一种盾构隧道下穿铁路咽喉区袖阀管及其跟踪注浆方法

1.本发明涉及注浆固化施工技术领域，具体涉及一种盾构隧道下穿铁路咽喉区袖阀管及其跟踪注浆方法。


背景技术：

2.随着经济社会的快速发展，我国的隧道建设工程不断增加，在盾构下穿铁路段，隧道上方存在运营铁路以及既有地下人行通道，为确保盾构施工期间盾构隧道自身以及上部运营铁路的稳定性，保证盾构顺利下穿，需要在盾构施工前或者盾构施工期间对盾构隧道周边以及附近的构筑物进行一定的加固措施；在对上述结构进行加固的过程中，通常使用袖阀管进行施工，但是在使用袖阀管进行施工时，仍存在如下问题：
3.(1)由于其注浆过程中的浆液扩散无法准确控制，进而导致其整体注浆过程在控制上比较困难；
4.(2)同时施工所必须的注浆压力会对地基产生超孔隙水压力，挤土效应明显，可能破坏地基稳定与邻近构筑物的安全，进而造成因盾构下穿铁路咽喉区施工造成轨道沉降的风险；
5.(3)注浆过程中不能及时有效的监测到注浆位置的变形情况，取法实现有效跟踪，导致注浆时欠注浆或者过饱和注浆，继而导致注浆效果无法保证；
6.(4)现有的袖阀管在使用时定位困难，难以精确地在袖阀管注浆穿接孔内的注浆位置定位，影响其注浆效果，且不能实现不同间距注浆位置的注浆压浆，使用过程单一古板；
7.因此，为解决上述现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种盾构隧道下穿铁路咽喉区袖阀管及其跟踪注浆方法。


技术实现要素：

8.针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种盾构隧道下穿铁路咽喉区袖阀管及其跟踪注浆方法，本方法通过利用既有人行通道打设袖阀管，在盾构施工时同步进行跟踪注浆，补充地层损失，可有效对注浆过程进行跟踪，同时通过补充地层损失可有效防止咽喉区轨道沉降，具有注浆跟踪效果好、地层压力补充及时的特点。
9.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
10.一种盾构隧道下穿铁路咽喉区袖阀管跟踪注浆方法，包括步骤
11.step1.首先在施工前，根据设计图纸及现场情况，在下穿铁路施工隧道上方的人行通道的两侧准确放出袖阀管注浆点位，并进行标注；
12.step2.在确定人行通道内的注浆点位坐标后，在点位上钻设袖阀管注浆穿接孔，并在袖阀管注浆穿接孔钻设完成后安装袖阀管；
13.step3.在袖阀管安装完成后，安装注浆机进行注浆。
14.优选的，步骤step2所述的袖阀管注浆穿接孔钻设过程包括：
15.step201.钻孔前采用φ120水磨钻机进行开孔，开孔深度为人行通道的框架厚度；
16.其中：上述钻孔过程采用hlz-70全液压履带式钻孔机，最大钻孔直径230mm，最大钻孔深度100m，桅杆行程500mm，动力头行程1100mm，可实现斜孔施工，成孔直径为φ108mm；
17.step202.在人行通道框架上的开孔完成后，再在开孔上进行延伸，钻设袖阀管钻孔；
18.step203.在袖阀管钻孔完成后，在袖阀管钻孔内装入袖阀管。
19.优选的，步骤step3所述的注浆机为hjb-6注浆机，其主要技术参数为：外形尺寸1250
×
430
×
850mm，排浆量6m3/h，最高额定压力1.5-3mpa，进浆管内径51mm，出浆管内径38mm；最大输送距离为垂直80m、水平300m。
20.优选的，步骤step3所施用的浆液为水泥浆液，水泥浆液水灰比为1:1，且在注浆过程中注浆压力在0.5～0.8mpa；
21.注浆结束标准为：注浆压力逐步提高，当到达设定终压并继续注浆10min以上时，有一定注浆量，注浆结束时的迸浆量，达到设计量80％以上。
22.一种盾构隧道下穿铁路咽喉区袖阀管，所述盾构隧道下穿铁路咽喉区袖阀管跟踪注浆方法基于袖阀管进行，所述袖阀管包括外套管和注浆套管，所述外套管设置在袖阀管注浆穿接孔内，所述注浆套管设置在外套管内，且在注浆套管内设置有压浆注浆机构，所述压浆注浆机构通过注浆管与注浆机连接。
23.优选的，所述的外套管包括首节套管、多节标准节套管和末节套管，所述首节套管、标准节套管与末节套管之间通过防水螺纹套件连接，且首节套管设置在袖阀管注浆穿接孔的底部，末节套管设置在袖阀管注浆穿接孔的的端口部；且在所述首节套管、多节标准节套管和末节套管上均设置有定位孔、注浆孔、外限位螺纹和连接螺纹柱，所述连接螺纹柱与防水螺纹套件配合使用，且在所述防水螺纹套件中部还嵌设有防水环；所述首节套管的前端部还一体成形的设置有锥形头与袖阀管注浆穿接孔配合使用。
24.优选的，所述的压浆注浆机构包括定位杆，所述定位杆与注浆管螺接连接，且在定位杆上设置有定位杆定位组件、压浆组件和外套管定位组件；其中，所述定位杆定位组件对称设置在外套管定位组件的两端，所述外套管定位组件对称设置在压浆组件的两端，所述压浆组件与定位杆定位组件和外套管定位组件配合使用；且在所述定位杆内还设置有注浆槽，所述注浆槽与注浆管配合使用，且在所述定位杆上设置有若干出浆孔，所述出浆孔与注浆槽连通。
25.优选的，所述的压浆组件设置在定位杆中间，包括单向封闭阀片和注浆支管，所述单向封闭阀片活动安装在注浆套管外侧，且其两端导向注浆叶片与注浆口配合使用，所述注浆支管对称设置在单向封闭阀片的两侧，且与外套管定位组件配合使用，所述单向封闭阀片的两端还设置有密封板，所述密封板与注浆套管的侧孔配合使用，且在所述定位杆中间设置有葫芦节，所述出浆孔设置在葫芦节上。
26.优选的，所述的定位杆定位组件包括若干第一定位套件和第二定位套件，所述第一定位套件和第二定位套件均为活动套设在定位杆上的圆台套管，其中所述第二定位套件活动套设在靠近压浆组件的一侧定位杆上，所述第一定位套件活动套设在第二定位套件的小头端，第一定位套件的小头端与设置在定位杆上的定位盘配合使用；且在第一定位套件上开设有梯形让位豁口；所述第一定位套件还与设置在注浆套管上的变形槽配合使用，且
在所述第一定位套件和第二定位套件上还设置有橡胶阻滑环。
27.优选的，所述的外套管定位组件为定位弧块，所述定位弧块与设置在外套管和注浆套管上的定位孔配合使用，且在所述定位弧块内设置有让位槽，所述让位槽与注浆支管配合使用。
28.本发明的有益效果是：本发明公开了一种盾构隧道下穿铁路咽喉区袖阀管及其跟踪注浆方法，与现有技术相比，本发明的改进之处在于：
29.(1)本发明设计了一种盾构隧道下穿铁路咽喉区袖阀管跟踪注浆方法，本方法通过利用既有人行通道打设袖阀管，在盾构施工时同步进行跟踪注浆，补充地层损失，可有效对注浆过程进行跟踪，同时通过补充地层损失可有效防止咽喉区轨道沉降，具有注浆跟踪效果好、地层压力补充及时的优点；
30.(2)本发明设计了一种袖阀管，本袖阀管包括外套管、注浆套管和压浆注浆机构，在注浆过程中，通过注浆套管和压浆注浆机构可以有效的对外套管在袖阀管注浆穿接孔内的位置、外套管与注浆套管的相对位置、压浆注浆机构在注浆套管内的位置进行固定，同时在注浆过程中能有效的对袖阀管注浆穿接孔周边的注浆点进行单向逐点注浆，可实现不同间距注浆位置的注浆压浆，使用灵活方便，且本袖阀管采用装配式结构，组装简单方便，可有效提供施工效率，具有施工效率高、使用灵活方便的优点。
附图说明
31.图1为本发明盾构隧道下穿铁路咽喉区的截面图。
32.图2为本发明首节套管的结构示意图。
33.图3为本发明标准节套管的结构示意图。
34.图4为本发明末节套管的结构示意图。
35.图5为本发明防水螺纹套件的剖视图。
36.图6为本发明注浆套管的结构示意图。
37.图7为本发明外套管的剖视图。
38.图8为本发明袖阀管的剖视图。
39.图9为本发明袖阀管在使用状态下的额剖视图。
40.图10为本发明压浆注浆机构的结构示意图。
41.图11为本发明定位杆的剖视图。
42.其中：1.人行通道，2.下穿铁路施工隧道，3.袖阀管，31.外套管，311.定位孔，312.注浆孔，313.外限位螺纹，314.锥形头，315.连接卡槽，316.连接螺纹柱，32.注浆套管，321.变形槽，322.定位让位孔，323.单向封闭阀片，3231.密封板，3232.导向注浆叶片，324.伸缩腔，33.注浆管，34.压浆注浆机构，341.定位杆，3411.注浆槽，342.定位盘，343.第一定位套件，3431.让位豁口，3432.橡胶阻滑环，344.葫芦节，3441.出浆孔，345.注浆支管，346.定位弧块，3461.让位槽，347.第二定位套件，35.防水螺纹套件，351.防水环。
具体实施方式
43.为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
44.实施例1：参照附图1所示的一种盾构隧道下穿铁路咽喉区袖阀管的跟踪注浆方法，包括步骤：
45.step1.首先在施工前，根据设计图纸及现场情况，在下穿铁路施工隧道2上方的人行通道1的两侧准确放出袖阀管注浆点位，并用红油漆对袖阀管注浆点位进行标注；
46.其中，所述袖阀管注浆点位的布置数量和布置位置由下穿铁路施工隧道2与人行通道1的相对距离、地下水位和地质情况等因素综合确定。
47.step2.在确定人行通道1内的注浆点位坐标后，在点位上钻设袖阀管注浆穿接孔，并在袖阀管注浆穿接孔钻设完成后安装袖阀管3；
48.step3.在袖阀管安装完成后，安装注浆机进行注浆；
49.其中，在上述注浆过程中，所施用的浆液为水泥浆液，水泥浆液水灰比为1:1，且在注浆过程中注浆压力控制在0.5～0.8mpa，注浆结束标准如下：注浆压力逐步提高，当到达设定终压并继续注浆10min以上时，有一定注浆量，注浆结束时的迸浆量，一般应达到设计量80％以上。
50.优选的，步骤step2所述的袖阀管注浆穿接孔钻设过程包括：
51.step201.由于人行通道1的下穿框架为钢筋混凝土结构，因此为减小袖阀管钻孔过程对既有框架的扰动及破坏程度，钻孔前先采用φ120水磨钻机对人行通道1的下穿框架进行开孔，开孔深度为人行通道2的框架厚度；
52.其中：上述钻孔过程采用hlz-70全液压履带式钻孔机，最大钻孔直径230mm，最大钻孔深度100m，桅杆行程500mm，动力头行程1100mm，可实现斜孔施工，成孔直径为φ108mm；
53.step202.在人行通道1的框架上的开孔完成后，再在开孔上进行延伸，钻设袖阀管钻孔；
54.step203.在袖阀管钻孔完成后，在袖阀管钻孔内装入袖阀管3。
55.优选的，步骤step3所述的注浆机为hjb-6注浆机，其主要技术参数为：外形尺寸1250
×
430
×
850mm，排浆量6m3/h，最高额定压力1.5-3mpa，进浆管内径51mm，出浆管内径38mm；最大输送距离为垂直80m、水平300m。
56.优选的，本实施例在袖阀管钻孔内各监测位置布设有压力传感器，用于跟踪监测在注浆过程中袖阀管钻孔内各检测位置的注浆压力和变形情况。
57.实施例2：如图2-11所示，与实施例1不同的是，为在对袖阀管注浆穿接孔进行注浆时，可以有效的对人行通道1周侧进行跟踪注浆，补充地层损失，所述的袖阀管3包括外套管31和注浆套管32，所述注浆套管32设置在外套管31内，且在所述注浆套管32内设置有压浆注浆机构34，所述压浆注浆机构34通过注浆管33与注浆机连接。
58.优选的，所述的外套管31为袖阀管3的最外层防护机构，用于插设在袖阀管注浆穿接孔内，防止袖阀管注浆穿接孔塌孔和变形，包括首节套管、多节标准节套管和末节套管，所述首节套管与标准节套管、标准节套管与标准节套管、标准节套管与末节套管之间均通过防水螺纹套件35连接，且所述首节套管设置在袖阀管注浆穿接孔的底部，末节套管设置在袖阀管注浆穿接孔的的端口部位置。
59.优选的，为便于在使用时对注浆穿接孔内以及注浆穿接孔外地层进行注浆，所述的首节套管、多节标准节套管和末节套管上均设置有定位孔311、注浆孔312、外限位螺纹313和连接螺纹柱316；
60.其中所述定位孔311和注浆孔312均对称设置，且与注浆套管32和压浆注浆机构34配合使用，来实现对外套管31在注浆穿接孔内的定位和对注浆穿接孔内以及注浆穿接孔外地层进行注浆；
61.所述外限位螺纹313设置在首节套管、标准节套管和末节套管的外侧，用于与注浆穿接孔内产生摩擦阻力，对外套管31在在注浆穿接孔内的位置进行定位，且在使用时可以通过转动外套管31，利用外限位螺纹313与注浆穿接孔之间的摩擦力，来便于将外套管31安装入注浆穿接孔内；
62.所述连接螺纹柱316设置在首节套管的末端、标准节套管的两端和末节套管的的前端，且均与防水螺纹套件35配合使用，来实现首节套管、标准节套管和末节套管之间的连接，同时为起到防水作用，在所述的防水螺纹套件35中部还嵌设有防水环351。
63.优选的，为避免外套管31穿入注浆穿接孔内的过程中，注浆穿接孔内的离体结构土对首节套管形成阻力，影响外套管31的穿入，在所述的首节套管的前端部还一体成形的设置有锥形头314，且通过锥形头314对首节套管的前端部进行密封，防止地下水和注浆水倒灌入首节套管内。
64.优选的，为便于在注浆完成后，使得所有袖阀管注浆点位上的袖阀管3可以相互连接，形成一个整体式的支撑结构，在所述的末节套管的末端还设置有连接卡槽315，所述连接卡槽315与钢绞线配合使用，将袖阀管注浆点位上的袖阀管3可以相互连接，形成一个整体式的支撑结构，来增强人行通道1框架的稳定性。
65.优选的，所述的注浆套管32活动安装在外套管31内，且与压浆注浆机构34固定连接，在使用时与压浆注浆机构34配合使用；所述压浆注浆机构34包括定位杆341，所述定位杆341与注浆管33螺接连接，且在定位杆341上设置有定位杆定位组件、压浆组件和外套管定位组件；其中所述定位杆定位组件对称设置在外套管定位组件的两端，用于对定位杆341在注浆套管32内的位置进行定位；
66.所述外套管定位组件对称设置在压浆组件的两端，用于对注浆套管32在外套管31内的位置、以及外套管31在袖阀管注浆穿接孔内的位置进行定位。
67.所述压浆组件与定位杆定位组件和外套管定位组件配合使用。
68.优选的，为便于在使用时进行压浆注浆，所述的定位杆341内还设置有注浆槽3411，所述注浆槽3411与注浆管33配合使用，且在所述定位杆341上设置有若干出浆孔3441，所述出浆孔3441与注浆槽3411连通，所述压浆组件设置在定位杆341中间，包括单向封闭阀片323和注浆支管345；所述单向封闭阀片323活动安装在注浆套管32外侧，且其两端导向注浆叶片3232与注浆口312配合使用，即在非注浆状态下是对注浆孔312进行密封封堵，在注浆时利用注浆压力推动所述单向封闭阀片323向前运动，进而打开注浆口312，对注浆口312外侧结构进行注浆；所述注浆支管345对称设置在单向封闭阀片323的两侧，且与外套管定位组件配合使用。
69.优选的，所述的单向封闭阀片323的两端还设置有密封板3231，所述密封板3231与注浆套管32的侧孔紧密接触，来防止注浆时浆液进入单向封闭阀片323后侧伸缩腔324内，保证在注浆过程中当单向封闭阀片323外部受到压力时，单向封闭阀片323能重新卡入注浆口312内，来防止注浆过程中浆液发生逆流。
70.优选的，为在利用出浆孔3441注浆的过程后，对定位杆341在注浆套管32内的位置
进行辅助定位，在所述的定位杆341中间设置有葫芦节344，用于增大其与外部混凝土浆液的接触面积，防止其移动。
71.优选的，为便于对定位杆341在注浆套管32内的位置进行定位，所述定位杆定位组件包括若干第一定位套件343和第二定位套件347，所述第一定位套件343和第二定位套件347均为活动套设在定位杆341上的圆台套管，其中所述第二定位套件347设置在靠近压浆组件一侧的定位杆341上，所述第一定位套件343均活动套设在第二定位套件347的小头端，且第一定位套件343的小头端与设置在定位杆341上的定位盘342配合使用，且在所述第一定位套件343上均开设有梯形让位豁口3431，且最末端的，即当第二定位套件347的大头端受到注浆压力后，推动第二定位套件347整体向远离压浆组件的一侧运动，进而连续的对后面的第一定位套件343形成压迫，在定位盘342的作用力下使得第一定位套件343的让位豁口3431被不断的撑大，进而使得第一定位套件343的整体直径不断变大，进而与注浆套管32的内壁紧密接触，对定位杆341在注浆套管32内的位置进行定位，以方便后期利用压浆组件注浆。
72.优选的，为便于安装和组装，所述定位盘342螺接安装在定位杆341上；同时为便于在定位杆定位组件工作时对注浆套管32与外套管31的位置也进行相对固定，在上述若干第一定位套件343对应位置的注浆套管32上还设置有变形槽321，在使用时，所述变形槽321在第一定位套件343和第二定位套件347的相互作用下变大，导致所述注浆套管32在外套管31内的位置被进一步固定。
73.优选的，为增大摩擦力，在所述的第一定位套件343和第二定位套件347上还设置有橡胶阻滑环3432，所述橡胶阻滑环3432与注浆套管32的内壁配合使用。
74.优选的，所述的外套管定位组件为定位弧块346，所述定位弧块346与设置在外套管31和注浆套管32上的定位孔311配合使用，且在所述定位弧块346内设置有让位槽3461，所述让位槽3461与注浆支管345配合使用，在注浆时，利用注浆支管345的注浆压力使得定位弧块346向前移动并压入注浆穿接孔的侧壁中，对本袖阀管3在注浆穿接孔内的位置进行定位；同时为增大摩擦力和接触面积，在所述的定位弧块346外侧还设置有定位螺纹。
75.优选的，在安装过程中，为防止袖阀管注浆穿接孔内的泥土对外套管31和注浆套管32内造成污染，在安装前，利用石膏将所述定位孔311、注浆孔312和出浆孔3441堵住。
76.优选的，所述的注浆套管32上还设置有定位让位孔322，所述定位让位孔322与定位弧块346配合使用。
77.优选的，上述外套管31采用pvc管制成，且其标准节套管长度相同。
78.本实施例所述袖阀管3的安装和注浆过程包括：
79.(1)外套管拼接和安装，首先在所述安装前，根据对应位置的袖阀管钻孔的钻设深度，选择一节首节套管、末节套管和若干节标准节套管，使其长度与袖阀管钻孔的钻设深度相匹配，并将首节套管、末节套管和标准节套管利用防水螺纹套件35连接，形成一个整体的外套管31，然后利用安装设备将所述外套管31安装在袖阀管钻孔内(或边安装边拼接)；
80.注意在本过程中可通过转动外套管31，利用外限位螺纹313与注浆穿接孔之间的摩擦力，来便于将外套管31安装入注浆穿接孔内；
81.(2)注浆套管32和压浆注浆机构34的安装，首先将定位弧块346安装在注浆支管345上，在定位弧块346安装完成后在定位杆341的两端套设安装第一定位套件343和第二定
位套件347，安装完成后安装定位盘342，在定位盘342旋接完成后将注浆套管32套设在压浆注浆机构34的外侧，并在注浆套管32套设完成后安装单向封闭阀片323，即完成注浆套管32和压浆注浆机构34的安装；
82.(3)定位和注浆：在安装完成后将定位杆341与注浆管33连接，并通过伸长注浆管33使得注浆套管32伸入外套管31内的合适注浆位置，并在找到后停止伸长注浆管33；此时打开注浆机工作，通过注浆槽3411的浆液首先进入到注浆支管345内，将定位弧块346压出，使得定位弧块346压入注浆穿接孔的侧壁中，对本袖阀管3在注浆穿接孔内的位置进行定位；在定位完成后，注浆压力不断变大，压破出浆孔3441处的石膏，使得出浆孔3441被打开，出浆孔3441打开后浆液进入到两个定位杆定位组件中间的区域，并对第二定位套件347进行挤压，使得第二定位套件347推动第一定位套件343向两端移动，在这个过程中在定位盘342的作用力下使得第一定位套件343的让位豁口3431被不断的撑大，进而使得第一定位套件343的整体直径不断变大，与注浆套管32的内壁紧密接触，对定位杆341在注浆套管32内的位置进行定位；定位完成后注浆压力继续对单向封闭阀片323形成压力，使得单向封闭阀片323向后移动，打开注浆口312，对袖阀管注浆穿接孔及其周边结构进行注浆，在单节注浆完成后，将所述注浆管33与定位杆341拆开，重复步骤(2)和(3)，直至完成注浆；
83.(4)在注浆完成后，利用钢绞线将各个袖阀管3的连接卡槽315连接，形成一个整体式的支撑结构，来增强人行通道1框架的稳定性。
84.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。