[发明专利]一种水平旋喷加固施工时可自动平衡周围土体压力的装置

说明书

技术领域

本发明属地下空间施工土体加固技术领域，确切地说是涉及一种水平旋喷加固施工时可自动平衡周围土体压力、减少超高压水平旋喷加固施工引起地表变形的技术。

背景技术

旋喷加固是利用钻机等设备，将带有特殊喷嘴的注浆管，置入土层的预定位置后，通过高压发生装置，使高压水泥浆液从喷射孔喷出，注浆管旋转切割破坏土体，部分土体被喷射浆液所置换，另一部分与水泥浆混合形成水泥土，其余土体在喷射动压、离心力和重力的共同作用下，在横断面上重新排列，周围土体则被挤密压实，注浆管一边旋转并喷射高压水泥浆液，一边朝孔口方向逐渐退出，从而形成一个由水泥和岩土组成的桩体。

根据钻孔或成桩的方向，一般分竖直旋喷和水平旋喷两种加固方式。随着地下空间开发的不断深入，水平旋喷加固技术逐渐被应用于一些地下工程中。但是，现有的水平旋喷加固技术如果要用于城市建筑物和地下管线密集的地区，还有一些关键的技术问题需要解决，其中最为关键的问题就是水平旋喷加固施工对地表变形、地下构筑物和地下管线的影响。

目前大部分的水平旋喷加固施工采用的方法是：注浆管旋转并喷射高压水泥浆液时，多余的水泥浆液和泥土的混合浆液，从注浆管和钻孔的间隙自然流向孔口排出。这样会造成两种不利情况：一是在旋喷初期阶段，周围土体本身存在的压力和旋喷施工挤压周围土体产生的压力，使注浆管和钻孔的间隙被逐渐填实，在此过程中，钻孔上方的土体发生了一定的竖向向下位移，从而造成地表沉降变形；二是一旦注浆管和钻孔的间隙被填实，旋喷施工挤压周围土体产生的压力无法释放，将使钻孔上方的土体发生了一定的竖向向上位移，从而造成地表隆起变形和土体水平位移。如果在加固体附近存在地面建筑物、地下管线或地下构筑物等，很容易产生重大事故。

日本的中西涉发明的MJS工法考虑了水平旋喷施工时周围土体的压力平衡问题，但MJS控制压力平衡的方法十分复杂。通过在喷头后部距离喷射点20cm处设置一个压力传感器，认为该传感器测出的泥浆压力即为作用于周围土体的压力，然后通过泥浆直空泵抽取该处的泥浆，使测得的压力数据始终与该处周围土体压力保持一致。MJS法存在几大缺陷：首先，喷头安装了压力传感器，传感器测得的数据信号必须连接电缆，使旋喷施工时喷头和注浆管无法连续旋转，只能在360度范围内摆动旋转，旋喷桩的断面形状是扇形而不是圆形，施工效率非常低，旋喷桩间的搭接质量较难保证；第二，由于需要增加电缆通道，使喷头和注浆管和水平钻机结构复杂，注浆管的直径较大，分节的注浆管之间只能通过若干螺栓连接，而每次需要进行电缆的转接，安装注浆管时间较长，而一般的旋喷施工，每节注浆管两端采用螺纹连接形式，每节注浆管的拆装可以通过机械装置完成；第三，旋喷施工时，一方面喷射压力较高，对周围土体扰动较大，另一方面注浆管是不断旋转的，因此，安装在喷头后部的压力传感器所测得的泥浆压力波动很大，以此压力数据为依据控制泥浆压力，较难达到理想的控制效果。第四，每节注浆管拆卸施工时，喷头后部的注浆管与周围土体之间的泥浆，会通过注浆管内的管道，从后面断开的一节注浆管处流出，使原先保持的泥浆压力突然释放，造成周围土体可能产生一定的位移，在旋喷桩长度较长、注浆管拆卸操作次数较多的情况下，土体位移的累积将产生较大的地表变形。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种水平旋喷加固施工时可自动平衡周围土体压力的装置，该装置不需要在喷头和注浆管上安装压力测量装置，可在水平旋喷加固施工的全过程中保证旋喷注浆管和周围土体之间的泥浆压力与周围土体的压力始终自动保持平衡。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种水平旋喷加固施工时可自动平衡周围土体压力的装置，其特征在于该装置包括喷头、注浆管、孔口密封装置、可调节开启压力的阀门、压力检测装置，其中所述喷头的内部设置了止回装置；所述的孔口密封装置固定于工作井壁，该孔口密封装置内部与喷头切割土体形成的泥浆相通，泥浆压力的大小通过安装在孔口密封装置上的可调节开启压力的阀门控制，当泥浆压力高于可调节开启压力的阀门设定的开启压力值，阀门自动开启，当泥浆压力低于可调节开启压力的阀门设定的开启压力值，阀门自动关闭；所述孔口密封装置与喷头和注浆管保持同心；所述注浆管沿所述孔口密封装置中心穿过；所述压力检测装置安装在孔口密封装置上，实时测定泥浆的压力。

所述装置还包括泥浆箱和泥浆主动抽排装置，该抽排装置包括泥浆抽吸泵以及阀门和管道，所述泥浆箱与可调节开启压力的阀门接通，所述泥浆抽吸泵与泥浆箱之间通过阀门、管道连通。

所述泥浆抽吸泵与孔口密封装置之间通过阀门、管道连通。