[发明专利]可液化砂土中防止盾构机下沉的硅溶胶加固装置及其方法

说明书

本发明公开了一种可液化砂土中防止盾构机下沉的硅溶胶加固装置,包括弯曲顶管系统、硅溶胶压注系统、抽水系统和隔水板；弯曲顶管系统包括侧边开孔的弯曲管，弯曲管分两排插在拟建盾构隧道区域两侧的地基中，硅溶胶压注系统包含依次相连的硅溶胶溶液注入总管、第一水泵和硅溶胶贮存容器；抽水系统包含依次相连的抽水总管、第二水泵和贮液池；隔水板分两排插在拟建盾构隧道区域两侧的地基中，硅溶胶溶液注入弯曲管与硅溶胶溶液注入总管连接，抽水弯曲管与抽水总管连接。本发明通过硅溶胶溶液加固拟建盾构隧道周围的可液化砂土，加固过程中硅溶胶溶液渗透速度快，成本低，对周围环境扰动小，加固后可防止盾构过程中土体振动液化导致盾构机下沉。

技术领域

本发明属于岩土工程研究领域，尤其涉及一种可液化砂土中防止盾构机下沉的硅溶胶加固装置及其方法。

背景技术

城市规模不断扩大，盾构隧道的建设已成为大中城市发展必不可少的一部分，但我国不少大中城市都广泛分布着可液化土。当盾构机在可液化地基中推进时，由于盾构机对土体的振动，导致土体液化失去剪切强度，这时盾构机在液化土层中下沉。目前对于可液化地基中防止盾构机下沉的方法主要是在施工中改变施工参数，例如盾构机推进的初始标高要高于设计标高，盾构过程中土体液化让盾构机下沉至设计标高，这种方法难度大，且依赖盾构前期试验段参数和工程经验。因此可以考虑通过加固可液化地基防止盾构机沉降，工程上常规加固可液化土体的方法包括打碎石桩、换填土体、振动挤密土体等，但是这些方法成本高且对周围环境影响大，而盾构隧道周围往往为人口密集的城区，因此这些常规方法并不适用。人们也开发出基于渗流让加固溶液固化可液化土体的方法，例如在可液化土体中通入微生物溶液产生碳酸钙沉淀加固土体，以及在可液化土体中通入硅溶胶溶液，硅溶胶溶液中悬浮着纳米颗粒，这些纳米颗粒在溶液碱性降低的过程中先逐渐凝聚成链状结构进而形成三维网状结构的凝胶，从而加固可液化土体。硅溶胶溶液初始的粘性接近于水，这样有利于硅溶胶溶液在水中的渗流，通过调整硅溶胶溶液的PH值，可以让硅溶胶在数秒或数月的时间段内保持低粘度然后粘度突然急剧上升形成凝胶。但上述渗流加固的方法并没有应用于防止盾构机振动液化下沉的问题，而直接让加固溶液渗流固化拟建盾构隧道附近的可液化土体，存在加固区域过大、渗流造成附近地面沉降引起房屋变形开裂等问题，因此如何控制固化土体区域降低成本、减少渗流对附近地表沉降的影响，是固化土体进而防止盾构机振动液化下沉需要解决的问题。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术中没有通过硅溶胶溶液渗流固化土体从而防止盾构机振动液化下沉的方法，同时考虑控制固化土体区域降低成本、减少渗流对附近地表沉降影响，提出了一种可液化砂土中防止盾构机下沉的硅溶胶加固装置及其方法。

本发明的技术方案：一种可液化砂土中防止盾构机下沉的硅溶胶加固装置，包括弯曲顶管系统、硅溶胶压注系统、抽水系统和隔水板；

所述弯曲顶管系统包括若干侧边开孔的弯曲管，所述弯曲管分两排平行地插在拟建盾构隧道区域两侧的地基中，其中拟建盾构隧道区域一侧的弯曲管为硅溶胶溶液注入弯曲管，拟建盾构隧道区域另外一侧的弯曲管为抽水弯曲管；

所述硅溶胶压注系统包含依次相连的硅溶胶溶液注入总管、第一水泵和硅溶胶贮存容器；

所述抽水系统包含依次相连的抽水总管、第二水泵和贮液池；

所述隔水板分两排平行地插在拟建盾构隧道区域两侧的地基中，所述弯曲顶管系统和拟建盾构隧道区域位于两排隔水板中间，同一排的隔水板前后相连；

所述硅溶胶溶液注入弯曲管与硅溶胶溶液注入总管连接，所述抽水弯曲管与抽水总管连接。

本发明利用硅溶胶溶液粘度突然增大前在砂土中渗透速度快的特点快速填充砂土中的孔隙，同时通过弯曲管减少固化土体区域从而降低成本，通过隔水板阻隔渗流从而降低渗流对附近地表沉降的影响，从而不仅可以防止盾构机液化下沉，而且具有渗透速度快、成本低、对周围环境扰动小的优点。