本發(fā)明屬于巖土工程研究領(lǐng)域，尤其涉及一種可液化砂土中防止盾構(gòu)機(jī)下沉的硅溶膠加固裝置及其方法。

背景技術(shù)：

城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，盾構(gòu)隧道的建設(shè)已成為大中城市發(fā)展必不可少的一部分，但我國(guó)不少大中城市都廣泛分布著可液化土。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在可液化地基中推進(jìn)時(shí)，由于盾構(gòu)機(jī)對(duì)土體的振動(dòng)，導(dǎo)致土體液化失去剪切強(qiáng)度，這時(shí)盾構(gòu)機(jī)在液化土層中下沉。目前對(duì)于可液化地基中防止盾構(gòu)機(jī)下沉的方法主要是在施工中改變施工參數(shù)，例如盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的初始標(biāo)高要高于設(shè)計(jì)標(biāo)高，盾構(gòu)過(guò)程中土體液化讓盾構(gòu)機(jī)下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，這種方法難度大，且依賴盾構(gòu)前期試驗(yàn)段參數(shù)和工程經(jīng)驗(yàn)。因此可以考慮通過(guò)加固可液化地基防止盾構(gòu)機(jī)沉降，工程上常規(guī)加固可液化土體的方法包括打碎石樁、換填土體、振動(dòng)擠密土體等，但是這些方法成本高且對(duì)周圍環(huán)境影響大，而盾構(gòu)隧道周圍往往為人口密集的城區(qū)，因此這些常規(guī)方法并不適用。人們也開(kāi)發(fā)出基于滲流讓加固溶液固化可液化土體的方法，例如在可液化土體中通入微生物溶液產(chǎn)生碳酸鈣沉淀加固土體，以及在可液化土體中通入硅溶膠溶液，硅溶膠溶液中懸浮著納米顆粒，這些納米顆粒在溶液堿性降低的過(guò)程中先逐漸凝聚成鏈狀結(jié)構(gòu)進(jìn)而形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠，從而加固可液化土體。硅溶膠溶液初始的粘性接近于水，這樣有利于硅溶膠溶液在水中的滲流，通過(guò)調(diào)整硅溶膠溶液的PH值，可以讓硅溶膠在數(shù)秒或數(shù)月的時(shí)間段內(nèi)保持低粘度然后粘度突然急劇上升形成凝膠。但上述滲流加固的方法并沒(méi)有應(yīng)用于防止盾構(gòu)機(jī)振動(dòng)液化下沉的問(wèn)題，而直接讓加固溶液滲流固化擬建盾構(gòu)隧道附近的可液化土體，存在加固區(qū)域過(guò)大、滲流造成附近地面沉降引起房屋變形開(kāi)裂等問(wèn)題，因此如何控制固化土體區(qū)域降低成本、減少滲流對(duì)附近地表沉降的影響，是固化土體進(jìn)而防止盾構(gòu)機(jī)振動(dòng)液化下沉需要解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中沒(méi)有通過(guò)硅溶膠溶液滲流固化土體從而防止盾構(gòu)機(jī)振動(dòng)液化下沉的方法，同時(shí)考慮控制固化土體區(qū)域降低成本、減少滲流對(duì)附近地表沉降影響，提出了一種可液化砂土中防止盾構(gòu)機(jī)下沉的硅溶膠加固裝置及其方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種可液化砂土中防止盾構(gòu)機(jī)下沉的硅溶膠加固裝置，包括彎曲頂管系統(tǒng)、硅溶膠壓注系統(tǒng)、抽水系統(tǒng)和隔水板；

所述彎曲頂管系統(tǒng)包括若干側(cè)邊開(kāi)孔的彎曲管，所述彎曲管分兩排平行地插在擬建盾構(gòu)隧道區(qū)域兩側(cè)的地基中，其中擬建盾構(gòu)隧道區(qū)域一側(cè)的彎曲管為硅溶膠溶液注入彎曲管，擬建盾構(gòu)隧道區(qū)域另外一側(cè)的彎曲管為抽水彎曲管；

所述硅溶膠壓注系統(tǒng)包含依次相連的硅溶膠溶液注入總管、第一水泵和硅溶膠貯存容器；

所述抽水系統(tǒng)包含依次相連的抽水總管、第二水泵和貯液池；

所述隔水板分兩排平行地插在擬建盾構(gòu)隧道區(qū)域兩側(cè)的地基中，所述彎曲頂管系統(tǒng)和擬建盾構(gòu)隧道區(qū)域位于兩排隔水板中間，同一排的隔水板前后相連；

所述硅溶膠溶液注入彎曲管與硅溶膠溶液注入總管連接，所述抽水彎曲管與抽水總管連接。

本發(fā)明利用硅溶膠溶液粘度突然增大前在砂土中滲透速度快的特點(diǎn)快速填充砂土中的孔隙，同時(shí)通過(guò)彎曲管減少固化土體區(qū)域從而降低成本，通過(guò)隔水板阻隔滲流從而降低滲流對(duì)附近地表沉降的影響，從而不僅可以防止盾構(gòu)機(jī)液化下沉，而且具有滲透速度快、成本低、對(duì)周圍環(huán)境擾動(dòng)小的優(yōu)點(diǎn)。

優(yōu)選地，每個(gè)彎曲管頂部設(shè)有導(dǎo)向外管，所述導(dǎo)向外管套在彎曲管外側(cè)。

導(dǎo)向外管的設(shè)置，方便彎曲管頂入擬建盾構(gòu)隧道區(qū)域兩側(cè)。

優(yōu)選地，每個(gè)彎曲管上每距離1600mm設(shè)有一個(gè)直徑為40mm的圓孔，圓孔指向擬建盾構(gòu)隧道區(qū)域。

優(yōu)選地，硅溶膠溶液注入彎曲管上的圓孔為硅溶膠溶液注入彎曲管的注入孔，抽水彎曲管上的圓孔為抽水彎曲管的抽水孔。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)向外管的外管徑為120mm，內(nèi)管徑為102mm，長(zhǎng)度為500mm；所述彎曲管的外管徑為100mm，內(nèi)管徑為92mm。

優(yōu)選地，以擬建盾構(gòu)隧道區(qū)域的中軸線為對(duì)稱軸，對(duì)稱布置兩排彎曲管，且彎曲管插入地基中的深度比盾構(gòu)擬建盾構(gòu)隧道區(qū)域深度深3m。

優(yōu)選地，所述彎曲管與擬建盾構(gòu)隧道區(qū)域外邊緣的最近距離小于等于1.6m，同一排彎曲管的間距小于等于1.6m。

一種可液化砂土中防止盾構(gòu)機(jī)下沉的硅溶膠加固方法，包括下述步驟：

步驟1：將隔水板分兩排插入擬建盾構(gòu)隧道區(qū)域兩側(cè)，然后通過(guò)導(dǎo)向外管將硅溶膠溶液注入彎曲管、抽水彎曲管分兩排頂入擬建盾構(gòu)隧道區(qū)域兩側(cè)，然后把每一個(gè)硅溶膠溶液注入彎曲管和抽水彎曲管分別與硅溶膠溶液注入總管和抽水總管連接，最后在硅溶膠溶液注入總管上依次連接第一水泵和硅溶膠貯存容器，在抽水總管上依次連接第二水泵和貯液池；

步驟2：配置硅溶膠溶液，通過(guò)加入鹽酸降低硅溶膠溶液的堿性，從而調(diào)整硅溶膠生成凝膠的時(shí)間為指定時(shí)間；

步驟3：同時(shí)開(kāi)啟硅溶膠溶液注入系統(tǒng)和抽水系統(tǒng)；

步驟4：按制定的時(shí)間表隔期對(duì)處理的地基進(jìn)行波速檢測(cè)和靜力觸探檢測(cè)；

步驟5：如果波速檢測(cè)和靜力觸探檢測(cè)沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果時(shí)重復(fù)步驟2~步驟4；當(dāng)波速檢測(cè)和靜力觸探檢測(cè)達(dá)到預(yù)期效果時(shí)，加固完成。

優(yōu)選地，所述步驟3中控制抽水速率和硅溶膠溶液的注入速率，使抽水彎曲管的抽水量與硅溶膠溶液注入彎曲管的注入量相等。

本發(fā)明的有益效果是加固后可以防止盾構(gòu)過(guò)程中土體振動(dòng)液化導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)下沉，利用硅溶膠溶液粘度突然增大前在砂土中滲透速度快的特點(diǎn)快速填充砂土中的孔隙，同時(shí)通過(guò)彎曲管減少固化土體區(qū)域從而降低成本，通過(guò)隔水板阻隔滲流從而降低滲流對(duì)附近地表沉降的影響，因此本發(fā)明具有滲透速度快、成本低、對(duì)周圍環(huán)境擾動(dòng)小的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的整體布置俯視圖；

圖2為本發(fā)明的整體布置側(cè)視圖；

圖3為本發(fā)明的硅溶膠溶液注入彎曲管結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；

圖中1.硅溶膠溶液注入彎曲管、2.抽水彎曲管、3.擬建盾構(gòu)隧道區(qū)域區(qū)域、4.硅溶膠溶液注入總管、5. 抽水總管、6.隔水板、7.第一水泵、8.導(dǎo)向外管、9.硅溶膠溶液注入彎曲管的注入孔、10.抽水彎曲管的抽水孔、11.第二水泵、12. 硅溶膠貯存容器、13. 貯液池。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)新特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

如圖1-3所示，一種可液化砂土中防止盾構(gòu)機(jī)下沉的硅溶膠加固裝置，包括彎曲頂管系統(tǒng)、硅溶膠壓注系統(tǒng)、抽水系統(tǒng)和隔水板。彎曲頂管系統(tǒng)包括側(cè)邊開(kāi)孔的彎曲管和導(dǎo)向外管8，導(dǎo)向外管8套在彎曲管外側(cè)。彎曲管分兩排平行地插在擬建盾構(gòu)隧道區(qū)域3兩側(cè)的地基中，其中擬建盾構(gòu)隧道區(qū)域3一側(cè)的彎曲管為硅溶膠溶液注入彎曲管1，擬建盾構(gòu)隧道區(qū)域3另外一側(cè)的彎曲管為抽水彎曲管2。硅溶膠壓注系統(tǒng)包含依次相連的硅溶膠溶液注入總管4、第一水泵7和硅溶膠貯存容器12。抽水系統(tǒng)包含依次相連的抽水總管5、第二水泵11和貯液池13。隔水板6分兩排平行地插在擬建盾構(gòu)隧道區(qū)域3兩側(cè)的地基中，兩排隔水板6中間包含了彎曲頂管系統(tǒng)和擬建盾構(gòu)隧道區(qū)域3，同一排的隔水板6前后相連。硅溶膠溶液注入彎曲管1與硅溶膠溶液注入總管4連接，抽水彎曲管2與抽水總管5連接。

每個(gè)彎曲管上每距離1600mm設(shè)有一個(gè)直徑為40mm的圓孔，圓孔指向擬建盾構(gòu)隧道區(qū)域3。

硅溶膠溶液注入彎曲管1上的圓孔為硅溶膠溶液注入彎曲管的注入孔9，抽水彎曲管2上的圓孔為抽水彎曲管的抽水孔10。

導(dǎo)向外管8的外管徑為120mm，內(nèi)管徑為102mm，長(zhǎng)度為500mm；彎曲管的外管徑為100mm，內(nèi)管徑為92mm。

以擬建盾構(gòu)隧道區(qū)域3的中軸線為對(duì)稱軸，對(duì)稱布置兩排彎曲管，且彎曲管插入地基中的深度比擬建盾構(gòu)隧道區(qū)域3的深度深3m。

彎曲管與擬建盾構(gòu)隧道區(qū)域3外邊緣的最近距離小于等于1.6m，同一排彎曲管的間距小于等于1.6m。

本發(fā)明可液化砂土中防止盾構(gòu)機(jī)下沉的硅溶膠加固裝置的工作過(guò)程如下：

步驟1：將隔水板6分兩排插入擬建盾構(gòu)隧道3兩側(cè)，然后通過(guò)導(dǎo)向外管8將硅溶膠溶液注入彎曲管1、抽水彎曲管2分兩排頂入擬建盾構(gòu)隧道兩側(cè)，然后把每一個(gè)硅溶膠溶液注入彎曲管1和抽水彎曲管2分別與硅溶膠溶液注入總管4和抽水總管5連接，最后在硅溶膠溶液注入總管4上依次連接第一水泵7和硅溶膠貯存容器12，在抽水總管5上依次連接第二水泵11和貯液池13。

步驟2：配置硅溶膠溶液，通過(guò)加入鹽酸降低硅溶膠溶液的堿性，從而調(diào)整硅溶膠生成凝膠的時(shí)間為指定時(shí)間；

步驟3：同時(shí)開(kāi)啟硅溶膠溶液注入系統(tǒng)和抽水系統(tǒng)，控制抽水速率和硅溶膠溶液的注入速率，使抽水彎曲管2的抽水量與硅溶膠溶液注入彎曲管1的注入量相等，從而減少加固區(qū)域地基發(fā)生沉降對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。

步驟4：按制定的時(shí)間表隔期對(duì)處理的地基進(jìn)行波速檢測(cè)和靜力觸探檢測(cè)。

步驟5：如果波速檢測(cè)和靜力觸探檢測(cè)沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果時(shí)重復(fù)步驟2~步驟4；當(dāng)波速檢測(cè)和靜力觸探檢測(cè)達(dá)到預(yù)期效果時(shí)，加固完成。