钢管桩加固隧道仰拱软土地基施工工法专利检索- .改良土壤或岩石例如通过冻结注射专利检索查询-专利查询网

钢管桩加固隧道仰拱软土地基施工工法
申请号	CN201710434546.1	申请日	2017-06-09	公开(公告)号	CN107152282A	公开(公告)日	2017-09-12
申请人	中国铁建大桥工程局集团有限公司;			发明人	苏春生; 闫成军; 张庆; 何十美; 梁朋刚;
摘要	本发明设计隧道施工工法，具体的说钢管桩加固隧道仰拱软土地基施工工法，首先施工准备，对洞身及四周做好施工调查，建造施工过程污水处理通道，采用“3个3M”的原则进行仰拱开挖，开挖3米封闭成环3米钢管桩施作3米，仰拱支护与拱墙支护相连，然后设置PVC管，喷注水泥形成初期支护封闭成环施工，搭建钻机工作平台，钢管桩钻进施工，钢管桩采用梅花形布置，钢管桩孔的成孔及验收，钻进施工泥土段采用偏心钻头施工，基岩段采用冲击钻头一次成型施工方式，曲线段施工中制作钢筋笼并下放，调配浆液比例、注浆，最后注浆效果检验，完成施工。本发明在狭小的隧道内采用钢管桩加固隧道仰拱软弱地基，达到负荷承载要求，有较大的推广利用价值。
权利要求	1.钢管桩加固隧道仰拱软土地基施工工法，其特征在于：包括以下步骤：（S10）施工准备；（S20）开挖仰拱；（S30）搭设钻机工作平台；（S40）钢管加工及钢筋笼制作；（S50）钻进施工；（S60）顶管安装措施；（S70）曲线段施工；（S80）顶力控制；（S90）施工监控测量。 2.根据权利要求1所述的钢管桩加固隧道仰拱软土地基施工工法，所述步骤（S10）其特征在于，施工准备包括：仰拱开挖和钢管桩孔位布置测量放线，建造污水处理通道。 3.根据权利要求1所述的钢管桩加固隧道仰拱软土地基施工工法，所述步骤（S20）其特征在于，仰拱开挖的方法采用开挖3米封闭成环3米钢管桩施作3米的方式，对隧道进行开挖浇筑和衬砌浇筑，在仰拱初期安装支护，完成封闭成环施工。 4.根据权利要求1所述的钢管加固隧道仰拱软土地基基础施工工法，所述步骤（S30）其特征在于，在隧道线路左右两侧各设两根槽钢纵向搭设工作平台，仰拱栈桥放置在中间位置，钻机采用大拱脚弧形导坑法施工。 5.根据权利要求1所述的钢管加固隧道仰拱软土地基基础施工工法，所述步骤（S40）其特征在于，钢管桩采用镀锌钢管，导管上设置注浆孔，尾部留有不钻孔的止桨段，钢管内增设有钢筋笼，钢筋笼由四根主筋组成。 6.根据权利要求1所述的钢管加固隧道仰拱软土地基基础施工工法，所述步骤（S50）其特征在于，钻机根据PVC管布孔位置进行定位，采用偏心钻头施钻，基岩用冲击钻头施钻，冲击钻头施钻基岩部分一次成型。 7.根据权利要求1所述的钢管加固隧道仰拱软土地基基础施工工法，所述步骤（S60）其特征在于，顶管施工采用破碎锤安装套管插入钢管内顶进下管，将焊管进行焊接连接。 8.根据权利要求1所述的钢管加固隧道仰拱软土地基基础施工工法，所述步骤（S70）其特征在于，以仰拱开挖后的两侧端头作为基点，用槽钢搭建工作平台，钻机固定在槽钢之间，进行钢管桩钻孔，弧形段装管及下钢筋笼施工过程中，钢管采用短节下管分节顶进的焊接方式。 9.根据权利要求1所述的钢管加固隧道仰拱软土地基基础施工工法，所述步骤（S80）其特征在于，顶力控制步骤包括：（S8110）注浆减阻：用注浆填充的方式对钢管外壁与钻孔机头形成的通道之间的间隙进行填充形成泥浆套。（S8210）桨液配比：采用水灰比为0.4到0.6的比例进行桨液调配。（S8310）注浆量计算公式为：V1=π×R2×H×η×α 2 2 2 V3=(π×θ/360+2T/R) ×[(R+T)-（R-T) ] ×η×L×β公式中R 为扩散半径；H为单根长度；η为孔隙率；α为填充率。（S8410）注浆孔及钢管桩设置：钢管桩采用梅花形布设。（S8510）注浆压力控制：在保证地标结构不被破坏的情况下，扩大注浆距离，控制注浆压力值为1.0Mpa到1.5Mpa。（S8610）注浆质量控制：注浆过程中将注浆压力值控制在1.0Mpa到1.5Mpa，注浆完成后关闭阀门不跑浆、溢浆，浆液充满钢管及周围的空隙。（S8710）注浆效果检验：采用CT物探法对注浆效果进行检验，桨叶未达到设计要求时，重新钻孔再补充注浆。 10.根据权利要求1所述的钢管加固隧道仰拱软土地基基础施工工法，所述步骤（S90）其特征在于，监控量测包括对洞内外、净空水平收敛量测、拱顶下沉量及浅埋隧道地表下沉进行测量。
说明书全文	钢管桩加固隧道仰拱软土地基施工工法技术领域 [0001] 本发明涉及一种交通道路的施工方法，尤其涉及一种隧道的施工工法，具体的说是钢管桩加固隧道仰拱软土地基的施工工法。背景技术 [0002] 随着城市建设和交通的发展，隧道的施工条件日益复杂，在处理隧道地基时，传统的旋喷柱、树根桩等方法由于操作空间和人员分配的限制难以在城市地下隧道内进行施工且其在施工后无法对某些计算进行验证。喷射注浆法又称旋喷法注浆，简称旋喷桩，兴起于二十世纪七十年代的高压喷射注浆法，八、九十年代在全国得到全面发展和应用。实践证明此法对处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、沙土、人工填土和碎石土等有良好的效果，我国已将其列入现行的《地基与基础施工规范》。旋喷桩是利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程，将预先配制好的浆液通过高压发生装置使液流获得巨大能量后，从注浆管边的喷嘴中高速喷射出来，形成一股能量高度集中的液流，直接破坏土体，喷射过程中，钻杆边旋转边提升，使浆液与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的柱状固结体，从而使地基得到加固。树根桩施工方法相似于钻孔灌注桩，施工程序是用钻机钻孔、下钢筋笼(束)、灌注混凝土；亦可以先下钢筋笼和预设注浆管，再向孔内投砾并采取后压浆工艺成桩。而钢管桩加固城市隧道洞内的仰拱软弱地基具有一定的优势，其利用刚锌管和浅孔冲击钻头及偏心钻头构成隧道洞内软基处理系统，在近几年的发展中引起了众多施工技术人员的关注。由于隧道洞内空间狭小、钢管桩长度较大而不宜施工的问题，如何探索合理的光管桩施工工艺，是面临一项新的挑战。发明内容 [0003] 本发明的目的使钢管桩施工能够达到快速施工，快速封闭，避免长时间暴露造成安全事故，钢管桩预钻孔施工工具具有施工速度快，费用低，成桩质量高等优点。 [0004] 本发明通过下述技术方案实现：钢管桩加固隧道仰拱软土地基施工工法，包括以下步骤：（S10）施工准备；（S20）开挖仰拱；（S30）搭设钻机工作平台；（S40）钢管加工及钢筋笼制作；（S50）钻进施工；（S60）顶管安装措施；（S70）曲线段施工；（S80）顶力控制；（S90）施工监控测量。 [0005] 优选地，所述步骤（S10）中施工准备包括：仰拱开挖和钢管桩孔位布置测量放线，对洞身四周及地表建构筑和地质水文情况进行调查，建造污水处理通道，保证支护表面平顺、干燥、无积水。 [0006] 优选地，所述步骤（S20）开挖仰拱方法为：仰拱开挖的方法采用开挖3米封闭成环3米钢管桩施作3米的方式，这种方式可以达到仰拱快速封闭及方便机械作业，对隧道进行开挖浇筑和衬砌浇筑，在仰拱初期安装支护，支护采用弧形工字钢与拱墙初期支护工字钢连接，连接方式为焊接，预埋PVC管，定位孔位置，完成封闭成环施工。 [0007] 优选地，所述步骤（S30）搭设钻机工作平台在隧道线路左右两侧各搭设两根槽钢纵向搭设工作平台，仰拱栈桥放置在中间位置，方便台阶施工机械通行，从而达到栈桥中间钢管施工时，工作台上的施工通车与钢管桩施工互不影响，钻机采用大拱脚弧形导坑法施工，大拱脚弧形导坑法施工工法可以很好的增加基底承载面积，提高基底承载力。 [0008] 优选地，所述步骤（S40）钢管加工及钢筋笼制作，钢管桩采用镀锌钢管，镀锌管成本低，镀层均匀，附着力强，使用寿命长。导管上设置注浆孔，尾部留有不钻孔的止桨段，钢管内增设有钢筋笼，钢筋笼由四根主筋组成，钢筋笼可以提高钢管的强度，防止扭曲变形。 [0009] 优选地，所述步骤（S50）钢管桩孔钻进施工，钻机根据PVC管布孔位置进行定位，采用偏心钻头施钻，常规孔钻进工艺方式很难保证钻孔的质量和施工效率，偏心钻头是钻头轴心线周围的钢体或胎体呈不对称分布，使钻头中心偏离轴心线的钻头，当钻头回转时,产生离心力切削孔壁，使孔径扩大。基岩用冲击钻头施钻，靠自由下落的冲击力来削切土层或岩层，排出碎渣成孔，冲击钻适应碎石土、砂土、粘性土及风化岩层，桩径可达600～1500mm，适应地质范围广，孔径范围大，冲击钻头施钻基岩部分一次成型。 [0010] 优选地，所述步骤（S60），顶管安装措施，因为钢管桩深度较深，顶管施工采用破碎锤安装套管插入钢管内顶进下管，破碎锤结构简单，不易破坏，具有强力的冲击能量，可以在钢柱桩孔受损最低的情况下将顶管安装，将焊管进行焊接连接。 [0011] 优选地，所述步骤（S70）曲线段施工以仰拱开挖后的两侧端头作为基点，用槽钢搭建工作平台，钻机固定在槽钢之间，进行钢管桩钻孔，弧形段装管及下钢筋笼施工过程中，钢管采用短节下管分节顶进的焊接方式，这种方式可以解决因为装管和下钢筋笼施工角度问题而使钢管和钢筋笼整体受力不均导致折管和钢筋笼扭曲的问题。 [0012] 优选地，所述步骤（S80）顶力控制步骤包括：优选地，（S8110）注浆减阻：用注浆填充的方式对钢管外壁与钻孔机头形成的通道之间的间隙进行填充形成泥浆套，注浆减租方法简单，泥浆套阻力大。 [0013] 优选地，（S8210）桨液配比：灌浆的水灰比与土体的含水量有关，对于饱和度的土体，水灰比宜为0.5 0.7，对于非饱和度的土体，水灰比宜为0.7 0.9，对于松散碎石土、砂~ ~砾，水灰比宜为0.5 0.6，本发明适用于山体隧道软土地基施工，土地条件为天然含水量高、~ 然孔隙比大、固结系数小、固结时间长等特点，采用水灰比为0.4到0.6的比例进行桨液调配。 [0014] 优选地，所述步骤（S8310）注浆量计算公式为：V1=π×R2×H×η×αV3=(π×θ/360+2T/R) ×[(R+T)2-（R-T)2] × η×L×β公式中R2为扩散半径；H为单根长度；η为孔隙率；α为填充率。 [0015] 优选地，所述步骤（S8410）注浆孔及钢管桩设置：钢管桩采用梅花形布设，梅花形地基不均匀沉降小，随着时间的延长倾斜或者产生裂缝的几率小。 [0016] 优选地，所述步骤（S8510）注浆压力控制：在保证地标结构不被破坏的情况下，扩大注浆距离，控制注浆压力值为1.0Mpa到1.5Mpa，注浆压力低于1.0Mpa会导致注浆范围小，注浆量填充不均匀，当注浆压力大于1.5Mpa容易导致溢浆，爆管和土层内部结构的破坏，为了保证施工安全，注浆时采用注浆量、注浆压力双控的方法。 [0017] 优选地，所述步骤（S8610）注浆质量控制：注浆过程中将注浆压力值控制在1.0Mpa到1.5Mpa，注浆步骤采用自上而下的逐节连续的注浆方法，注浆完成后关闭阀门不跑浆、溢浆，浆液充满钢管及周围的空隙。 [0018] 优选地，所述步骤（S8710）注浆效果检验：采用CT物探法对注浆效果进行检验，CT装置包括：HSP 声波仪，ZDF-3型直流电火花震源，根据声波CT测试桨叶未达到设计要求时，重新钻孔再补充注浆。 [0019] 优选地，所述步骤（S90）监测项目主要有对洞内外、净空水平收敛量测、拱顶下沉量及浅埋隧道地表下沉进行测量，仰拱开挖及支护在施工过程中随时观察，了解结构结构状态和支护受力情况是保证隧道安全的主要措施。 [0020] 本发明与现有技术相比，具有的优点及有益效果为：本发明钢管桩加固隧道仰拱软土地基施工工法，通过在暗挖隧道狭小的空间仰拱软弱地基施工中采用钢管桩施工工艺，利用镀锌钢管和潜孔冲击钻头及偏心钻头构成隧道洞内软基处理系统，最大限度提高了地基的承载力，有效控制隧道暗洞的工后沉降，在地质情况复杂软基深度较深的情况下采用群桩钢管桩的施工工艺可有效的发挥单桩或群桩的承载能力使其受力均匀，提高地基的稳定性。钢管桩能够达到快速施工，快速封闭的特点，避免长时间暴漏造成的安全事故，钢管桩预钻孔施工具具有施工速度快，费用低，成桩质量高等有点，全过程测量定位，根据测量信息可及时调整钻角度及支护参数，使施工过程处于受控状态，可以严格的控制地表及隧道洞内沉降变形，确保变形值在规定范围内，在狭小的隧道内采用钢管桩加固隧道仰拱软弱地基，达到负荷承载要求，有较大的推广利用价值。以贵阳枢纽白云至龙洞堡机场隧道施工为例，采用本施工工法加固隧道洞内软弱地基节约施工工期3个月，与以往普通钻机施工减少了大量施工人员的投入，节约施工成本八十万到一百万，并且本施工工法不产生有严重污染的气体及物品，可以很好的保护施工所在地区的环境。附图说明 [0021] 图1本发明施工工艺流程图。具体实施方式 [0022] 下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此，在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内。 [0023] 实施例1：以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。 [0024] 以贵阳枢纽白云至龙洞堡机场隧道施工为例，本实施例公开了钢管桩加固隧道仰拱软土地基施工工法，首先施工准备，对洞身及四周做好施工调查，建造施工过程污水处理通道，处理支护表面，使其平顺、干燥，采用“3个3M”的原则进行仰拱开挖，开挖3米封闭成环3米钢管桩施作3米，然后进行测量放样、设置PVC管，搭建钻机工作平台，台阶施工通车与仰拱钢管桩施工同时进行，钢管桩钻进施工，钢管桩采用梅花形布置，钢管桩孔的成孔及验收，钻进施工泥土段采用偏心钻头施工，基岩段采用冲击钻头一次成型施工方式，曲线段施工中制作钢筋笼并下放，调配浆液比例、注浆，最后注浆效果检验，完成施工。本发明在狭小的隧道内采用钢管桩加固隧道仰拱软弱地基，达到负荷承载要求，有较大的推广利用价值。钢管桩施工工艺流程图如图1所示：（S10）施工准备工作，对仰拱开挖和钢管桩孔位布置进行测量放线，对洞身四周及地表建构筑和地质水文情况进行调查，建造污水处理通道，保证支护表面平顺、干燥、无积水。 [0025] （S20）仰拱开挖的方法采用开挖3米封闭成环3米钢管桩施作3米的方式，这种方式可以达到仰拱快速封闭及方便机械作业，对隧道进行开挖浇筑和衬砌浇筑，在仰拱初期安装支护，支护采用弧形工字钢与拱墙初期支护工字钢连接，连接方式为焊接，进行孔位布置预埋PVC管并喷射混凝土，完成封闭成环施工。 [0026] （S30）钻机就位后为保证隧道上台阶正常施工，搭设钻机工作平台在隧道线路左右两侧各搭设两根槽钢纵向搭设工作平台，仰拱栈桥放置在中间位置，方便台阶施工机械通行，栈桥中间钢管施工时过程中，工作台上的施工通车与钢管桩施工互不影响，钻机采用大拱脚弧形导坑法施工，大拱脚弧形导坑法施工工法可以很好的增加基底承载面积，提高基底承载力。 [0027] （S40）钢管加工及钢筋笼制作，钢管桩采用镀锌钢管，镀锌管成本低，镀层均匀，附着力强，使用寿命长。导管上设置注浆孔，尾部留有不钻孔的止桨段，钢管内增设有钢筋笼，钢筋笼由四根主筋组成，钢筋笼可以提高钢管的强度，防止扭曲变形。 [0028] （S50）钢管桩孔钻进施工，隧道仰拱基地岩层为红黏土，深度在7米到20米钻孔机根据PVC管布孔位置进行定位，采用偏心钻头施钻，常规孔钻进工艺方式很难保证钻孔的质量和施工效率，偏心钻头是钻头轴心线周围的钢体或胎体呈不对称分布，使钻头中心偏离轴心线的钻头，当钻头回转时,产生离心力切削孔壁，使孔径扩大。基岩用冲击钻头施钻，靠自由下落的冲击力来削切土层或岩层，排出碎渣成孔，冲击钻适应碎石土、砂土、粘性土及风化岩层，桩径可达600～1500mm，适应地质范围广，孔径范围大，冲击钻头施钻基岩部分一次成型。 [0029] （S60）顶管安装措施，因为钢管桩深度较深，顶管施工采用破碎锤安装套管插入钢管内顶进下管，破碎锤结构简单，不易破坏，具有强力的冲击能量，可以在钢柱桩孔受损最低的情况下将顶管安装，将焊管进行焊接连接。 [0030] （S70）钢管、钢筋笼下放：曲线段施工以仰拱开挖后的两侧端头作为基点，用槽钢搭建工作平台，钻机固定在槽钢之间，进行钢管桩钻孔，弧形段装管及下钢筋笼施工过程中，钢管采用短节下管分节顶进的焊接方式，这种方式可以解决因为装管和下钢筋笼施工角度问题而使钢管和钢筋笼整体受力不均导致折管和钢筋笼扭曲的问题。 [0031] （S80）顶力控制步骤包括：（S8110）注浆减阻：用注浆填充的方式对钢管外壁与钻孔机头形成的通道之间的间隙进行填充形成泥浆套，注浆减租方法简单，泥浆套阻力大。 [0032] （S8210）桨液配比：灌浆的水灰比与土体的含水量有关，对于饱和度的土体，水灰比宜为0.5 0.7，对于非饱和度的土体，水灰比宜为0.7 0.9，对于松散碎石土、砂砾，水灰比~ ~宜为0.5 0.6，本发明适用于山体隧道软土地基施工，土地条件为天然含水量高、然孔隙比~ 大、固结系数小、固结时间长等特点，采用水灰比为0.4到0.6的比例进行桨液调配。 [0033] （S8310）注浆量计算公式为：V1=π×R2×H×η×αV3=(π×θ/360+2T/R) ×[(R+T)2-（R-T)2] × η×L×β公式中R2为扩散半径；H为单根长度；η为孔隙率；α为填充率。 [0034] （S8410）注浆孔及钢管桩设置：钢管桩采用梅花形布设，梅花形地基不均匀沉降小，随着时间的延长倾斜或者产生裂缝的几率小。 [0035] （S8510）注浆压力控制：在保证地标结构不被破坏的情况下，扩大注浆距离，控制注浆压力值为1.0Mpa到1.5Mpa，注浆压力低于1.0Mpa会导致注浆范围小，注浆量填充不均匀，当注浆压力大于1.5Mpa容易导致溢浆，爆管和土层内部结构的破坏，为了保证施工安全，注浆时采用注浆量、注浆压力双控的方法。 [0036] （S8610）注浆质量控制：注浆过程中将注浆压力值控制在1.0Mpa到1.5Mpa，注浆步骤采用自上而下的逐节连续的注浆方法，注浆完成后关闭阀门不跑浆、溢浆，浆液充满钢管及周围的空隙。 [0037] （S8710）注浆效果检验：采用CT物探法对注浆效果进行检验，CT装置包括：HSP声波仪，ZDF-3型直流电火花震源，根据声波CT测试桨叶未达到设计要求时，重新钻孔再补充注浆。 [0038] （S90）监测项目主要有对洞内外、净空水平收敛量测、拱顶下沉量及浅埋隧道地表下沉进行测量，仰拱开挖及支护在施工过程中随时观察，了解结构结构状态和支护受力情况是保证隧道安全的主要措施。

意见反馈