[发明专利]防止软土中地铁盾构隧道长期沉降的水泥加固装置及方法

权利要求书

1.一种防止软土中地铁盾构隧道长期沉降的水泥加固装置，其特征在于：其包括喷粉搅拌装置和防隧道变形的压力平衡装置；所述喷粉搅拌装置包括搅拌装置和喷粉装置，所述搅拌装置包括固定杆、扭矩盘、导杆、蜗杆推进机以及依次连接的滑块推动杆、滑块和若干搅拌杆；所述喷粉装置包括依次连接的供粉泵、送粉管路、若干喷粉嘴，送粉管路从供粉泵出发依次经过导杆、搅拌杆并连接各个喷粉嘴，其中喷粉嘴安装在搅拌杆上；所述防隧道变形的压力平衡装置包括竖向位移实时监测装置、压力控制系统以及数据采集和控制系统，所述竖向位移实时监测装置包括在隧道内铺设的位移计，所述压力控制系统包括依次连接的注浆管、浆液加压腔室和伺服压力控制器，所述数据采集和控制系统分别与位移计和伺服压力控制器连接；所述搅拌杆包括第一搅拌杆和第二搅拌杆，所述滑块连接第一搅拌杆的顶端，所述第一搅拌杆的底端连接第二搅拌杆的顶端，所述第二搅拌杆的底端连接导杆的底端；所述扭矩盘可沿固定杆上下移动，所述扭矩盘套在蜗杆推进机上并可驱动蜗杆推进机旋转，所述蜗杆推进机和导杆固定连接，所述蜗杆推进机套在滑块推动杆上并可驱动滑块推动杆上下移动；所述滑块与第一搅拌杆的连接方式为铰接，所述第一搅拌杆与第二搅拌杆的连接方式为铰接，所述导杆底端与第二搅拌杆一端的连接方式为铰接。

2.根据权利要求1所述的一种防止软土中地铁盾构隧道长期沉降的水泥加固装置，其特征在于：所述导杆侧面有卡槽，所述滑块可沿导杆的卡槽滑动并且可随导杆转动。

3.根据权利要求1所述的一种防止软土中地铁盾构隧道长期沉降的水泥加固装置，其特征在于：所述喷粉装置采用的粉体材料为水泥粉。

4.根据权利要求1所述的一种防止软土中地铁盾构隧道长期沉降的水泥加固装置，其特征在于：所述浆液加压腔室内的浆液为水泥和水玻璃混合浆液。

5.根据权利要求1所述的一种防止软土中地铁盾构隧道长期沉降的水泥加固装置的使用方法，其特征在于：其包括下述步骤：

步骤1：安装喷粉搅拌装置和防隧道变形的压力平衡装置；

步骤2：将导杆从注浆孔插入软土中的指定深度：移动滑块使第一搅拌杆和第二搅拌杆与竖直方向成较小夹角，这样可以保证导杆、第一搅拌杆和第二搅拌杆同时插入穿过隧道管片上的注浆孔到达指定深度；

步骤3：启动防隧道变形的压力平衡装置：数据采集和控制系统通过位移计实时监测隧道在竖向的位移，并通过伺服压力控制器调节浆液加压腔室内的压力，浆液加压腔室和插入注浆孔中的注浆管连接，如果隧道隆起则降低浆液加压腔室内的压力，如果隧道发生沉降则增加浆液加压腔室内的压力临时抬高隧道；

步骤4：蜗杆推进机驱动滑块推动杆向下移动微小段距离；

步骤5：扭矩盘对导杆施加扭矩，然后导杆带动第一搅拌杆和第二搅拌杆旋转一周，旋转过程中喷粉嘴喷出水泥粉与软土混合形成水泥土；

步骤6：重复步骤4~步骤5，直至滑块下移到导杆最低位置，这时第一搅拌杆大致处于水平位置；

步骤7：蜗杆推进机驱动滑块推动杆向上移动微小段距离；

步骤8：对导杆施加扭矩从而使导杆带动第一搅拌杆和第二搅拌杆旋转一周，旋转过程中喷粉嘴喷出水泥粉与软土混合形成水泥土；

步骤9：重复步骤7~步骤8，直至第一搅拌杆和第二搅拌杆与竖直方向成较小夹角；

步骤10：将导杆提升微小段距离，此时若滑块接近隧道底部转入步骤11，否则转入步骤4；

步骤11：再次将滑块下移到导杆最低位置，这时第一搅拌杆大致处于水平位置，然后旋转导杆，旋转过程中喷粉嘴喷出水泥粉与软土混合形成水泥土，然后导杆每旋转一周提升微小段距离，直到将滑块提升至靠近隧道底部，这时完成水泥土墩加固；

步骤12：拔出导杆及第一搅拌杆和第二搅拌杆：先下降导杆并使滑块相对导杆上移，直至第一搅拌杆和第二搅拌杆与竖直方向成较小夹角，这个时候从注浆孔孔中拔出导杆及第一搅拌杆和第二搅拌杆；

步骤13：通过注浆来补偿水泥土墩沉降：由于水泥固化收缩，水泥土墩会有微小下沉，因此通过注浆孔用注浆管在隧道和水泥土墩间注浆，从而补偿水泥土墩沉降对隧道位移的影响。