[发明专利]全断面注浆、矩形水平冻结与管棚联合加固结构及方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种穿越敏感建（构）筑物，富含水层砂土或软土地层的全断面注浆、矩形水平冻结与上部管棚联合加固的地下通道施工加固结构及方法。属于浅埋暗挖地下通道加固技术领域。 

背景技术

地下通道浅埋暗挖施工时，为确保其暗挖过程顺利及影响范围内建（构）筑物的安全，通常需要对暗挖土体进行加固。其作用是阻止地下通道外地下水土流入及保持开挖断面的稳定性，使加固体本身具有一定的强度和刚度。其作用是挡土、挡水、保证开挖面稳定及控制重要建（构）筑物在施工中的变形。通常地下通道超前预加固采用注浆法、管棚法、深层搅拌桩、高压旋喷法、冻结法、等方法，每种方法各具有优缺点，如表1。 

表1常见地下通道预加固方式对比 

 

地下通道施工特别是在市中心遇到的复杂周边环境和地层环境越来越多，经常遇到因场地和地层限制，无法使用或不适合使用各类化学加固方式，而采用单一矩形水平冻结法加固由于开挖断面较大，工作面稳定性难于保证、开挖卸压及冻结法具有的冻胀及融沉特性，也难于满足复杂环境保护要求的情况。

发明内容

本发明提出的是一种全断面注浆，矩形水平冻结与管棚联合加固结构及方法，其目的旨在满足复杂环境保护要求的情况，在地下通道暗挖前利用水平冻结孔冻结加固土体，在暗挖地下通道外侧先形成强度高、封闭性好的矩形冻结壁。为保证开挖面的稳定性以及控制冻结过程中冻土层产生的冻胀与融沉影响，在水平冻结孔施工前对将要暗挖的区域及冻结区域进行全断面预注浆。同时，为控制由于暗挖引起的地表隆、沉对建（构）筑物的影响，在正上方布置一排管棚使加固区域位移、应力等变化量与上部建（构）筑物予以隔离保护。适用于因场地限制无法使用各类化学加固方式，并且对冻结法加固引起的地层冻胀融沉量有严格限制的浅埋暗挖矩形地下通道预加固工程。 

本发明的技术解决方案：全断面注浆、矩形水平冻结与管棚联合加固结构，其结构包括矩形冻结壁，矩形冻结壁内的上方是一排冻结孔，矩形冻结壁内的冻结管两侧及底部各布置两排冻结孔，冻结管内的冻结孔的上部是泄压孔，矩形冻结壁内外两侧设有测温孔，矩形冻结壁的上方是管棚，矩形冻结壁内的冻结管外围是地下通道初衬，冻结管内围是地下通道二衬，矩形冻结壁内外两侧、地下通道二衬是全断面注浆区域。 

其联合加固的方法，包括如下步骤： 

（1）全断面注浆；

在冻结孔施工之前，对结构内部及将要实行水平冻结的区域进行全断面注浆改良土体，确保开挖面的稳定性并拟制冻胀融沉；具体包括

1）打设注浆管，采用小导管注浆，注浆孔成梅花型布置，排与孔间距1m；

2）注浆采用P.O 42.5硅酸盐水泥，水灰比为1:1（重量比）；

3）注浆压力控制为0.3～0.5MPa，注浆扩散半径为1.0～1.2m，注浆终压为0.5MPa，单孔注浆量为4.2～4.6m³。

（2）矩形冻结壁，具体包括 

1）矩形冻结壁10位于地下通道暗挖段外，冻结孔1按水平角度布置；

2）冻结孔数101个。其中地下通道结构两侧及底部各布置两排孔，两排孔排距1m，梅花形布置，冻结孔离初期支护外侧距离1m，冻结孔之间间距为0.8m，冻结孔数73个，长度为8m；在暗挖通道结构上侧布置一排孔，冻结孔之间间距为0.8m，冻结孔数15个，长度为8m；在上部通道底板向下0.6m处横向布设一排冻结孔，形成稳定矩形冻结壁的横向冻结壁支撑，孔间距为0.7m，冻结孔数为13个，长度为8m；

3）冻结管用直径为89mm，厚度为9mm的20#无缝钢管。

（3）测温孔 

测温孔位于矩形冻结壁内外两侧，4个测温孔布设在冻结管外侧，4个布设在冻结管内侧，2个布设在冻结管底部，测温孔深与外圈冻结管一致，板块冻结区范围内每层土内至少布设一个测温孔，且数量不少于2个，测温孔孔深与板块冻结区范围内冻结管长度一致，测温点间距1~1.5m，测温管采用直径为89mm、厚度9mm的20#低碳无缝钢管。

（4）泄压孔 

底排冻结孔上部2.2m处与上排冻结孔下部2.2m处各布设一排直径89mm，间距700mm的卸压孔，孔深8m，泄压孔数为6个。

（5）管棚 

在上排冻结孔上方30mm处，布置一排29根直径为89mm、厚度9mm管棚进行隔离保护，管棚间距为300mm，管棚长8m。

（6）施工