[发明专利]一种地下结构的包络式加固方法

说明书

本发明公开一种地下结构的包络式加固方法，该加固方法形成的包络式加固结构，不仅能实现隧道的应急加固，而且能通过对隧道外侧地层的永久性加固，从根本上改变隧道受力不均、沉降不均及浅埋隧道侧向土体被动抗力不足出现椭圆形变形等破坏形态。加固区的钢筋混凝土衬砌在内侧钢板衬的保护下，钻孔开洞仍能保持原有的安全能力。此外，该种结构的施工方法，对加固区域的扰动很小，是一种对隧道结构加固的最有效的绿色施工方法。

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体来说是一种城市地铁隧道、地下空间或高铁与公路隧道和城市地下基础的加固维修与主动保护的技术。

背景技术

目前大量运营的隧道和地下空间，已经出现了不同程序的病害或损坏，如结构裂缝、衬砌体露筋、剥落、腐蚀、错台、开裂、漏水及结构大变形等问题，直接影响结构使用功能和运行的安全。在对运营隧道的修复加固，目前主要是一种临时性加固结构，如内衬钢板衬结构加固，这种结构之所以称之为临时结构，主要是因为受隧道内部空间限制，加固体的尺寸和强度均受到控制，无法从根本上修复隧道的病害。

地下结构和隧道出现的衬砌结构裂缝、衬砌体露筋、剥落、腐蚀、错台、开裂、漏水及结构大变形等问题，主要是由于隧道所处地层的软弱、不均匀，以及受载不均匀和受临近人类活动影响所致。例如，城市的浅埋隧道出现椭圆形变形，是由于隧道顶部承担较大载荷时，隧道两侧的地层不能提供足够的抗力，导致隧道衬砌与地下结构结构在腰部向外发生变形引起的。当变形较大时，就会影响到隧道的安全及使用要求了。其外，当隧道周边分布的地层不均时，作用于隧道上的地压呈不均匀分布，将使隧道的衬砌结构出现较大的拉应力，就会使隧道衬砌与地下结构结构上产生裂缝而破坏。

为了永久性地修复隧道和地下结构的病害，对隧道和地下结构外侧的地层进行有效加固是一个最好的方法。注浆加固或高压旋喷注浆加固施工法是二种传统的地层加固方法，主要有普通注浆方法，如充填注浆、压密注浆和劈裂注浆等方法；高压旋喷注浆，如单重管、双重管高压旋喷注浆和三重管高压旋喷注浆方法。

普通的注浆方法是通过在加固位置钻孔埋设固定的注浆管，注浆管与引孔的孔壁间设有止浆塞，注浆喷嘴不移动和转动，定点喷浆，浆液由近及远向地层中流动，压力越大，浆液流动的范围越大，浆液的扩散路径呈脉状，不均匀扩散。由于没有置换，当注浆量和压力较大时，出现浆液向地层表面流动，或向地下沟槽内流动，浆液的消耗量大，对隧道本身的影响和损害较大，加固效果不可控，质量较差。

高压旋喷方法是先在加固位置钻孔埋设旋喷注浆管，喷浆嘴安装在旋喷管的头部，喷浆嘴随喷浆管旋转和提升移动，旋喷管与引孔孔壁之间留有间隙，允许旋喷注射浆液产生的置换泥浆从这个间隙中排出。旋喷嘴喷射的是浆、水和气流体，压力越大，切削地基土的能力越强，能使加固浆液扩散一个较大的直径，形成一个大直径的加固体。由于气升效果，能使置换的泥浆能从钻杆与引孔孔壁之间的间隙排出，但是，随着施工深度的增加，气升效果会越来越弱，另外，当间隙堵塞的时候，加固区域的压力会不断增加，一方面造成高压喷嘴的喷射效率会下降，另外会造成地面隆起、挤压管线、损伤隧道结构等副作用。此外，沿钻杆与引孔孔壁之间的间隙随意排出的泥浆清理十分困难，对施工结束后快速恢复是无法实现的。传统高压旋喷注浆加固施工时，引孔和注浆压力等参数监测水平较低，导致形成的加固体质量难以达到设计要求。

可以说，传统的注浆加固或高压旋喷注浆加固施工法用于地下结构或隧道外侧地层的加固不仅无法灌足加固的质量要求以及对邻近建筑物保护和施工过程安全规定的要求。因此，需要创新的技术来实现隧道外侧地层加固的安全性、高质量和微扰动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种包络式加固方法，加固过程中不对原结构的安全性造成影响，又能提供一种永久性的加固结构，从根本上治理隧道和地下结构的病害。该种加固结构能克服现有高压旋喷注浆加固地层对隧道结构安全产生的副作用，对相邻建(构)筑物的扰动与损伤，加固体质量差、施工过程产生的废弃物排放量大，施工周期长等缺点。