盾构隧道基底加固方法
技术领域
本发明涉及隧道基底加固技术领域，特别涉及一种盾构隧道基底加固方法。
背景技术
软弱地层的盾构隧道施工过程中，常采用同步注浆及二次注浆等方式加固软弱地层，以确保隧道不会产生不均匀沉降。但随着隧道运营年限的增加，由于区域性地面沉降、土层纵向的不均匀性、隧道周边基坑开挖、隧道渗漏、列车荷载等因素的影响，隧道沉降会持续增大，继而会影响隧道的正常运营；严重的不均匀沉降甚至会直接造成隧道本身结构的变形，引发安全性问题。这种现象在含水软土层或其它软弱地层中尤为显著。目前一般通过洞内基底注浆加固、调整线型或者洞外斜向基底加固等方式解决不均匀沉降的问题。但受运营条件等因素的影响，部分盾构隧道不能或者限制条件进入隧道内部开展加固作业，施工难度大且效率低；而外部斜向注浆不能准确地加固隧道基底，加固范围及效果受限。
发明内容
本发明提供了一种盾构隧道基底加固方法，以解决现有技术中盾构隧道不能或限制条件进入其内部加固以及隧道外部斜向注浆加固位置不准确的技术问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种盾构隧道基底加固方法，包括以下步骤：根据盾构隧道的加固区域，在地面确定钻孔位置；根据钻孔的设计曲线，利用定向钻进技术从所述钻孔位置向下施工依次形成直孔段、斜孔段和水平孔段，所述斜孔段的末端延伸至所述盾构隧道的加固区域边缘；利用注浆管向所述水平孔段进行注浆加固。
进一步地，在所述利用定向钻进技术钻孔的步骤中，利用钻头上安装的测斜仪获取所述钻头的位置信息，将所述位置信息与所述钻孔的设计曲线对比，根据对比结果对所述钻头的位置进行纠偏。
进一步地，在施工所述斜孔段的步骤中，所述钻头每钻进8cm～10cm，利用所述测斜仪采集所述钻头的位置信息；和/或在施工所述水平孔段的步骤中，所述钻头每钻进18cm～20cm，利用所述测斜仪采集所述钻头的位置信息。
进一步地，在所述利用定向钻进技术钻孔的步骤中，施工所述斜孔段的过程中将所述钻头的旋转速度调节为0且采用泥浆保护孔壁；所述钻头每次的顶进距离控制在0.3m～0.6m。
进一步地，所述根据盾构隧道的加固区域在地面确定钻孔位置的步骤中，所述钻孔位置设置于所述加固区域在地面的投影区域的外侧。
进一步地，在所述加固区域在地面投影区域的外侧间隔布设多个所述钻孔位置。
进一步地，实际的所述钻孔位置与设计的所述钻孔位置的偏差为Δd，其中0＜Δd≤10cm。
进一步地，在所述利用注浆管向所述水平孔段进行注浆加固的步骤中，安装所述注浆管之后对所述钻孔的孔口进行封闭处理，封孔深度大于或者等于2m。
进一步地，所述利用注浆管向所述水平孔段进行注浆加固的步骤中，注浆所用浆液的水灰比为0.6～0.8。
本发明提供的盾构隧道基底加固方法，利用定向钻进技术在地面的钻孔位置打孔，通过直孔段、斜孔段和水平孔段的依次施工，形成L型的注浆通道，从而向需要加固的盾构隧道基底软弱段进行注浆加固。本发明的盾构隧道基底加固方法不需要进入洞内施工，不会干扰列车正常运行，施工简便且效率高；相对于常规的洞外注浆加固，本发明可以实现盾构隧道基底靶向整治，加固效果更好。
附图说明
图1为本发明实施例提供的盾构隧道基底加固方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的盾构隧道基底加固结构的结构示意图。
附图标记说明：
1、直孔段；2、斜孔段；3、水平孔段；4、加固区域。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。在本发明的描述中，相关方位或位置关系为基于图2所示的方位或位置关系，其中，“上”、“下”是指图2的上下方向。需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1，本申请实施例提供了一种盾构隧道基底加固方法，包括以下步骤：S1、根据盾构隧道的加固区域4，在地面确定钻孔位置；S2、根据钻孔的设计曲线，利用定向钻进技术从钻孔位置向下施工依次形成直孔段1、斜孔段2和水平孔段3，斜孔段2的末端延伸至盾构隧道的加固区域4边缘；S3、利用注浆管向水平孔段3进行注浆加固。
目前，盾构隧道基底的软弱段加固一般采用洞内基底注浆加固、调整线型或者洞外斜向基底加固等方式，但受运营条件等因素的影响，部分盾构隧道不能或者限制条件进入隧道内部开展加固作业，施工难度大且效率低；而外部斜向注浆不能准确地加固隧道基底，加固范围及效果受限。针对于上述盾构隧道不能或限制条件进入其内部加固以及隧道外部斜向注浆加固位置不准确的技术问题，本申请实施例提供了一种能够对盾构隧道基底进行靶向整治的加固方法，适用于地铁、铁路及公路等的隧道加固。
本申请实施例中，根据盾构隧道需要加固的区域位置确定钻孔位置，并设计钻孔曲线，利用定向钻进技术在地面的钻孔位置打孔，沿着所设计的钻孔曲线依次施工直孔段1、斜孔段2和水平孔段3，形成L型的注浆通道，从而便于向需要加固的盾构隧道基底软弱段进行注浆加固。本申请实施例的盾构隧道基底加固方法不需要进入洞内施工，不会干扰列车正常运行，施工简便且效率高；相对于常规的洞外注浆加固，本发明可以实现盾构隧道基底靶向整治，加固效果更好。
可以理解地，参照图2，直孔段1是指从地面的钻孔位置向下延伸的一段孔，斜孔段2为由直孔段1过渡到盾构隧道基底加固区域4处的水平孔段3的一段孔。其中，直孔段1的末端延伸至盾构隧道基底加固区域4的一侧，斜孔段2的起始端与直孔段1的末端连接，斜孔段2的末端延伸至盾构隧道基底加固区域4的边缘，水平孔段3沿着加固区域4水平延伸；根据现场实际情况，斜孔段2与水平孔段3均可以施工多个，多个斜孔段2由直孔段1的末端分支，多个水平孔段3由斜孔段2的末端分支。直孔段1、斜孔段2及水平孔段3依次首尾相接形成了L型的注浆通道，相比于常规的外部直接斜向注浆，增加了注浆加固的范围，提高了注浆的靶向效果。
在一些实施例中，在利用定向钻进技术钻孔的步骤中，利用钻头上安装的测斜仪获取钻头的位置信息，将位置信息与钻孔的设计曲线对比，根据对比结果对钻头的位置进行纠偏。也就是说，利用定向钻进技术钻孔施工直孔段1、斜孔段2及水平孔段3的步骤中，测斜仪能够实时监测钻头的位置，并将钻头的位置信息发送到地面接收器，地面接收器将信息与钻孔的设计曲线进行对比，并将对比结果无线传送至钻机的接收器，操作手根据结果的信号反馈来操纵钻机按照正确的轨迹继续钻进，实现对钻头位置的纠偏。具体地，在施工斜孔段2的步骤中，钻头每钻进8cm～10cm，利用测斜仪采集钻头的位置信息。在施工水平孔段3的步骤中，钻头每钻进18cm～20cm，利用测斜仪采集钻头的位置信息。如果发现偏离轨道，就通过调整钻头的斜面方向进行纠偏。纠偏一般不能一次完成，需要分几次达到最终纠偏目的。
在一些实施例中，在利用定向钻进技术钻孔的步骤中，施工斜孔段2的过程中将钻头的旋转速度调节为0且采用泥浆保护孔壁；钻头每次的顶进距离控制在0.3m～0.6m。利用定向钻进技术施工斜孔段2的过程中，需要控制钻杆的入射角度和钻头斜面的方向，速度缓慢地给进而且不旋转钻头，以防斜孔段2塌孔，能够更好地使钻头按照设计的斜孔段2的曲线进行钻进。具体地，斜孔段2施工时，钻头每次顶进的距离控制在0.5m左右，使斜孔段2的曲线趋缓。
在一些实施例中，根据盾构隧道的加固区域4在地面确定钻孔位置的步骤中，钻孔位置设置于加固区域4在地面的投影区域的外侧。可以理解地，本申请实施例在钻孔施工过程中，在直孔段1与水平孔段3之间过渡设置有斜孔段2，所以直孔段1与斜孔段2的末端相比，直孔段1与加固区域4之间的距离更大。斜孔段2的末端延伸至盾构隧道加固区域4的边缘，直孔段1需要设置于加固区域4在地面投影区域的外侧。进一步地，在加固区域4在地面投影区域的外侧间隔布设多个钻孔位置。为了增强基底的加固效果，可以在地面设置多个钻孔位置进行钻孔，钻孔位置可以设置于加固区域4在地面投影区域的周侧。多个钻孔位置间隔布设。
进一步地，实际的钻孔位置与设计的钻孔位置的偏差为Δd，其中0＜Δd≤10cm。可以理解地，在钻孔施工的过程中，实际的钻孔位置会因避让管线等客观原因而进行调整，钻孔位置的偏差要求不大于10cm。
在一些实施例中，在利用注浆管向水平孔段3进行注浆加固的步骤中，安装注浆管之后对钻孔的孔口进行封闭处理，封孔深度大于或者等于2m。可以理解地，对孔口位置进行封闭，目的是在钻孔内部形成密闭的注浆空间使其内部形成压力，以便于注浆。孔口的封闭处理一般采用水泥、水玻璃、粗纤维等进行，封孔深度不小于2m。
在一些实施例中，利用注浆管向水平孔段3进行注浆加固的步骤中，注浆所用浆液的水灰比为0.6～0.8。具体地，注浆所用浆液一般为水泥浆液，其中，水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，配置浆液所用的水清洁且酸碱度适中，浆液中可以添加适量的外加剂。
本申请实施例的盾构隧道基底加固方法，具体包括以下步骤：
1、施工前对现场场地进行平整。根据需要加固的盾构隧道范围，在地面选择钻孔位置进行地面孔位布置。钻孔位置选取时，可以选择地面上方便钻孔的区域，以减少施工对周边环境的影响。实际的钻孔位置与设计的钻孔位置的偏差为Δd，其中0＜Δd≤10cm。钻孔位置标定以后，将定向钻移动至钻孔位置。
2、调整定向钻的钻机导向杆垂直钻入土中，依次施工形成直孔段1、斜孔段2和水平孔段3。其中，直孔段1的末端延伸至盾构隧道基底加固区域4的一侧，斜孔段2的起始端与直孔段1的末端连接，斜孔段2的末端延伸至盾构隧道加固区域4的边缘，水平孔段3沿着加固区域4水平延伸。根据现场实际情况，斜孔段2与水平孔段3均可以施工多个，多个斜孔段2由直孔段1的末端分支，多个水平孔段3由斜孔段2的末端分支。
施工直孔段1时，钻机可以快速给进并旋转钻头。施工斜孔段2时，钻进时需采用泥浆护壁，控制钻杆的入射角度和钻头斜面的方向，缓慢给进且不旋转钻头。施工水平孔段3时，钻渣不易上返，容易形成卡钻、塌孔等事故；为了避免上述事故，钻机钻进时可以采用泥浆护壁，在起钻和下钻时需要变旋转钻头边循环泥浆；根据地质情况和施工参数配制不同重度和粘度的上述泥浆。
在整个施工过程中，钻机的钻进速度不宜过快，应根据地层条件合理调整给进力。根据土层类别来确定钻进速度，在松砂层中钻进速度不超过3m/min；在硬土层中钻进速度以钻机不发生跳动为准。施工斜孔段2时，钻头每次的顶进距离控制在0.5m，使斜孔段2的曲线缓慢变化。
为保证钻头的顺利钻进及钻孔位置的准确性，在钻头中安装无线测斜仪，其依靠泥浆传输信号，使用顶角大(0～90°)，钻进时可以频繁在定向钻进和复合钻进之间进行切换；同时由于采用无线传输模式，加尺时无需上提测斜仪，钻进效率较高。
无线测斜仪中设置有发射器，其将测得的钻头位置信息发射至地面接收器，这些信息包括钻头的深度、鸭嘴板的面向角、钻孔顶角、钻头温度和电池状况等参数。地面接收器也应具有发射功能，其将接收到的钻头位置信息无线传送至钻机接收器，操作手根据钻机接收器接收的信息操纵钻机，以使钻机按照正确的轨迹钻进。施工过程中，操作手将测得的钻头位置信息与钻孔的设计曲线进行对比，来判断钻头的位置与设计曲线的偏差，随时进行调整。施工斜孔段2时，钻头每钻进10cm就检测一次钻头位置；施工水平孔段3时，钻头每钻进20cm检测一次钻头位置。如果发现偏离了设计曲线的既定轨道，就通过调整钻头斜面的方向进行纠偏。纠偏一般在几根钻杆内完成。
3、钻孔施工完成后，在孔内安装PE管进行注浆加固。安装PE管后将孔口位置进行封闭，目的是使钻孔内形成封闭的注浆空间。封孔深度不小于2m。
注浆所用的浆液可以提前配制，浆液配比为水灰比0.6～0.8。注浆所用浆液一般为水泥浆液，其中，水泥为42.5级普通硅酸盐水泥，配置浆液所用的水清洁且酸碱度适中，浆液中可以添加适量的外加剂。注浆压力和注浆速度原则上根据现场工艺试验确定，并在注浆过程中根据隧道变形情况和注浆量及时调整。
本申请实施例的盾构隧道基底加固方法不需要进入洞内施工，不会干扰列车正常运行，施工简便且效率高；相对于常规的洞外注浆加固，本发明可以实现盾构隧道基底靶向整治，加固效果更好。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不同限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
