[发明专利]下穿既有构筑物管幕施工沉降控制补偿系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用矿山法开挖地铁隧道时对开挖隧道上方土体的沉降进行控制和补偿的系统和方法，特别涉及一种采用矿山法开挖地铁隧道时开挖段的近距离上方设置有构筑物，在新隧道开挖时，对既有构筑物的沉降进行控制和补偿的管幕施工沉降控制系统及方法。

背景技术

在城市地铁施工中，下穿既有构筑物的情况越来越多。当既有构筑物下方的土体受到扰动时，扰动范围内的既有构筑物由于受扰动强度不同的影响，会产生超限的差异沉降，从而影响到既有构筑物的安全。因此控制沉降，并对已发生的沉降进行补偿，已成为下穿既有构筑物时施工中必须解决的问题。在现有技术中，矿山法下穿既有构筑物，一般采用全断面深孔注浆方法，对其上方的土体进行加固。在全断面深孔注浆时，为了达到深孔注浆的效果，需要较大的注浆空间，特别是在施工作业过程中，已有构筑物已发生沉降后，一般采用深孔注浆的方法，对沉降进行补偿，由于受施工地理环境的限制，深孔注浆工艺无法进行。在沉降控制上，现有技术也有采用管棚支撑工艺的，这种工艺对管棚上方的土体也有一定的棚护作用，但管棚钢管的钻进多采用带水成孔作业方式，水进入构筑物下方土体，反而加重了土体的沉降，若不带水作业，将大管径钢管直接顶进土体中，又存在顶进困难。另外，管棚中相邻钢管的间隙，也会诱发其上方的土体沉降。

发明内容

本发明提供了一种下穿既有构筑物管幕施工沉降控制补偿系统及方法，解决了下穿既有构筑物时矿山法开挖段隧道的上方土体下沉控制及补偿的难题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

一种下穿既有构筑物管幕施工沉降控制补偿系统，包括在地上设置的既有构筑物，在既有构筑物的下方设置有矿山法暗挖下穿段区间隧道，在矿山法暗挖下穿段区间隧道的左端设置有已开挖的区间人防段隧道，在区间人防段隧道的上方端头墙中，设置有锁扣管幕，在锁扣管幕与已开挖的区间人防段隧道的直角后背墙之间设置有钢管顶进设备，钢管顶进设备的螺旋钻杆设置在锁扣管幕钢管中，螺旋钻杆的端头顶端与锁扣管幕钢管的右端口外侧面之间的距离为10厘米，在钢管顶进设备的出土口的下方设置有计量土斗，在锁扣管幕钢管与第二根锁扣管幕钢管之间设置有锁扣，在锁扣管幕钢管的外侧壁上固定焊接有袖阀管注浆管，在袖阀管注浆管中设置有袖阀管芯管，袖阀管芯管的管芯注浆枪头是设置在既有构筑物正下方的，在袖阀管芯管的入浆口上连接有注浆机。

注浆机的袖阀管注浆压力为2兆帕。

一种下穿既有构筑物管幕施工沉降控制补偿方法，包括以下步骤：

第一步、在既有构筑物的下方准备开挖的矿山法暗挖下穿段区间隧道的左端开挖出区间人防段隧道；

第二步、在锁扣管幕钢管的外侧壁上焊接锁扣的母扣，在第二根锁扣管幕钢管的外侧壁上焊接锁扣的子扣，在锁扣管幕钢管的外侧壁顶面上和第二根锁扣管幕钢管的外侧壁顶面上分别焊接袖阀管注浆管；在1重量份的膨润土中，加入9-11重量份的水，搅拌均匀，得到膨润土浆液；

第三步、将钢管顶进设备安装在已开挖的区间人防段隧道的直角后背墙上，在区间人防段隧道的上方端头墙与钢管顶进设备之间安装锁扣管幕钢管，启动钢管顶进设备，将锁扣管幕钢管顶入上方端头墙前方的既有构筑物下方的土体中；

第四步、在第一根锁扣管幕钢管被顶入上方端头墙前方的既有盾构隧道下方的土体过程中，当钢管顶进设备的顶进压力达到20兆帕时，将第一根锁扣管幕钢管上焊接的袖阀管注浆管接到注浆机上，在注浆机中装入第二步得到的膨润土浆液，并将膨润土浆液注入到第一根锁扣管幕钢管周围的土体中，以降低第一根锁扣管幕钢管在顶进过程中的摩擦阻力；在第一根锁扣管幕钢管顶入到既有盾构隧道下方土体的整个过程中，钢管顶进设备的螺旋钻杆的端头顶端是设置在第一根锁扣管幕钢管中的，并且螺旋钻杆的端头顶端距离第一根锁扣管幕钢管的右端口的外端面10厘米；在顶进过程中，若钢管顶进设备的顶进压力再次达到20兆帕时，通过钢管顶进设备将螺旋钻杆向前推进，使螺旋钻杆的端头探出到第一锁扣管幕钢管的右端口外端面外10厘米处，达到松动锁扣管幕钢管前方土体的目的；

第五步、在已完成顶入工作的第一根锁扣管幕钢管的一侧定位第二根锁扣管幕钢管，使第二根锁扣管幕钢管的子扣与第一根锁扣管幕钢管的母扣接插在一起，启动钢管顶进设备，将第二根锁扣管幕钢管顶入到上方端头墙前方的既有盾构隧道下方的土体中，在顶入过程中重复上述第四步步骤，使第二根锁扣管幕钢管顺利顶入到位；