一种基于多角度预加固的竖井开挖的施工方法
技术领域
本发明涉及地铁施工技术领域，尤其涉及一种基于多角度预加固的竖井开挖的施工方法。
背景技术
地铁是城市交通运输发展的重要方式。由于在城市内建设施工占地困难，地铁建设通采用用矿山法进行减少占地，且在地下完成结构不影响地面交通环境。竖井是连接地上和地下的重要通道，竖井施工通常需穿越多个地层，涉及潜水及承压水地层。目前潜水层施工工艺成熟，而对承压水层的施工工艺相对较少，通常需要降水辅助完成。
目前采用注浆加固是常规使用方法，但是注浆的效果受到水文地质环境、作业队伍技术水平、注浆参数选取等因素，常常导致注浆效果不理想，导致注浆体不封闭，注浆后仍然出现涌水涌沙问题，必须以其他措施辅助完成。
例如，中国专利CN104912561B公开了一种高承压水复杂地层条件下盾构连续穿越竖井的施工方法，其包括：步骤1，端头加固；加固竖井端头土体，增加土体的自稳性确保不发生渗流；步骤2，洞门连续墙破除及竖井回填；由下至上分层破除竖井的洞门混凝土，并逐层将竖井内废弃混凝土清除，利用回填物料进行竖井回填；步骤3，盾构掘进以及掘进过程中的监测；步骤4，管片背后注浆管理；盾构机过竖井出洞及进洞时，盾尾在出洞前加强同步注浆，并用雷达检查壁厚注浆效果，根据壁厚注浆效果确定是否进行二次补浆。虽然该发明能够降低盾构穿越竖井时高承压水复杂地层对其产生的危险性。但是，该发明方法需要多次回填，无法以预防漏水的角度进行竖井的挖掘。
例如，中国专利CN106480891B公开了一种竖井施工方法，包括：围护地墙施工；竖井浅层开挖；在已经完成浅层开挖的竖井内注水，并在水中对竖井剩余部分实施水中开挖；对竖井底部进行封底；施工竖井的内衬墙。该发明提供的竖井施工方法中，解决了基坑工程地下深层承压水的问题，主要针对特深竖井的开挖。但是，在不具备降水的条件下，该发明方法难以实施。
本发明旨在弥补现状竖井施工技术的不足之处，提供一种解决承压水地层中竖井开挖的新方法，解决地层中水头压力造成涌水、坍塌及井壁变形过大造成的失稳。
此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
发明内容
针对现有技术之不足，本发明提供一种基于多角度预加固的竖井开挖的施工方法，用于在竖井开挖之前对竖井进行预加固，其特征在于，所述方法包括：在承压水层影响地层以上的第一位置横向设置至少一个临时封底结构，
在高于第一位置的至少两个位置分别以差异化的角度进行深孔注浆从而形成沿竖井侧壁周向纵向设置的第二注浆加固体；
在所述临时封底结构标高位置以下的至少一个位置进行深孔注浆从而形成与所述第二注浆加固体连接为一体且封闭竖井井底的第三注浆加固体。本发明通过预先设置第一注浆加固体、第二注浆加固体和第三注浆加固体，形成竖井的预防加固层，能够有效抵抗承压水层的水压并穿越承压水层。
优选的，所述方法还包括：
在所述临时封底结构标高位置以上的第二位置沿竖井侧壁周向横向设置第一注浆加固体，第二位置与第一位置之间的第二位置为1～1.2m。有利于加固竖井周向，避免竖井周边坍塌。
优选的，形成沿竖井侧壁周向纵向设置的所述第二注浆加固体的方法包括：在第一位置与第二位置之间的第三位置沿竖井侧壁周向以第一角度设置第一子注浆钢管并进行深孔注浆，形成纵向加固竖井侧壁的第二注浆加固体。
优选的，形成沿竖井侧壁周向纵向设置的所述第二注浆加固体的方法还包括：在第一位置与第二位置之间的第四位置沿竖井侧壁周向以不同于第一角度的第二角度设置第二子注浆钢管并进行深孔注浆，其中，所述第二子注浆钢管与所述第一子注浆钢管在水平平面的正投影呈错位分布。
优选的，形成沿竖井侧壁周向纵向设置的所述第二注浆加固体的方法还包括：在第一位置与第二位置之间的第五位置沿竖井侧壁周向以不同于第一角度、第二角度的第三角度设置第三子注浆钢管并进行深孔注浆，其中，所述第三子注浆钢管与所述第一子注浆钢管和/或所述第二子注浆钢管在水平平面的正投影呈错位分布。
以错位的方式设置注浆钢管，使得注浆钢管呈梅花状分布，有利于浆体在竖井周边分层的均匀分布，从而形成加固竖井侧壁的防水层结构。
优选的，在第三位置、第四位置和第五位置的高度依次降低的情况下，所述第一角度、第二角度和第三角度依次变小，第一子注浆钢管、所述第二子注浆钢管和所述第三子注浆钢管的长度依次增加。
优选的，在第三位置、第四位置和第五位置的高度依次降低的情况下，所述第一角度为40～50°，第二角度为20～25°和第三角度为10～15°。角度的差异变化，也有利于第二注浆固体的沿周向延伸注浆，能够减少注浆时间。
优选的，设置所述第一注浆加固体的方法还包括：在临时封底结构以上的第一位置将长钢管和短钢管沿竖井周边以长短错位的方式水平进行化学双液浆注浆止水，在注浆止水后进行双液水泥浆加固。
优选的，形成第三注浆加固体的方法包括：沿竖井侧壁周向将第三注浆钢管竖直向下进行深孔注浆，以距竖井内壁1.5m的距离按照预设的倾斜角度倾斜向下进行深孔注浆以形成井壁注浆与第二注浆加固体连接的封闭体，其中，预设的倾斜角度为3～5°，有利于使得第三注浆加固体与第二注浆加固体之间的连接处能够充分注浆，形成无漏洞的防水加固结构。
优选的，所述方法还包括：
在第三注浆加固体设置完成后，破除所述临时封装结构以进行竖井的分段开挖。预防加固后，承压水层的水不会进入竖井，从而
本发明还提供一种竖井开挖的施工方法，所述方法至少包括：
循环设置临时封底结构、第二注浆加固体和第三注浆加固体并进行竖井开挖，其中，
在设置临时封底结构以后，以倾斜深孔注浆的方式沿竖井侧壁周边设置连接为一体的第二注浆加固体和第三注浆加固体，从而第二注浆加固体和第三注浆加固体形成抵抗承压水层水压的防水加固结构，
开挖所述临时封底结构至预设深度，所述预设深度与所述第三注浆加固体的位置之间的距离小于1m，在所述预设深度设置临时封底结构。
优选的，一种竖井开挖的施工方法，所述方法包括：
在高于第一位置的至少两个位置分别以差异化的角度进行深孔注浆从而形成沿竖井侧壁周向纵向设置的第二注浆加固体。
本发明的有益技术效果：
该方法采用预先加固后开挖的方式，能够有效防止在竖井施工过程中承压水作用下引起的涌水涌砂问题，解决竖井带水作业施工的安全隐患，杜绝安全失稳。
附图说明
图1是本发明的施工方法的步骤示意图；
图2是本发明的水平注浆的横向结构示意图；
图3是本发明临时封底结构的剖面结构示意图；
图4是本发明的竖井加固的侧视剖面结构示意图。
附图标记列表
1：初衬结构；2：第一角撑；3：第二角撑；4：第一注浆钢管；5：第一注浆加固体；6：第二注浆钢管；7：第二注浆加固体；8：第三注浆钢管；9：第三注浆加固体；10：临时封底结构；61：第一子注浆钢管；62：第二子注浆钢管；63：第三子注浆钢管。
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明。
针对现有技术不足，本发明提供一种基于多角度预加固的竖井开挖的施工方法，用以解决地层中水头压力造成涌水、坍塌及井壁变形过大造成的失稳。本发明还可以是一种深孔注浆加固方法。
本发明的多角度预加固是指，在竖井开挖以前进行预先加固，形成能够抵抗承压水层的竖井的预加固体。其中，通过以多个角度的倾斜深孔注浆方式注浆形成第二注浆加固体，以横向水平深孔注浆的角度注浆形成第一注浆加固体，与倾斜深孔注浆和竖直深孔注浆的角度注浆形成第三注浆加固体。
本发明提供一种基于多角度预加固的竖井开挖的施工方法的步骤包括：
S1：在承压水层影响地层以上的第一位置处设置临时封底结构10。
其中，临时封底结构10为采用工字钢在竖井水平面进行加固的加固结构。第一位置为离承压水层影响地层的垂直距离不小于1.5m的位置。
优选的，制作临时封底结构10的方法为：采用工字钢作为骨架，喷射预拌混凝土完成竖井临时封底结构。优选的，临时封底结构10的厚度为0.6m。临时封底结构的厚度不限于0.6m，还可以是其它易开挖的厚度。
本发明在临时竖井封底结构标高位置以上第一位置处采用工字钢进行竖井临时封底，能够抵抗注浆加固造成的坑底变形。
其中，如图2和图3所示，工字钢骨架包括设置在竖井夹角的至少一个第一角撑2和至少一个第二角撑3。第一角撑和第二角撑为工字钢角撑，用于支撑工字钢骨架。例如，竖井的横截面形状为四个角的矩形，在设置临时封底结构10的水平面上，其中一个角设置第一角撑2，剩余3个角分别设置有第二角撑。如此布置角撑的优势在于：有利于做好支撑加固，有效防止注浆造成的侧壁变形。
S2：在临时封底结构10的标高位置以上的第二位置处设置水平加固的第一注浆加固体5，实现横向水平加固。第二位置与临时封装结构之间的距离不小于1m。优选的，第二位置与临时封装结构之间的距离为1.2m。其中，第二位置处在承压水水位线以上。
其中，第一注浆加固体5由若干第一注浆钢管4以深孔注浆的方式形成。第一注浆钢管4包括长钢管和短钢管。其中，第一注浆加固体5以分批次注浆的方式进行深孔注浆。深孔注浆第一批次，采用化学双液浆进行注浆止水；第二批次，进行双液水泥浆加固。
优选的，通过长钢管注浆和短钢管注浆两个批次进行深孔注浆。如图2所示，在设置临时封底结构10的水平面上的竖井外围，长钢管和短钢管以竖井为中心呈长短相邻的梅花形分布形状。长钢管和短钢管的纵、横向间距30-40cm。长钢管长度为2-2.5m，短钢管为长度1.5-2m。其中，对于矩形横截面的竖井，设置在矩形长边和/或短边的一端的至少一个长钢管和至少一个短钢管向角弯折方向倾斜设置，从而分布在竖井直角附近的长钢管和短钢管围绕直角呈梅花状或者辐射状分布。优选的，对于矩形横截面的竖井，长钢管设置在矩形每个边的两端，从而每个直角的两个直角边分别设置的长钢管相邻且以倾斜方向相反。不靠近直角的长钢管或短钢管相对竖井的边缘垂直设置。
如此设置第一注浆加固体5的优势在于，本发明在临时竖井封底结构标高位置以上第二位置处进行水平深孔注浆，在开挖区上部形成水平止浆墙，旨在阻止各地层间水通道的形成，避免上部沙土随水运移造成垮塌的现象。
S3：在临时封底结构10的标高位置以上的第三位置、第四位置和/或第五位置处沿竖井侧壁以倾斜角度的第二注浆钢管6进行深孔注浆，从而形成第二注浆加固体7，实现竖井侧壁的竖向加固。
第二注浆钢管6包括设置在第三位置处的第一子注浆钢管61、设置在第四位置处的第二子注浆钢管62和设置在第五位置处的第三子注浆钢管63。
如图4所示，第三位置为在临时封底结构10的标高位置以上70cm。第三位置处的第一子注浆钢管61在第三位置处与竖井侧壁呈40°～50°的第一角度并且沿竖井侧壁周向设置，从而进行40°～50°深孔注浆。第一子注浆钢管61长度为2～2.5m。第一子注浆钢管61之间的第一横向间距为50～60㎝。
第四位置为在临时封底结构10的标高位置以上40cm。第二子注浆钢管62在第四位置处与竖井侧壁呈20～25°的第二角度并且沿竖井侧壁周向设置，从而进行20～25°的深孔注浆。其中，第二子注浆钢管62长度为4～4.5m。第二子注浆钢管62之间的第二横向间距为50～60㎝。其中，在水平投影面上，第二子注浆钢管62相对于第一子注浆钢管61错位设置。即第二子注浆钢管62与第一子注浆钢管61呈梅花型布置，
第五位置为在临时封底结构10的标高位置以上20cm。第三子注浆钢管63在第五位置处位置与竖井侧壁呈10°～15°的第三角度设置，从而进行10°～15°的深孔注浆。其中，第三子注浆钢管63长度为6～7m。第三子注浆钢管63之间的第二横向间距为50～60cm。其中，在水平投影面上，第三子注浆钢管63相对于第二子注浆钢管62错位设置。即第三子注浆钢管63与第二子注浆钢管62呈梅花型布置。
第一子注浆钢管61、第二子注浆钢管62和第三子注浆钢管63在进行竖井侧壁注浆每次以梅花型方式完成，能够确保各注浆影响半径相互重叠形成封闭，避免了注浆缝隙的出现。
在第二注浆钢管6以三个差异的角度共同进行深度注浆的情况下，形成沿竖井周边2m范围分布的第二注浆加固体7。第二注浆加固体7的深度为6m。在注浆过程中，注浆压力为0.5～1MPa。注浆方法为：先进行化学注浆止水，再进行双液水泥浆加固。
本发明在临时竖井封底结构标高位置以上1m范围内进采用多角度多位置点的方式沿井壁斜向下进行注浆，使得各注浆点注浆半径范围相互搭接，在竖井周边侧壁形成加固体。
S4：在临时封底结构标高位置以下第六位置处进行井底侧壁的竖向深孔注浆，形成与第二注浆加固体相接为一体的第三注浆加固体9，实现隔水封底。第六位置为在临时封底结构标高位置以下4.5m。
如图4所示，本发明采用后退式注浆方式控制注浆位置。第六位置处的深孔注浆方式包括两种：
第一种方式为：第三注浆钢管8竖直向下进行注浆，注浆深度范围为4.5～6m。
第二种方式为：由第三注浆钢管8在距竖井内壁1.5m倾斜向下进行深孔注浆，倾斜角度为3-5°，有利于在竖井的封底侧面形成能够与第二注浆加固体7连接的部分封底结构，将第三注浆加固体9与第二注浆加固体7连接形成完整的封闭加固体。
本发明的第三注浆加固体9与侧向井壁的第二注浆加固体7加固形成封闭加固体，这是本发明的注浆封闭的关键。第三注浆钢管8的注浆压力0.5～1MPa，第三注浆加固体9采用双液水泥浆加固，注浆深度为1.5m。第三注浆钢管8的注浆孔纵横向间距1.5m。
本发明在第六位置处设置第三注浆加固体9，能够增加坑底抵抗承压水突涌的能力，从而在竖井外壁形成封闭加固体隔断内外水力联系。
S5：破除临时封底结构。
开挖所述临时封底结构至预设深度，在所述预设深度设置临时封底结构。预设深度到达位置未超越第三注浆加固体9所在位置。
在穿越承压水地层施工进行分段开挖，每挖一段，按照步骤2-4进行一次加固，循环开挖直至完成承压水地层竖井施工。例如，开完4m至第三注浆加固体9上方，设置临时封底结构。如此循环，直至竖井贯穿承压水层并达到预设的深度。在达到预设的深度后，在井底设置永久封底。
优选的，每次开挖进尺0.5m，设置初衬结构1，进尺长度综合承压水考虑循环施工。
本发明通过步骤S1～S4的设置，在不具备降水条件下，在竖井井壁周边形成封闭加固体，有效隔绝井壁内外水力联系，保证竖井施工涌水涌沙现象。不仅如此，本发明具有施工简便，速度快，节约竖井施工的时间的优势。
需要注意的是，本发明中的第一位置、第二位置、第三位置、第四位置、第五位置和第六位置不代表施工顺序，本发明的施工方法的各个步骤可以进行打乱顺序进行施行。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。
