满注浆槽9并形成支撑注浆部73的几何结构支柱。如此设置的注浆腔，浆体进入的阻力较小，不需要使用较高的注浆压力；浆体基于重力涌入注浆槽，使得注浆槽出现空隙的可能性较低。
59.注浆槽9是由若干凸出的空心结构体8以间隔的形式构建的，使得注浆槽9呈有规律的几何网格状。如图1所示，空心结构体8是由承力组件7的壁部机械式塑形构成，从而使得壁部以空心结构体的形状凸出于原壁部水平位置。或者，若干空心结构体8以构建注浆槽的方式焊接在承力组件的壁部。
60.如图3所示，空心结构体8为正六边形，并且按照能够使得注浆槽9构成正六边形网格分布的方式设置，使得注浆槽9内的浆体在凝固后形成六边形结构支柱。或者，如图5所
示，空心结构体8为菱形结构，若干菱形结构之间的间隔形成的注浆槽形成彼此嵌套的六边形网格结构，使得注浆槽9内的浆体在凝固后形成彼此嵌套的六边形结构支柱。
61.如此设置的承力组件的塑形部，能够使得承力组件的内部即具有较强的承载力，又不会全部空心，从而坚固程度加强。
62.如图2所示，承压组件7的端部设置有若干与注浆槽贯通的注浆孔。例如，第一注浆孔77和第二注浆孔78与注浆腔73连通。第三注浆孔79与空心结构体8之间的注浆槽9连通。
63.本发明的承压层3整体存在两次分压。第一，形成彼此嵌套的六边形网格结构将既有线施加的压力进行第一次分压，使得承力组件分别承受部分压力。第二，注浆腔内浆体形成的抗压层增大了既有线与承力组件之间的接触面积，使得抗压层每个点的压力不会太大，也减少了几何结构支柱直接承压导致损坏的缺陷。注浆槽9内浆体凝固形成的几何结构支柱支撑抗压层并且将压力第二次分散，使得承力组件整体的支撑力更强。
64.优选地，承力组件7的非注浆一端和/或注浆部73的壁部设置有若干溢浆孔76。在注浆的情况下，承力组件7内的多余浆体从非注浆一端的溢浆孔76溢出，并且溢出的浆体在同节点的承力组件7的阻挡或溢浆的情况下形成承力柱。
65.优选地，承力组件的端部能够设置阻挡件，在多个承力组件位于同一个节点时，阻挡件将相邻两个承力组件的端部之间的缝隙阻挡，使得多个承力组件端部汇聚形成的空间形成能够容纳浆体的柱形空间，从而溢出的浆体在注浆过程中同步形成承力柱，不需要施工人员二次浇筑，节省了工序。溢浆孔的设置也减少了浆体进入注浆腔的阻力，提高了注浆的效率和速度，节省了注浆时间。在注浆完成后，溢浆孔还有助与空气的流通，加速浆体内水分的流失，缩短浆体的凝固时间。
66.承力组件7内的多余浆体从注浆部73的壁部的溢浆孔76溢出，并且溢出的浆体使得承力组件7与其顶部的既有线和/或土层连接为一体。在注浆的过程中，承力组件与既有线之间存在微小的空隙，重新设置注浆管不仅浪费工材，而且不容易插入缝隙。因此，注浆部73的壁部设置溢浆孔76不仅降低了注浆的阻力，同时也使得承压组件与既有线之间的缝隙能够由浆体充满，不需要施工人员二次浇筑，节省了工序和时间，还节省了注浆管的使用，降低了经济成本。
67.如图6所示，在注浆的过程中，若承力组件与既有线之间存在空隙较大，能够在空隙内设置第二混凝土层4。
68.优选地，如图6所示，在施工时，能够预先设置至少一层混凝土层，在混凝土层上设置承压组件。例如在第一混凝土层2上设置承压组件，将若干承压组件连接为一体。其中，承力组件7与混凝土层通过注浆连接为一体。混凝土层设置于隧道的顶部的水平位置。
69.优选地，注浆槽9的底部设置有至少一个溢浆孔76。在注浆的情况下，浆体从底部的溢浆孔76溢出以将承力组件7与混凝土层连接为一体。优选地，底部的溢浆孔的尺寸小于顶部或者端部的溢浆孔的尺寸，使得少量浆体从底部溢出。承压组件底部与混凝土层紧密贴合，形成的空隙较小，因此允许浆体进入的浆体较少。若溢浆孔较大，或者注浆压力较大，容易使得大量浆体涌出并且将承压组件拱起，承压组件的稳定性降低。因此，底部的溢浆孔的数量应该较少，尺寸较小，有利于提高承压组件的稳定性。
70.在承压层设置的过程中，通过沉降监测系统监测既有线的沉降情况，在既有线不出现沉降影响的情况下设置小尺寸导洞分步进行承压层的设置。其中，在局部的承压层设
置完成后，在预设周期内承压层的高度未发生形变的情况下，能够撤掉部分支顶装置，使得局部的承压层来对既有线进行支顶，并且监测既有线的沉降情况。
71.优选地，在承压层设置完成后，能够对承压层进行坚固性测试，在测试合格的情况下使得承压层承担支撑既有线的支顶工作。本发明承压层的注浆结构的优势还在于，承压组件在竖直方向的高度是稳定的，不会由于浆体的凝固而发生明显的形变，同时承压组件在注浆完成后的承压范围是已知的，不需要施工人员频繁进行承压测试。施工人员仅需要关注承压层与既有线之间的缝隙的浆体是否凝固合格即可，降低了承压层的不合格率，提高了施工质量。
72.在承压层稳定的情况下，对承压层下方的设定的隧道区域进行施工，进行隧道的建设。
73.需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。
74.本发明说明书包含多项发明构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。