CN119288552A - 斜桩注浆加固式隧道病害治理结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

一种斜桩注浆加固式隧道病害治理结构及施工方法，治理结构包括隧道结构、斜桩群和加固区，所述斜桩群包括多根左侧斜桩和右侧斜桩，所述左侧斜桩和右侧斜桩分别位于隧道结构两侧的土层中，对称或非对称分布，所述左侧斜桩和右侧斜桩在隧道结构的底部相互间隔一定距离进行交叉穿过，加固区位于隧道结构与斜桩群之间，包含底部加固区和侧边加固区；由此，本发明能永久性提高隧道结构外侧土体强度和承载力，解决隧道结构周边土体扰动变形等问题，根本性规避隧道结构不均匀沉降和大变形等病害，提高隧道结构安全性，降低后续运营维护成本。

Description

斜桩注浆加固式隧道病害治理结构及施工方法

技术领域

本发明涉及隧道结构的技术领域，尤其涉及一种斜桩注浆加固式隧道病害治理结构及施工方法。

背景技术

在正在运营的矿山法结构或盾构隧道结构工程中，出现了诸多隧道结构病害，如不均匀沉降、大变形、渗漏、开裂等。尤其是在软土地区，隧道结构大多处于淤泥质软土层，具有孔隙比大、含水量高、压缩性大、灵敏度高、抗剪强度低、渗透系数小、固结和次固结沉降变形时间长及流变形等不利条件，加之隧道结构安全控制保护区内众多的外部作业施工影响和列车长期运营振陷等因素，隧道结构病害日趋严重和复杂。

为解决隧道结构不均匀沉降、大变形等病害，现有处理方法多为隧道结构外侧注浆加固或在隧道结构内粘贴柔性或刚性材料等。隧道结构外侧注浆加固虽可提高隧道结构周围土体的承载力，对隧道结构病害治理具有积极作用，但加固区外土体性能依旧未得到根本性改变。隧道结构在后续运营中因近接施工、列车运行振动等依旧会对非加固区土体进行扰动，造成非加固区土体出现沉降、变形等，进而造成隧道结构不均匀沉降、大变形等病害。隧道结构内粘贴柔性或刚性材料可提高隧道结构的强度，但当隧道周边地层发生扰动后，因隧道结构二次变形会与粘贴材料发生脱离，影响加固效果。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种斜桩注浆加固式隧道病害治理结构及施工方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种斜桩注浆加固式隧道病害治理结构及施工方法，能永久性提高隧道结构外侧土体强度和承载力，解决隧道结构周边土体扰动变形等问题，根本性规避隧道结构不均匀沉降和大变形等病害，提高隧道结构安全性，降低后续运营维护成本。

为实现上述目的，本发明公开了一种斜桩注浆加固式隧道病害治理结构，包括隧道结构、斜桩群和加固区，其特征在于：

所述斜桩群包括多根左侧斜桩和右侧斜桩，所述左侧斜桩和右侧斜桩分别位于隧道结构两侧的土层中，对称或非对称分布，所述左侧斜桩和右侧斜桩在隧道结构的底部相互间隔一定距离进行交叉穿过；

所述加固区为采用注浆加固的区域，位于隧道结构与斜桩群之间，其包含底部加固区和侧边加固区，所述底部加固区位于左侧斜桩和右侧斜桩的交叉区域和隧道结构的底部之间，所述侧边加固区位于左侧斜桩和右侧斜桩和隧道结构的两侧之间；

由此，通过多个斜桩组成的斜桩群有效保持隧道结构与斜桩群之间的加固区稳定和不发生变形，组成斜桩注浆加固式隧道病害治理结构。

其中：所述左侧斜桩和右侧斜桩的内部设有预埋注浆系统，所述预埋注浆系统包括由桩顶延伸至桩底的主注浆管和间隔分布在主注浆管两侧并从桩壁延伸出外的侧注浆管，从而通过预埋注浆系统分别对桩底和桩侧进行二次注浆加固，从而通过主注浆管的底部形成桩底扩充区，通过侧注浆管向桩壁的两侧形成桩侧扩充区，以有效增加斜桩的承载力，提高安全性能和承压性能。

其中：左侧斜桩和右侧斜桩沿着隧道结构纵向依次间隔布置，在隧道结构正下方交叉，且相邻桩之间存在一定距离。

其中：通过式（1）试算确定斜桩的长度、直径、倾斜角的初步参数：

Q_uk——斜桩竖向承载力；

Q_sk——非竖向注浆段的总极限桩侧土体摩擦阻力标准值；

Q_gsk——竖向注浆段的总极限桩侧土体摩擦阻力标准值；

Q_gpk——总极限桩底及桩身土层承载力标准值；

d——斜桩直径；

α——斜桩倾斜角；

l——斜桩长度；

l_j——斜桩位于第j层土体中非注浆段的竖向高度；

l_gi——斜桩位于第i层土体中注浆段的竖向高度；

l——斜桩长度，l=l_j/sinα+l_gi/sinα；

q_sik、q_sjk、q_pk——分别为注浆段第i土层初始极限桩侧土体摩擦阻力标准值、非注浆段第i土层初始极限桩侧土体阻力标准值、初始极限桩底及桩身土层承载力标准值；

β_si、β_p——分别为桩侧土体摩擦阻力、桩底及桩身土层承载力增强系数。

其中：采用地面钻孔注浆时，先由地面沿着左侧斜桩和右侧斜桩分别向底部加固区钻斜孔，并插入底部注浆管，同时向底部加固区注浆加固；底部加固区注浆加固完成后，再由地面向侧边加固区钻竖孔，并插入侧边注浆管进行注浆加固，底部加固区和侧边加固区的两侧应同时均匀注浆，避免因注浆压力不均造成隧道结构产生变形。

还公开了一种斜桩注浆加固式隧道病害治理结构的施工方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：获取需加固区域的隧道结构坐标、埋深、直径、变形的参数；

步骤二：根据隧道结构的位置和斜桩设计参数确定地面的钻孔点位；

基于确认的斜桩设计参数通过式（2）计算隧道结构与地面钻孔点位的水平距离x；

（2）

x——隧道结构与地面钻孔点位的水平距离；

h——隧道结构埋深；

r——隧道结构半径；

d₃——隧道结构与斜桩的净距；

步骤三：斜桩群施工完成后，通过斜桩群内预埋注浆系统的主注浆管和侧注浆管进行桩底和桩侧的二次注浆，形成桩底扩充区和桩侧扩充区，实现桩底和桩侧的扩充和注浆效果提升；

步骤四：采用隧道结构内部向加固区注浆或地面钻孔注浆。

其中：采用地面钻孔注浆时，通过沿着左侧斜桩和右侧斜桩周围钻斜孔并分别插入底部注浆管的方式进行注浆加固，侧边加固区上方无遮挡，直接由地面钻竖孔并通过侧边注浆管对侧边加固区进行注浆加固。

其中：斜孔孔口设置内径大于钻机钻头的护筒，护筒稳定斜孔孔壁以防止坍孔，协助钻头入土时导向，控制斜孔倾斜角，护筒长度延伸至孔底，并随后续贯入混凝土逐步拔出；

钻杆上间隔一定距离设置长条形的导向筒，钻杆位于导向筒中心，导向筒的两端设置成缩口，一方面控制钻杆始终位于斜孔的中心位置，避免孔位偏差；另一方面缩口有助于钻杆在斜孔内顺利移动。

其中：在导管上设置与导向支架，以确保导管位于左侧斜孔和右侧斜孔的中央。

通过上述内容可知，本发明的斜桩注浆加固式隧道病害治理结构及施工方法具有如下效果：

1、通过在隧道结构外侧设置交叉布置的斜桩群，并对斜桩群与隧道结构之间的土体进行注浆加固。斜桩群自身强度高，且周边土体对其具有较大摩擦力和较高承载力，可视为固定、无变形、无沉降的支撑结构。隧道结构与斜桩群之间的加固土体在斜桩群保护下长期维持隧道结构周边加固区土体的稳定和承载力，减少隧道结构不均匀沉降、大变形等病害，提高隧道结构安全和服役寿命。

2、可永久性的改变隧道结构的边界条件，仅需前期进行一次性投入，相比于现有加固方案需要多次、不间断的注浆加固，可大幅降低工程成本，减少人力物力投入，具有较高的经济社会效益。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本发明的斜桩注浆加固式隧道病害治理结构的结构示意图。

图2显示了图1的A—A剖面示意图。

图3显示了图1的B—B剖面示意图。

图4显示了本发明的斜桩受力示意图。

图5A和图5B显示了本发明的斜桩注浆加固式隧道病害治理结构的几何关系示意图。

图6显示了斜桩注浆加固结构和传统注浆加固结构的水平收敛变形示意图。

图7显示了斜桩注浆加固结构和传统注浆加固结构的竖向收敛变形示意图。

图8A显示了新建隧道侧穿工况传统注浆加固结构数值模拟示意图。

图8B显示了新建隧道侧穿工况斜桩注浆加固结构数值模拟示意图。

图9显示了新建隧道侧穿工况斜桩注浆加固结构和传统注浆加固结构的水平方向变形示意图。

图10A显示了新建隧道下穿工况传统注浆加固结构数值模拟示意图。

图10B显示了新建隧道下穿工况斜桩注浆加固结构数值模拟示意图。

图11显示了新建隧道下穿工况斜桩注浆加固结构和传统注浆加固结构的竖直方向变形示意图。

图12显示了本发明提供的斜桩钻孔方案示意图。

图13显示了本发明提供的导管结构示意图。

附图标记：

100：隧道结构；101：左侧斜孔；102：左侧斜桩；103：右侧斜孔；104：右侧斜桩；105地面；106：主注浆管；107：侧注浆管；108：桩底扩充区；109：桩侧扩充区；201：底部注浆管；202：侧边注浆管；203：底部加固区；204：侧边加固区；301：钻机；302：钻杆；303：钻头；304：导向筒；305：护筒；306：导管；307：导管支架。

具体实施方式

参见图1至图3，显示了本发明的斜桩注浆加固式隧道病害治理结构的一个优选实施例。

如图1、图2和图3所示，所述斜桩注浆加固式隧道病害治理结构包括隧道结构100、斜桩群和加固区，在该实施例中，本发明的治理结构对隧道结构100的断面型式、尺寸并无特殊要求，且能很好的适用于盾构隧道结构和矿山法隧道结构，对隧道结构100所处的地层条件也无特殊要求，也能适用于黏土地层、砂土地层、砂卵石地层等，故适用性强，能应用于各种隧道结构。

其中，所述斜桩群包括多根左侧斜桩102和右侧斜桩104，如图1所示，所述左侧斜桩102和右侧斜桩104分别位于隧道结构100两侧的土层中，对称或非对称分布，所述左侧斜桩102和右侧斜桩104在隧道结构100的底部相互间隔一定距离进行交叉穿过。

其中，所述加固区为采用注浆加固的区域，主要位于隧道结构100与斜桩群之间，其可包含底部加固区203和侧边加固区204，所述底部加固区203位于左侧斜桩102和右侧斜桩104的交叉区域和隧道结构100的底部之间，所述侧边加固区204位于左侧斜桩102和右侧斜桩104和隧道结构的两侧之间。

由此，由于斜桩自身强度较高，不宜发生变形，且其与周边土体接触面积大，土体对其具有较大的支撑作用，通过多个斜桩组成的斜桩群具有较高的抗变形能力、抗扰动能力、承载能力等，可有效保持隧道结构100与斜桩群之间的加固区稳定和不发生变形，从而有效保护隧道结构100不受外界扰动。隧道结构100、斜桩群和加固区共同组成斜桩注浆加固式隧道病害治理结构。

优选地，所述斜桩群可根据地层条件和周边环境选择灌注桩、预制桩等型式，如灌注桩的对地层条件无要求且长度直径不受限，但成本稍高、施工工期较长；预制桩需地层无孤石、障碍物等且桩长有限，但成本较低、施工效率高。所述左侧斜桩102和右侧斜桩104的内部可设有预埋注浆系统，所述预埋注浆系统包括由桩顶延伸至桩底的主注浆管106和间隔分布在主注浆管106两侧并从桩壁延伸出外的侧注浆管107，从而通过预埋注浆系统可分别对桩底和桩侧进行二次注浆加固，从而通过主注浆管106的底部可形成桩底扩充区108，通过侧注浆管107向桩壁的两侧形成桩侧扩充区109，以有效增加斜桩的承载力，提高安全性能和承压性能。

优选地，左侧斜桩102和右侧斜桩104与隧道结构100之间应预留一定距离，以满足安全施工要求，最小距离应综合考虑斜孔钻孔偏差、隧道变形等。

优选地，如图2所示，左侧斜桩102和右侧斜桩104沿着隧道结构100纵向依次间隔布置，在隧道结构100正下方交叉，且相邻桩之间存在一定距离，可保证打桩或钻孔过程中不破坏已完成的斜桩。

优选地，斜桩群位于隧道结构100两侧，隧道结构100边界条件发生变化后对斜桩产生的荷载需要通过斜桩的承载力进行平衡；斜桩对隧道结构100的承载力主要包括桩侧土体摩擦阻力、桩底土体承载力和桩身土体承载力，并且还需考虑斜桩预埋注浆系统对土体的注浆加固影响。根据隧道结构100的现状条件提出斜桩群的承载力设计要求。在满足给定设计要求前提下通过式（1）试算确定斜桩的长度、直径、倾斜角等初步参数。

具体而言，在斜桩所需承载力已知的前提下，先假设斜桩的直径、倾角、长度、斜桩注浆加固点，如直径80cm，长度25m，倾角55°，桩底和桩侧加固影响范围根据浆液影响范围确定（可试验或经验），带入式（1）计算是否满足承载力要求，如不满足可增加直径、长度等参数。类似于结构配筋，给定结构承载力，选择钢筋直径和根数。而后基于初步斜桩设计参数、隧道结构周边空间情况、桩基设计规范等确定斜桩群布置，如斜桩间距t、隧道结构与斜桩的净距d₃等，最后建立包括斜桩群和隧道结构100的三维数值模型，验证设计工况下隧道结构100的内力、变形等参数是否满足加固要求，如初步斜桩设计参数可满足要

求，则以该参数进行施工，反之调整参数试算直至满足要求。

如图4所示，单根斜桩竖向承载力可按式（1）计算：

Q_uk——斜桩竖向承载力；

Q_sk——非竖向注浆段的总极限桩侧土体摩擦阻力标准值；

Q_gsk——竖向注浆段的总极限桩侧土体摩擦阻力标准值；

Q_gpk——总极限桩底及桩身土层承载力标准值；

d——斜桩直径；

α——斜桩倾斜角；

l——斜桩长度；

l_j——斜桩位于第j层土体中非注浆段的竖向高度；

l_gi——斜桩位于第i层土体中注浆段的竖向高度；

l——斜桩长度，l=l_j/sinα+l_gi/sinα；

q_sik、q_sjk、q_pk——分别为注浆段第i土层初始极限桩侧土体摩擦阻力标准值、非注浆段第i土层初始极限桩侧土体阻力标准值、初始极限桩底及桩身土层承载力标准值；按JGJ94规范确定；

β_si、β_p——分别为桩侧土体摩擦阻力、桩底及桩身土层承载力增强系数，无当地经验时，可按JGJ94规范确定。

优选地，所述斜桩群施工完成后进行加固区注浆施工，可采用由隧道结构100内部向加固区注浆与地面105钻孔注浆。采用隧道结构100内部向加固区进行注浆时，可通过隧道结构100预埋注浆孔按设计要求注浆，但受注浆孔布置位置和角度限制，存在注浆不充分情况。采用地面105钻孔注浆时，先由地面沿着左侧斜桩102和右侧斜桩104分别向底部加固区203钻斜孔，并插入底部注浆管201，同时向底部加固区203注浆加固；底部加固区203注浆加固完成后，再由地面向侧边加固区204钻竖孔，并插入侧边注浆管202进行注浆加固。底部加固区203和侧边加固区204的两侧应同时均匀注浆，避免因注浆压力不均造成隧道结构100产生变形。

如图5A和图5B所示，显示了本发明的斜桩注浆加固式隧道病害治理结构的几何关系，其中，α₁、l₁和d₁分别为左侧斜桩的倾斜角、桩长和桩径；α₂、l₂和d₂分别为右侧斜桩的倾斜角、桩长和桩径，需满足如下要求：

Min{α₁， α₁}＞50°，斜桩倾斜角不宜过小，以保证在同等桩身长度下降低斜桩长度，方便施工。

隧道结构两侧地层条件差异较小，或受超载、隧道下穿等工况时，可采用左侧斜桩和右侧斜桩对称设计，斜桩倾角、长度等宜相同，保证隧道结构不承受偏心荷载；即α₁=α₂，l₁=l₂。

隧道结构两侧地层条件差异较大，或受偏载、隧道侧穿等工况时，造成隧道结构两侧荷载不均匀，可采用左侧斜桩和右侧斜桩非对称设计，斜桩倾角、长度、直径等可不相同；如新建隧道由右侧穿越既有隧道结构，可采用α₂＞α₁、d₂＞d₁、l₂＜l₁设计，采用更大的倾斜角可降低右侧卸荷对右侧斜桩的影响，较大的直径可提高右侧斜桩承载能力，较短的桩长可保证同样桩深下造价更低；同理，新建隧道由左侧穿越既有隧道结构，可采用α₁＞α₂、d₁＞d₂、l₁＜l₂设计。

其中，n₁和n₂分别为左侧斜桩和右侧斜桩的数量，斜桩群混凝土用量可按下式计算：V=π(d₁/2)²l₁n₁+π(d₂/2)²l₂n₂。

优选地，基于Midas GTS NX软件采用地层-结构模型建立斜桩注浆加固结构和传统注浆加固结构的三维模型，模拟地面出现超载时盾构隧道结构变形，模型尺寸为54m×48m×3.6m。盾构隧道结构采用C50混凝土，外径为6.0m，厚度0.3m，环宽1.2m，埋深12m。选用修正莫尔-库伦模型作为土体模型，地层为均质粉细砂层，容重为20.3kN/m³，弹性模量24142.9kN/m²，泊松比0.3，摩擦角36°，粘聚力30kPa。加固区的三轴试验割线刚度6500kN/m2，卸载弹性模量65MPa，膨胀角为10°。

斜桩注浆加固结构的四根斜桩以倾角36.5°由地面插入土层中，斜桩群采用C35素混凝土，直径1.0m，长度33m，与盾构隧道结构100最小距离为0.3m。斜桩群与盾构隧道结构100周边进行注浆加固。传统注浆加固结构仅盾构隧道结构外侧1.5m范围内进行注浆加固。

优选地，三维模型建立完成后进行地应力平衡并清除变形，而后在隧道结构上方施加50kPa的均布荷载模拟地面超载工况。

优选地，图6和图7示出了斜桩注浆加固和传统注浆加固结构在地面超载后的水平收敛变形和竖向收敛变形。传统注浆加固结构和斜桩注浆加固结构的最大水平收敛变形分别为4.85mm和3.46mm；相比较传统注浆加固结构，斜桩注浆加固结构水平收敛变形减少29%。受超载影响，传统注浆加固结构和斜桩注浆加固结构在竖直方向都出现了沉降，但两种加固方式下盾构隧道结构的竖向收敛变形差异极大，最大竖向收敛变形分别为6.76mm和3.73mm，相比较传统注浆加固结构，斜桩注浆加固结构盾构隧道结构竖直方向收敛变形减少45%。传统注浆加固结构和斜桩注浆加固结构的椭圆度分别为2.15‰和1.33‰。相比较传统注浆加固结构，斜桩注浆加固结构的椭圆度降低38.1%。超载工况下，斜桩注浆加固结构的隧道结构收敛变形远小于传统注浆加固结构，可有效改变盾构隧道结构的边界条件，提高隧道结构的承载力和抗变形能力，病害治理效果更优。

优选地，新建隧道下穿或侧穿既有隧道等工况的数值模拟结果表明，斜桩注浆加固结构的隧道结构收敛变形皆较小于传统注浆加固结构，病害治理效果较优。

其中，在隧道侧穿工况中：

斜桩注浆加固和传统注浆加固结构的结构设计参数、地层参数与地面超载工况一致，三维模型建立完成后进行地应力平衡并清除变形，而后在隧道结构一侧开挖盾构隧道，两隧道水平净距7m。模型图如图8A和图8B所示。

优选地，图9示出了斜桩注浆加固和传统注浆加固结构在侧穿工况下的隧道结构水平位移。传统注浆加固结构和斜桩注浆加固结构的最大水平位移分别为2.00mm和1.52mm；相比较传统注浆加固结构，斜桩注浆加固结构水平位移减少24.2%。传统注浆加固结构和斜桩注浆加固结构的最大水平收敛变形分别为-0.62mm和-0.32mm；相比较传统注浆加固结构，斜桩注浆加固结构水平收敛变形减少48.1%。相比较传统注浆加固结构，斜桩注浆加固结构的椭圆度降低10.6%。

在隧道下穿工况中：

斜桩注浆加固和传统注浆加固结构的结构设计参数、地层参数与地面超载工况一致，三维模型建立完成后进行地应力平衡并清除变形，而后在隧道结构下方开挖盾构隧道，两隧道竖直净距4m。模型图如图10A和图10B所示。

优选地，图11示出了斜桩注浆加固和传统注浆加固结构在下穿工况下的隧道结构竖向位移。传统注浆加固结构和斜桩注浆加固结构的最大竖向位移分别为-3.10mm和-1.77mm；相比较传统注浆加固结构，斜桩注浆加固结构竖向位移减少42.9%。传统注浆加固结构和斜桩注浆加固结构的最大竖向收敛变形分别为-0.045mm和-0.040mm；相比较传统注浆加固结构，斜桩注浆加固结构竖向收敛变形减少11.8%。相比较传统注浆加固结构，斜桩注浆加固结构的椭圆度降低12.5%。

如图12和图13所示，本发明还提供一种斜桩注浆加固式隧道病害治理结构的施工方法，该施工方法包括如下步骤：

步骤一：获取需加固区域的隧道结构100坐标、埋深、直径、变形等设计和监测参数。坐标、埋深、直径可通过前期隧道结构设计参数确定，同时考虑到隧道结构100在施工和运营中会产生结构沉降和收敛变形，隧道结构100的实际位置不能忽视变形造成的影响。由于斜桩钻孔需靠近隧道结构100，准确的隧道结构100位置坐标是保证加固效果的关键，同时也可避免因隧道结构100与斜桩群之间的位置关系有误造成钻孔时损伤隧道结构。

步骤二：根据隧道结构100位置和斜桩设计参数确定地面105的钻孔点位。

优选的是：可根据隧道结构100的现状条件提出斜桩群的承载力设计要求。在满足给定设计要求前提下通过式（1）试算确定斜桩的长度、直径、倾斜角等初步参数，而后基于初步斜桩设计参数、隧道结构周边空间情况、桩基设计规范要求等确定斜桩群布置，如斜桩间距t、隧道结构与斜桩的净距d₃等，最后建立包括斜桩群和隧道结构100的三维数值模型，验证所提斜桩设计参数对隧道结构100的加固效果。

然后基于确认的斜桩设计参数通过式（2）计算隧道结构100与地面105钻孔点位的水平距离x。

（2）

x——隧道结构与地面钻孔点位的水平距离；

h——隧道结构埋深；

r——隧道结构半径；

d₃——隧道结构与斜桩的净距。

再基于获取的隧道结构100轴线对应地面的坐标，在根据隧道结构100与地面105钻孔点位的水平距离x，以及斜桩间距t可以得到地面105钻孔点位。如左侧斜桩与右侧斜桩的设计参数不同，则x不同，地面105钻孔点位需分别计算，并对地面105进行处理，必要时对地面105进行加固。采用预制桩时可直接通过桩机在隧道结构100两侧按照设计角度依次间隔压入或打入斜桩；采用钻孔桩时，钻机301调整至设定角度，依次从隧道结构100两侧进行钻孔。钻孔完成后应通过倾斜导管306分别向左侧斜孔101和右侧斜孔102内贯入混凝土形成左侧斜桩102和右侧斜桩104，混凝土贯入前需要进行清孔，以去除孔底沉渣，保证桩基承载力。

步骤三：斜桩群施工完成后，通过斜桩群内预埋注浆系统的主注浆管106和侧注浆管107进行桩底和桩侧的二次注浆，形成桩底扩充区108和桩侧扩充区109，实现桩底和桩侧的扩充和注浆效果提升；

步骤四：采用隧道结构内部向加固区注浆或地面钻孔注浆。当采用隧道结构内部向加固区注浆方式时，可通过隧道结构100的预埋注浆孔按设计要求注浆。采用地面钻孔注浆时，由于底部加固区203位于隧道结构100、左侧斜桩102和右侧斜桩104构成的三角区域内，可通过沿着左侧斜桩102和右侧斜桩104周围钻斜孔并分别插入底部注浆管201的方式进行注浆加固，侧边加固区204上方无遮挡，可直接由地面105钻竖孔并通过侧边注浆管202对侧边加固区204进行注浆加固。

优选地，用的钻机301的倾斜角、钻孔深度等参数需满足设计要求，且必须带有具有较大刚度的钻杆302，保证斜孔钻进过程中钻杆302的倾斜角可控，宜选用带钻杆302的正循环钻机、反循环钻机、旋挖钻机等，不宜选择冲击钻、冲抓钻等通过钢丝绳升降的钻机。

优选地，如图12所示，斜孔孔口设置内径稍大于钻机301钻头303的护筒305，护筒305的主要作用包括稳定斜孔孔壁以防止坍孔，协助钻头303入土时导向，控制斜孔倾斜角，以及保护操作原地面等，对于粉沙、流沙、砂卵石等松散不稳定地层，为保证全深度斜孔孔壁不坍孔，护筒305长度可延伸至孔底，并随后续贯入混凝土逐步拔出。同时，钻杆302上可间隔一定距离设置长条形的导向筒304，钻杆302位于导向筒304中心，导向筒304的两端设置成缩口，一方面控制钻杆302始终位于斜孔的中心位置，避免孔位偏差；另一方面缩口有助于钻杆302在斜孔内顺利移动。

如图13所示，显示了本发明中采用的导管结构，采用灌注桩时，为保证混凝土贯入顺利，需要在导管306上设置与导向筒304类似的导向支架307，以确保导管306位于左侧斜孔101和右侧斜孔103的中央。混凝土可直接灌注至地面，也可灌注至一定深度后，上方采用土体填充。

优选地，如采用钢筋混凝土灌注桩，可在钢筋笼内部设置圆弧形钢筋支架用于支撑导管306，则导管306可不设置导向支架307。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

Claims (9)

1.一种斜桩注浆加固式隧道病害治理结构，包括隧道结构、斜桩群和加固区，其特征在于：

所述斜桩群包括多根左侧斜桩和右侧斜桩，所述左侧斜桩和右侧斜桩分别位于隧道结构两侧的土层中，对称或非对称分布，所述左侧斜桩和右侧斜桩在隧道结构的底部相互间隔一定距离进行交叉穿过；

所述加固区为采用注浆加固的区域，位于隧道结构与斜桩群之间，其包含底部加固区和侧边加固区，所述底部加固区位于左侧斜桩和右侧斜桩的交叉区域和隧道结构的底部之间，所述侧边加固区位于左侧斜桩和右侧斜桩和隧道结构的两侧之间；

由此，通过多个斜桩组成的斜桩群有效保持隧道结构与斜桩群之间的加固区稳定和不发生变形，组成斜桩注浆加固式隧道病害治理结构。

2.如权利要求1所述的斜桩注浆加固式隧道病害治理结构，其特征在于：所述左侧斜桩和右侧斜桩的内部设有预埋注浆系统，所述预埋注浆系统包括由桩顶延伸至桩底的主注浆管和间隔分布在主注浆管两侧并从桩壁延伸出外的侧注浆管，从而通过预埋注浆系统分别对桩底和桩侧进行二次注浆加固，从而通过主注浆管的底部形成桩底扩充区，通过侧注浆管向桩壁的两侧形成桩侧扩充区，以有效增加斜桩的承载力，提高安全性能和承压性能。

3.如权利要求1所述的斜桩注浆加固式隧道病害治理结构，其特征在于：左侧斜桩和右侧斜桩沿着隧道结构纵向依次间隔布置，在隧道结构正下方交叉，且相邻桩之间存在一定距离。

4.如权利要求1所述的斜桩注浆加固式隧道病害治理结构，其特征在于：通过式（1）试算确定斜桩的长度、直径、倾斜角的初步参数：

Q_uk ——斜桩竖向承载力；

Q_sk ——非竖向注浆段的总极限桩侧土体摩擦阻力标准值；

Q_gsk——竖向注浆段的总极限桩侧土体摩擦阻力标准值；

Q_gpk——总极限桩底及桩身土层承载力标准值；

d——斜桩直径；

α——斜桩倾斜角；

l——斜桩长度；

l_j——斜桩位于第j层土体中非注浆段的竖向高度；

l_gi——斜桩位于第i层土体中注浆段的竖向高度；

l——斜桩长度，l=l_j/sinα+l_gi/sinα；

q_sik、q_sjk、q_pk——分别为注浆段第i土层初始极限桩侧土体摩擦阻力标准值、非注浆段第i土层初始极限桩侧土体阻力标准值、初始极限桩底及桩身土层承载力标准值；

β_si、β_p——分别为桩侧土体摩擦阻力、桩底及桩身土层承载力增强系数。

5.如权利要求1所述的斜桩注浆加固式隧道病害治理结构，其特征在于：采用地面钻孔注浆时，先由地面沿着左侧斜桩和右侧斜桩分别向底部加固区钻斜孔，并插入底部注浆管，同时向底部加固区注浆加固；底部加固区注浆加固完成后，再由地面向侧边加固区钻竖孔，并插入侧边注浆管进行注浆加固，底部加固区和侧边加固区的两侧应同时均匀注浆，避免因注浆压力不均造成隧道结构产生变形。

6.一种斜桩注浆加固式隧道病害治理结构的施工方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：获取需加固区域的隧道结构坐标、埋深、直径、变形的参数；

步骤二：根据隧道结构的位置和斜桩设计参数确定地面的钻孔点位；

基于确认的斜桩设计参数通过式（2）计算隧道结构与地面钻孔点位的水平距离x；

（2）

x——隧道结构与地面钻孔点位的水平距离；

h——隧道结构埋深；

r——隧道结构半径；

d₃——隧道结构与斜桩的净距；

步骤三：斜桩群施工完成后，通过斜桩群内预埋注浆系统的主注浆管和侧注浆管进行桩底和桩侧的二次注浆，形成桩底扩充区和桩侧扩充区，实现桩底和桩侧的扩充和注浆效果提升；

步骤四：采用隧道结构内部向加固区注浆或地面钻孔注浆。

7.如权利要求6所述的斜桩注浆加固式隧道病害治理结构的施工方法，其特征在于：采用地面钻孔注浆时，通过沿着左侧斜桩和右侧斜桩周围钻斜孔并分别插入底部注浆管的方式进行注浆加固，侧边加固区上方无遮挡，直接由地面钻竖孔并通过侧边注浆管对侧边加固区进行注浆加固。

8.如权利要求7所述的斜桩注浆加固式隧道病害治理结构的施工方法，其特征在于：斜孔孔口设置内径大于钻机钻头的护筒，护筒稳定斜孔孔壁以防止坍孔，协助钻头入土时导向，控制斜孔倾斜角，护筒长度延伸至孔底，并随后续贯入混凝土逐步拔出；

钻杆上间隔一定距离设置长条形的导向筒，钻杆位于导向筒中心，导向筒的两端设置成缩口，一方面控制钻杆始终位于斜孔的中心位置，避免孔位偏差；另一方面缩口有助于钻杆在斜孔内顺利移动。

9.如权利要求7所述的斜桩注浆加固式隧道病害治理结构的施工方法，其特征在于：在导管上设置与导向支架，以确保导管位于左侧斜孔和右侧斜孔的中央。