[发明专利]防止软土中地铁盾构隧道长期沉降的水泥加固装置及方法

说明书

本发明公开了一种地铁运营期内防止软土中地铁盾构隧道长期沉降的水泥加固装置及方法，包括喷粉搅拌装置和防隧道变形的压力平衡装置；所述喷粉搅拌装置可以穿过隧道预留的注浆孔，然后在隧道下方软土中伸展并加固大直径水泥土墩；所述防隧道变形的压力平衡装置可以通过监测隧道竖向位移信息来调整注浆压力，从而在喷粉搅拌装置加固水泥土墩时保持隧道竖向位移稳定。本发明克服已有方法难以在已建盾构隧道下方形成大直径水泥土墩体的困难，克服已有的直接注浆抬升隧道方法中注浆挤压对土体扰动大、需要循环反复注浆抬升隧道的问题。

技术领域

本发明属于岩土工程研究领域,尤其涉及一种地铁运营期内防止软土中地铁盾构隧道长期沉降的水泥加固装置及方法。

背景技术

目前我国各大城市在持续修建地铁盾构隧道，而在东南沿海的大城市中充满了深厚的软土层，在地铁运营期间盾构隧道下方软土受地铁列车循环载荷作用会发生较大的工后固结沉降，而这些沉降是不均匀的，此不均匀沉降会造成隧道内轨道变形进而影响地铁列车运行安全。目前通过在盾构隧道上预留的注浆孔，在沉降的隧道下方注浆抬升隧道，这个方法在注浆初期非常有效，但注浆抬升后随着时间发展隧道往往会产生更大的沉降，原因在于注浆压力对隧道周围软土进行挤压，而原状软土在挤压扰动过程中微观结构破坏会发生更大的固结沉降，因此为了控制沉降需要每隔一段时间进行 “隧道沉降-注浆抬升”的循环过程，这样增加了维护时间和费用。

因此可以考虑对盾构隧道下方的土体进行加固，现有的水泥土搅拌桩法将水泥粉体和软土就地拌制成水泥土桩体，并且这种方法对土体扰动小，但是水泥土搅拌桩法无法直接用来加固盾构隧道下方的土体，原因在于盾构隧道中只有预留的注浆孔可以插入搅拌机械，按水泥土搅拌桩法的方式只能在隧道下方形成直径等于注浆孔的水泥土桩体，这样小直径的水泥土状体对控制隧道沉降效果非常有限，因此需要开发在已建盾构隧道下方形成大直径水泥土墩体的装置，从而克服已有直接注浆抬升隧道方法中注浆挤压对土体扰动大、造成循环反复“隧道沉降-注浆抬升”的问题。

发明内容

本发明克服已有方法难以在已建盾构隧道下方形成大直径水泥土墩体的困难，克服已有的直接注浆抬升隧道方法中注浆挤压对土体扰动大、需要循环反复注浆抬升隧道的问题，本发明提供了一种地铁运营期内防止软土中地铁盾构隧道长期沉降的水泥加固装置及方法。

本发明的技术方案：一种地铁运营期内防止软土中地铁盾构隧道长期沉降的水泥加固装置，包括喷粉搅拌装置和防隧道变形的压力平衡装置；所述喷粉搅拌装置包括搅拌装置和喷粉装置，所述搅拌装置包括固定杆、扭矩盘、导杆、蜗杆推进机以及依次连接的滑块推动杆、滑块和若干搅拌杆；所述喷粉装置包括依次连接的供粉泵、送粉管路、若干喷粉嘴，送粉管路从供粉泵出发依次经过导杆、搅拌杆并连接各个喷粉嘴，其中喷粉嘴安装在搅拌杆上；所述防隧道变形的压力平衡装置包括竖向位移实时监测装置、压力控制系统以及数据采集和控制系统，所述竖向位移实时监测装置包括在隧道内铺设的位移计，所述压力控制系统包括依次连接的注浆管、浆液加压腔室和伺服压力控制器，所述数据采集和控制系统分别与位移计和伺服压力控制器连接。

优选地，所述搅拌杆包括第一搅拌杆和第二搅拌杆，所述滑块连接第一搅拌杆的顶端，所述第一搅拌杆的底端连接第二搅拌杆的顶端，所述第二搅拌杆的底端连接导杆的底端。

优选地，所述扭矩盘可沿固定杆上下移动，所述扭矩盘套在蜗杆推进机上并可驱动蜗杆推进机旋转，所述蜗杆推进机和导杆固定连接，所述蜗杆推进机套在滑块推动杆上并可驱动滑块推动杆上下移动。

优选地，所述导杆侧面有卡槽，所述滑块可沿导杆的卡槽滑动并且可随导杆转动。

优选地，所述滑块与第一搅拌杆的连接方式为铰接，所述第一搅拌杆与第二搅拌杆的连接方式为铰接，所述导杆底端与第二搅拌杆一端的连接方式为铰接。

优选的，所述喷粉装置采用的粉体材料为水泥粉。

优选的，所述浆液加压腔室内的浆液为水泥和水玻璃混合浆液。