[发明专利]一种含水软弱地层高温固化支护方法

说明书

一种含水软弱地层高温固化支护方法，属于含水软弱地层支护方法。该方法：在探明的含水软弱地层中布置烧结管，烧结管内壁敷设发热体，烧结管长时工作温度控制在1200～1700℃，对设计开挖面周围部分或全部地层进行高温烧结固化，以达到提高地层强度，降低其渗透性的目的，并将高温固化体作为支护结构。然后在高温固化体的保护下进行地下工程开挖，施工结束后高温固化体兼做永久支护。本发明特别适用于城市地下空间高效、安全开发过程中的含水、软弱不稳定地层的快速处理。

技术领域

本发明涉及一种含水软弱地层支护方法，特别是一种含水软弱地层高温固化支护方法。

背景技术

城市地下空间大规模的开发需要安全、高效、绿色施工方法与技术。伴随地下空间的规模越来越大，地下工程施工中对环境保护的要求也越来越高。冻结法由于其具有止水—承载双重功能，当面对含水、软弱、不稳定地层条件时，常显示出传统工法无法比拟的优点。

但是，冻结法支护技术在城市含水软弱地层实际施工中存在的以下瓶颈问题：(1)衬砌浇筑过程中，冻结壁的存在导致大体积混凝土内外温差大，自生温度裂缝严重，后期衬砌渗漏严重；(2)冻胀融沉易造成临近建筑、结构的损伤，冻结壁解冻后地下水在冻融损伤环境中的渗流机制不明，导致衬砌后水压荷载准确取值存在困难；(3)冻结壁是临时支护，施工结束后冻结壁自然(或强制)解冻，解冻过程中会同步伴随地表沉降，容易对附近建、构筑造成破坏。(4)冻结周期分为积极冻结和维护冻结，积极冻结期是形成冻结壁的先决条件，而维护冻结期则贯穿于开挖全过程，冷能消耗巨大。

发明内容

本发明的目的是要提供一种含水软弱地层高温固化支护方法，解决冻结法支护技术在城市含水软弱地层实际施工中存在的瓶颈问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：在探明的含水软弱地层中布置烧结管，烧结管内壁敷设发热体，烧结管长时工作温度控制在1200℃～1700℃，对设计开挖面周围的部分或全部地层进行高温烧结固化，以提高地层强度，降低其渗透性，并将高温固化体作为支护结构；然后，在高温固化体的保护下进行地下工程开挖，施工结束后高温固化体兼做永久支护。

进一步的，在探明的含水软弱地层中钻取原状土样，进行高温烧结实验和高温固化体单轴抗压强度和渗透实验，根据支护设计所需要的高温固化体单轴抗压强度和渗透系数，并确定烧结温度、升温速率、恒温时间和降温速率等工艺参数。

进一步的，在探明的含水软弱地层中钻取原状土样，在高温烧结装置中进行室内烧结物理模拟实验，确定所述的烧结含水软弱地层所需要的烧结管最优布置形式，发热体温度、升温速率、恒温时间和降温速率参数，并确定单管有效烧结范围。

进一步的，根据支护设计所需要的高温固化体几何形状，即支护结构形状，在探明的含水软弱地层中布置烧结孔；烧结管布置可采用三角形或正方形；烧结孔间距0～1m，烧结孔距开挖面1～2m；烧结孔与烧结管之间的环空充填细砂；所述的支护结构形状为不封闭的直线形或封闭的圆形。

进一步的，在烧结孔布置范围外1～2m范围内需布置2～3个泄压孔，释放地层中由烧结导致的高压蒸汽，避免气体劈裂加剧渗漏。

进一步的，高温烧结固化过程中，对高温固化体形成过程中的温度场进行实时监测，监测烧结效果，优化调整工艺参数。

进一步的，高温固化体形状达到要求后，停止烧结，取出加热管，采用普通水泥浆对烧结孔进行封孔注浆。

有益效果：由于采用了上述方案，即在探明的含水软弱地层中设计开挖面周围进行部分或全部高温固化，基于高温烧结致密化原理，降低开挖面周围地层渗透性同时提高其强度，达到封水和稳定的双重目的，并在高温固化体保护下进行地下工程开挖，解决了冻结法支护技术在含水软弱地层实际施工中存在的瓶颈问题，主要优点如下：

(1)高温固化体的形成速度快，通常是冻结法的1/10～1/50；