一种隧道正上方超前钻管的箱式加固方法，属于基坑开挖加固技术领域。钻管由空心钻头及一根或多根连接管组成；空心钻头由制为一体的锥头和圆形钢管构成，锥头内、外壁上设有内、外螺纹，外螺纹为正旋螺纹，内螺纹为反旋螺纹，圆形钢管内壁的尾端设有内连接螺纹一，连接管内壁的一端设有内连接螺纹二，连接管外壁的另一端设有外连接螺纹；圆筒和连接管上均设有数个出浆固结孔一；当连接管数量为一根时，空心钻头与连接管螺纹连接；当连接管的数量为多根时，每相邻两根连接管通过螺纹连接组成拼接连接管，拼接连接管与空心钻头旋合连接；注浆时，袖阀注浆管设置在钻管内且二者紧配合。本发明用于既有地铁隧道正上方加固。
1.一种隧道正上方超前钻管的箱式加固方法，所述方法是利用隧道正上方超前钻管的注浆装置实现的，所述注浆装置包括袖阀注浆管及钻管(26)；所述钻管(26)由空心钻头及一根或多根连接管组成；所述空心钻头由制为一体的锥头和圆形钢管构成，所述锥头的内、外壁上设有内、外螺纹，设置在所述锥头外壁上的外螺纹为正旋螺纹(2)，设置在锥头内壁上的内螺纹为反旋螺纹(1)，所述圆形钢管内壁的尾端设有内连接螺纹一(4)，所述连接管内壁的一端设有内连接螺纹二(6)，所述连接管外壁的另一端设有外连接螺纹(5)；圆形钢管和连接管上均设有数个出浆固结孔一(3)；当连接管数量为一根时，空心钻头的内连接螺纹一(4)与连接管的外连接螺纹(5)旋合连接；当连接管的数量为多根时，每相邻两根连接管通过内连接螺纹二(6)和外连接螺纹(5)旋合连接组成拼接连接管，所述拼接连接管中位于任意一端的连接管的外连接螺纹(5)与空心钻头的内连接螺纹一(4)旋合连接；注浆时，所述袖阀注浆管设置在钻管(26)内且二者紧配合；其特征在于：所述加固方法包括以下步骤：步骤一：首先依据地铁隧道(7)保护红线，在地铁隧道(7)保护红线以外打设基坑两侧围护桩(18)，进行地铁隧道(7)两侧的一期基坑开挖，并要求基坑两侧围护桩(18)下端深入地铁隧道(7)的底部；
步骤二：在开挖地铁隧道(7)保护红线以外的一期基坑时，同时施工地铁隧道(7)两侧的隔离桩(12)，所述隔离桩(12)距地铁隧道(7)最外侧的最小水平距离不小于3米，打设多排隔离桩(12)，将地铁隧道(7)有效地保护起来，以减小地铁隧道(7)两侧基坑开挖导致的地铁隧道(7)的侧向位移；
步骤三：当地铁隧道(7)两侧的一期基坑开挖到结构标高并且完成底板浇筑后，利用所述钻管(26)进行侧向长距离钻进施工，先是利用空心钻头钻进，空心钻头外壁上的正旋螺纹(2)用于钻进土体，空心钻头内壁上的反旋螺纹(1)用于将钻进过程中的土体旋转出管体，随着空心钻头的钻进，使得拼接连接管不断的连续钻入，钻至同侧隔离桩(12)为终点；
之后，清理钻管(26)内的土，将袖阀注浆管紧固放入钻管(26)内，同时随着袖阀注浆管注浆的进行，浆液通过袖阀注浆管的出浆固结孔二不断渗入到周围土体达到注浆加固的效果，同时渗入土体的浆液与连接管中的浆液连接为一个带有树状分支的钢管混凝桩，当钻管(26)每完成一排钻进时，就建立相应的腰梁，这样使钻管(26)与基坑两侧围护桩(18)连接为一个整体，有效的防止地铁隧道的侧向位移；
步骤四：当地铁隧道(7)两侧的一期基坑底板浇筑完成，位于侧向的钻管(26)完成钻进的情况下，进行一期结构施工，形成堆载效果；此后，对地铁隧道(7)正上方的土体进行加固，先在地铁隧道(7)正上方进行旋喷加固桩(9)施工，然后进行地铁隧道(7)正上方的土体开挖，采用分层分条跳仓对称式开挖，先进行基坑两侧围护桩(18)与隔离桩(12)之间土体的开挖，挖到地下负一层底板(10)标高时进行放坡(25)继续向下开挖，直至挖到旋喷加固桩(9)的底部标高位置，进行设备停放临时平台(11)的施工，开始钻管(26)操作，顶钻到规定位置后，清理钻管(26)内的土，将袖阀注浆管紧固放入钻管(26)内进行注浆；当钻管(26)施工结束后，进行放坡(25)回填土，当回填到旋喷加固桩(9)顶部后，进行设备停放临时平台(11)操作，然后进行顶部的钻管(26)施工，当顶部钻管(26)施工完成后，自此，在地铁隧道(7)上方形成了箱式加固结构；之后进行地下负一层底板(10)的施工，将地下负一层底板(10)与基坑两侧围护桩(18)及隧道隔离桩(12)连接为一个整体；
步骤五：当局部分层分条跳仓对称式开挖完成地下负一层底板(10)浇筑后，紧接着进行上部负一层结构顶板的施工，包括施作临时加固肋墙(20)；当负一层结构顶板施工完成后，进行其他未开挖部分的分层分条跳仓对称式开挖，等基坑两侧围护桩(18)与隔离桩(12)之间的土体都开挖并完成结构施工后，所有结构件间连接为一个完整的整体。
2.根据权利要求1所述的一种隧道正上方超前钻管的箱式加固方法，其特征在于：步骤四中，开挖前对地铁隧道(7)正上方的土体进行加固的方式为：采用注浆加固或采用深层搅拌桩加固，加固范围为沿地铁隧道(7)纵向加固，加固宽度为地铁隧道(7)两侧隔离桩(12)围成的区域。
一种隧道正上方超前钻管的箱式加固方法
技术领域
[0001] 本发明属于基坑开挖加固技术领域，具体涉及一种隧道正上方超前钻管的箱式加固方法。
背景技术
[0002] 城市地下轨道交通的发展能够有效支撑和引领城市空间布局的扩展，带动地铁周边经济的发展，因此，在既有运营地铁隧道周边进行的各项工程活动将变得日益频繁，伴随而来的地铁临近深大基坑工程不可避免。为了确保地铁隧道的安全，很多国家和地区都给出了地铁隧道应力和变形的控制标准。关于既有地铁隧道结构的保护措施也缺乏较为系统的研究，目前多局限于减小基坑自身变形从而降低隧道变形过大的风险，如针对基坑分仓开挖的研究等。这类方法往往缺乏主动性，一旦地铁隧道在施工过程中发生较大变形，将难以补救并控制地铁隧道进一步的变形。故针对这样的问题有必要提出一种新型的地铁隧道上方开挖施工的加固工法。
[0003] 此外，现有的注浆装置注浆效果较为单一，且需要对注浆加固区域进行预先打设注浆孔洞。注浆效果不理想，容易出现漏浆或者注浆压力不能达到预期目的。此外，注浆后的注浆凝结体形态无法控制，甚至注浆凝结体出现集中结块或者细微松散，达不到均匀注浆的效果。对于一些特殊注浆加固的工程，无法实现定向注浆，只能进行环向注浆，容易造成浆液浪费，增加施工成本。
发明内容
[0004] 本发明的目的之一是为解决现有技术存在的上述问题，提供一种隧道正上方超前钻管的箱式加固方法，它可有效的达到保护地铁隧道的目的。
[0005] 本发明的目的之二是为解决现有注浆装置存在的上述问题，提供一种隧道正上方超前钻管的注浆装置，以满足超前箱式加固工法的超前注浆加固效果。
[0006] 本发明为解决上述技术问题，采取的技术方案如下：
[0007] 一种隧道正上方超前钻管的注浆装置，包括袖阀注浆管及钻管；所述钻管由空心钻头及一根或多根连接管组成；所述空心钻头由制为一体的锥头和圆形钢管构成，所述锥头的内、外壁上设有内、外螺纹，设置在所述锥头外壁上的外螺纹为正旋螺纹，设置在锥头内壁上的内螺纹为反旋螺纹，所述圆形钢管内壁的尾端设有内连接螺纹一，所述连接管内壁的一端设有内连接螺纹二，所述连接管外壁的另一端设有外连接螺纹；圆形钢管和连接管上均设有数个出浆固结孔一；
[0008] 当连接管数量为一根时，空心钻头的内连接螺纹一与连接管的外连接螺纹旋合连接；当连接管的数量为多根时，每相邻两根连接管通过内连接螺纹二和外连接螺纹旋合连接组成拼接连接管，所述拼接连接管中位于任意一端的连接管的外连接螺纹与空心钻头的内连接螺纹一旋合连接；注浆时，所述袖阀注浆管设置在钻管内且二者紧配合。
[0009] 一种利用隧道正上方超前钻管的注浆装置实现隧道正上方超前钻管的箱式加固方法，所述加固方法包括以下步骤：
[0010] 步骤一：首先依据地铁隧道保护红线，在地铁隧道保护红线以外打设基坑两侧围护桩，进行地铁隧道两侧的一期基坑开挖，并要求基坑两侧围护桩下端深入地铁隧道的底部；
[0011] 步骤二：在开挖地铁隧道保护红线以外的一期基坑时，同时施工地铁隧道两侧的隔离桩，所述隔离桩距地铁隧道最外侧的最小水平距离不小于3米，打设多排隔离桩，将地铁隧道有效地保护起来，以减小地铁隧道两侧基坑开挖导致的地铁隧道的侧向位移；
[0012] 步骤三：当地铁隧道两侧的一期基坑开挖到结构标高并且完成底板浇筑后，利用所述钻管进行侧向长距离钻进施工，先是利用空心钻头钻进，空心钻头外壁上的正旋螺纹用于钻进土体，空心钻头内壁上的反旋螺纹用于将钻进过程中的土体旋转出管体，随着空心钻头的钻进，使得拼接连接管不断的连续钻入，钻至同侧隔离桩为终点；之后，清理钻管内的土，将袖阀注浆管紧固放入钻管内，同时随着袖阀注浆管注浆的进行，浆液通过袖阀注浆管的出浆固结孔二不断渗入到周围土体达到注浆加固的效果，同时渗入土体的浆液与连接管中的浆液连接为一个带有树状分支的钢管混凝桩，当钻管每完成一排钻进时，就建立相应的腰梁，这样使钻管与基坑两侧围护桩连接为一个整体，有效的防止地铁隧道的侧向位移；
[0013] 步骤四：当地铁隧道两侧的一期基坑底板浇筑完成，位于侧向的钻管完成钻进的情况下，进行一期结构施工，形成堆载效果；此后，对地铁隧道正上方的土体进行加固，先在地铁隧道正上方进行旋喷加固桩施工，然后进行地铁隧道正上方的土体开挖，采用分层分条跳仓对称式开挖，先进行基坑两侧围护桩与隔离桩之间土体的开挖，挖到地下负一层底板标高时进行放坡继续向下开挖，直至挖到旋喷加固桩的底部标高位置，进行设备停放临时平台的施工，开始钻管操作，顶钻到规定位置后，清理钻管内的土，将袖阀注浆管紧固放入钻管内进行注浆；当钻管施工结束后，进行放坡回填土，当回填到旋喷加固桩顶部后，进行设备停放临时平台操作，然后进行顶部的钻管施工，当顶部钻管施工完成后，自此，在地铁隧道上方形成了箱式加固结构；之后进行地下负一层底板的施工，将地下负一层底板与基坑两侧围护桩及隧道隔离桩连接为一个整体；
[0014] 步骤五：当局部分层分条跳仓对称式开挖完成地下负一层底板浇筑后，紧接着进行上部负一层结构顶板的施工，包括施作临时加固肋墙；当负一层结构顶板施工完成后，进行其他未开挖部分的分层分条跳仓对称式开挖，等基坑两侧围护桩与隔离桩之间的土体都开挖并完成结构施工后，所有结构件间连接为一个完整的整体。
[0015] 本发明相对于现有技术的有益效果是：
[0016] 传统地铁正上方开挖方法基本都为后加固措施或者加固施工成本过高，亦或防控加固效果不理想。本发明为超前加固，即在地铁隧道正上方土体开挖卸荷前对隧道上方预留土体进行超前防控加固，使得后期地铁隧道正上方进行正式开挖卸荷时，隧道结构已经处于安全防护状态。且采用了新的注浆装置，该注浆装置不仅可以在地铁隧道正上方土体开挖前进行超前钻进加固，而且可以结合袖阀管进行定向注浆，且注浆浆液可以从钻管出浆固结孔定向溢出，进行定向注浆加固，减少浆液使用，可降低施工成本，加固效果大大提升。
附图说明
[0017] 图1是空心钻头的轴测图一；
[0018] 图2是空心钻头的轴测图二；
[0019] 图3是连接管的轴测图一；
[0020] 图4是连接管的轴测图二；
[0021] 图5是钻管组装前的示意图；
[0022] 图6是箱式加固结构示意图；
[0023] 图7是分层分条跳仓对称式开挖结构示意图；
[0024] 图8是设备停放临时平台施工中钻管操作的示意图；
[0025] 图9是袖阀注浆管的主剖视图。图中向下指引的箭头表示注浆方向。
[0026] 上述附图中涉及的部件名称及标号如下：
[0027] 反旋螺纹1、正旋螺纹2、出浆固结孔一3、内连接螺纹一4、外连接螺纹5、内连接螺纹二6、地铁隧道7、定位圈8、旋喷加固桩9、地下负一层底板10、设备停放临时平台11、隔离桩12、围护桩18、临时加固肋墙20、放坡25、钻管26、6分钢管27、连接件一28、止浆圈一29、钢管开孔30、止浆圈二31、尖底32、连接件二33、注浆管开孔34、PVC注浆管35。
具体实施方式
[0028] 具体实施方式一：如图1‑图5及图9所示，本实施方式披露了一种隧道正上方超前钻管的注浆装置，包括袖阀注浆管(为现有技术)及钻管26；所述钻管26由空心钻头及一根或多根连接管组成；所述空心钻头由制为一体的锥头和圆形钢管构成，所述锥头的内、外壁上设有内、外螺纹，设置在所述锥头外壁上的外螺纹为正旋螺纹2，设置在锥头内壁上的内螺纹为反旋螺纹1，所述圆形钢管内壁的尾端设有内连接螺纹一4，所述连接管内壁的一端设有内连接螺纹二6，所述连接管外壁的另一端设有外连接螺纹5；圆形钢管和连接管上均设有数个出浆固结孔一3；
[0029] 当连接管数量为一根时，空心钻头的内连接螺纹一4与连接管的外连接螺纹5旋合连接；当连接管的数量为多根时，每相邻两根连接管通过内连接螺纹二6和外连接螺纹5旋合连接组成拼接连接管，所述拼接连接管中位于任意一端的连接管的外连接螺纹5与空心钻头的内连接螺纹一4旋合连接(采用开山KG420S履带式潜孔钻车将钻管26钻进)；注浆时，所述袖阀注浆管(为现有技术)设置在钻管26内且二者紧配合(通过设置在袖阀注浆管的注浆管外壁上的定位圈8与钻管26的连接管内壁紧配合连接)。
[0030] 进一步的是，所述空心钻头和连接管均为钢管。
[0031] 进一步的是，所述数个出浆固结孔一3均为圆孔(圆孔的直径大小，开孔的数量及疏密程度都可依据实际需要进行更改)。
[0032] 具体实施方式二：如图1‑图9所示，本实施方式是利用具体实施方式一所述的注浆装置实现隧道正上方超前钻管的箱式加固方法，所述加固方法包括以下步骤：
[0033] 步骤一：首先依据地铁隧道7保护红线，在地铁隧道7保护红线以外打设基坑两侧围护桩18，进行地铁隧道7两侧的一期基坑开挖，并要求基坑两侧围护桩18下端深入地铁隧道7的底部(可根据基坑的开挖深度适当的设置若干数量的腰梁)；
[0034] 步骤二：在开挖地铁隧道7保护红线以外的一期基坑时，同时施工地铁隧道7两侧的隔离桩12，所述隔离桩12距地铁隧道7最外侧的最小水平距离不小于3米，打设多排隔离桩12(优选打设四排隔离桩12)，将地铁隧道7有效地保护起来，以减小地铁隧道7两侧基坑开挖导致的地铁隧道7的侧向位移；
[0035] 步骤三：当地铁隧道7两侧的一期基坑开挖到结构标高并且完成底板(此处底板指地铁隧道7两侧的一期基坑底板)浇筑后，利用所述钻管26进行侧向长距离(侧向钻进距离可保持在20m‑25m左右)钻进施工(钻管26的连接管外壁直径略小于基坑两侧围护桩18外壁直径或根据施工结构需要进行直径调整)，先是利用空心钻头钻进，空心钻头外壁上的正旋螺纹2用于钻进土体，空心钻头内壁上的反旋螺纹1用于将钻进过程中的土体旋转出管体，随着空心钻头的钻进，使得拼接连接管不断的连续钻入，钻至同侧隔离桩12为终点；之后，清理钻管26内的土，将袖阀注浆管紧固放入钻管26内，同时随着袖阀注浆管注浆的进行(土质不同，注浆压力也不同。如在砂土中注浆时，考虑到劈裂注浆的注浆压力，通常应控制在0.2‑0.5MPa内；如果在粘性土中时，其注浆压力则控制在0.2‑0.3MPa；如果是选用水泥砂浆作为浆液时，其坍落度应控制在25‑75mm内，而注浆压力则为1‑7MPa。而如果其坍落度较为小数的话，注浆压力可以取上限值。如果采用的是水泥水玻璃双液快凝浆液时，那么注浆压力应该要小于1MPa)，浆液通过袖阀注浆管的出浆固结孔二不断渗入到周围土体达到注浆加固的效果，同时渗入土体的浆液与连接管中的浆液连接为一个带有树状分支的钢管混凝桩，当钻管26每完成一排钻进时，就建立相应的腰梁，这样使钻管26与基坑两侧围护桩18连接为一个整体，有效的防止地铁隧道的侧向位移；
[0036] 步骤四：当地铁隧道7两侧的一期基坑底板浇筑完成，位于侧向的钻管26完成钻进的情况下，进行一期结构施工(一期结构施工主要包括建筑主体结构的梁、柱、楼板、剪力墙等)，形成堆载效果(这样有助缓解因基坑卸载导致的土体回弹滞后效应)；此后，对地铁隧道7正上方的土体进行加固，先在地铁隧道7正上方进行旋喷加固桩9施工，然后进行地铁隧道7正上方的土体开挖，采用分层分条跳仓对称式开挖，先进行基坑两侧围护桩18与隔离桩12之间土体的开挖，挖到地下负一层底板10标高时进行放坡25继续向下开挖，直至挖到旋喷加固桩9的底部标高位置，进行设备停放临时平台11的施工，开始钻管26操作(钻管26外壁直径为500mm，也可根据基坑项目的自身情况进行适当大小的调整)，顶钻到规定位置后，清理钻管26内的土，将袖阀注浆管紧固放入钻管26内进行注浆(土质不同，注浆压力也不同)；当钻管26施工结束后，进行放坡25回填土(可选择较好土质的土体置换原来土体，也可直接将原来土体回填)，当回填到旋喷加固桩9顶部后，进行设备停放临时平台11操作，然后进行顶部的钻管26施工，当顶部钻管26施工完成后，自此，在地铁隧道7上方形成了箱式加固结构；之后进行地下负一层底板10的施工，将地下负一层底板10与基坑两侧围护桩18及隧道隔离桩12连接为一个整体(这样形成大刚度的反压结构)；
[0037] 步骤五：当局部分层分条跳仓对称式开挖完成地下负一层底板10浇筑后，紧接着进行上部负一层结构顶板的施工，包括施作临时加固肋墙20(这样比传统的加固结构刚度都大，并且上部结构的自重也可以相当于有效的堆载，有效的防止地铁隧道7因开挖上浮)；当负一层结构顶板施工完成后，进行其他未开挖部分的分层分条跳仓对称式开挖，等基坑两侧围护桩18与隔离桩12之间的土体都开挖并完成结构施工后，所有结构件(包括基坑两侧围护桩18、隔离桩12、地下负一层底板10)间连接为一个完整的整体。
[0038] 以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围，并不局限于此，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
