[發明專利]一種含水軟弱地層高溫固化支護方法

在審

• 申請號: 201811344408.5
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109403312A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 趙曉東;周國慶;梁恒昌;田秋紅;呂志遠
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E02D3/11
• 分類號: E02D3/11;E02D17/04
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

一種含水軟弱地層高溫固化支護方法，屬于含水軟弱地層支護方法。該方法：在探明的含水軟弱地層中布置燒結管，燒結管內壁敷設發熱體，燒結管長時工作溫度控制在1200～1700℃，對設計開挖面周圍部分或全部地層進行高溫燒結固化，以達到提高地層強度，降低其滲透性的目的，并將高溫固化體作為支護結構。然后在高溫固化體的保護下進行地下工程開挖，施工結束后高溫固化體兼做永久支護。本發明特別適用于城市地下空間高效、安全開發過程中的含水、軟弱不穩定地層的快速處理。

技術領域

本發明涉及一種含水軟弱地層支護方法，特別是一種含水軟弱地層高溫固化支護方法。

背景技術

城市地下空間大規模的開發需要安全、高效、綠色施工方法與技術。伴隨地下空間的規模越來越大，地下工程施工中對環境保護的要求也越來越高。凍結法由于其具有止水—承載雙重功能，當面對含水、軟弱、不穩定地層條件時，常顯示出傳統工法無法比擬的優點。

但是，凍結法支護技術在城市含水軟弱地層實際施工中存在的以下瓶頸問題：(1)襯砌澆筑過程中，凍結壁的存在導致大體積混凝土內外溫差大，自生溫度裂縫嚴重，后期襯砌滲漏嚴重；(2)凍脹融沉易造成臨近建筑、結構的損傷，凍結壁解凍后地下水在凍融損傷環境中的滲流機制不明，導致襯砌后水壓荷載準確取值存在困難；(3)凍結壁是臨時支護，施工結束后凍結壁自然(或強制)解凍，解凍過程中會同步伴隨地表沉降，容易對附近建、構筑造成破壞。(4)凍結周期分為積極凍結和維護凍結，積極凍結期是形成凍結壁的先決條件，而維護凍結期則貫穿于開挖全過程，冷能消耗巨大。

發明內容

本發明的目的是要提供一種含水軟弱地層高溫固化支護方法，解決凍結法支護技術在城市含水軟弱地層實際施工中存在的瓶頸問題。

本發明解決技術問題所采用的技術方案是：在探明的含水軟弱地層中布置燒結管，燒結管內壁敷設發熱體，燒結管長時工作溫度控制在1200℃～1700℃，對設計開挖面周圍的部分或全部地層進行高溫燒結固化，以提高地層強度，降低其滲透性，并將高溫固化體作為支護結構；然后，在高溫固化體的保護下進行地下工程開挖，施工結束后高溫固化體兼做永久支護。

進一步的，在探明的含水軟弱地層中鉆取原狀土樣，進行高溫燒結實驗和高溫固化體單軸抗壓強度和滲透實驗，根據支護設計所需要的高溫固化體單軸抗壓強度和滲透系數，并確定燒結溫度、升溫速率、恒溫時間和降溫速率等工藝參數。

進一步的，在探明的含水軟弱地層中鉆取原狀土樣，在高溫燒結裝置中進行室內燒結物理模擬實驗，確定所述的燒結含水軟弱地層所需要的燒結管最優布置形式，發熱體溫度、升溫速率、恒溫時間和降溫速率參數，并確定單管有效燒結范圍。

進一步的，根據支護設計所需要的高溫固化體幾何形狀，即支護結構形狀，在探明的含水軟弱地層中布置燒結孔；燒結管布置可采用三角形或正方形；燒結孔間距0～1m，燒結孔距開挖面1～2m；燒結孔與燒結管之間的環空充填細砂；所述的支護結構形狀為不封閉的直線形或封閉的圓形。

進一步的，在燒結孔布置范圍外1～2m范圍內需布置2～3個泄壓孔，釋放地層中由燒結導致的高壓蒸汽，避免氣體劈裂加劇滲漏。

進一步的，高溫燒結固化過程中，對高溫固化體形成過程中的溫度場進行實時監測，監測燒結效果，優化調整工藝參數。

進一步的，高溫固化體形狀達到要求后，停止燒結，取出加熱管，采用普通水泥漿對燒結孔進行封孔注漿。

有益效果：由于采用了上述方案，即在探明的含水軟弱地層中設計開挖面周圍進行部分或全部高溫固化，基于高溫燒結致密化原理，降低開挖面周圍地層滲透性同時提高其強度，達到封水和穩定的雙重目的，并在高溫固化體保護下進行地下工程開挖，解決了凍結法支護技術在含水軟弱地層實際施工中存在的瓶頸問題，主要優點如下：

(1)高溫固化體的形成速度快，通常是凍結法的1/10～1/50；