[0001] 本发明涉及地下工程技术领域，尤其涉及一种砂卵石地层暗挖密贴施工应急安全调控系统及方法。

[0002] 我国的轨道工程建设呈现出高速发展的态势，轨道交通建设往往会遇到砂卵石地层等诸多不良地质条件，砂卵石地层具有结构松散、胶结能力差、自稳能力弱，属于典型的力学不稳定地层，在砂卵石地层暗挖施工下穿相关建筑物时，地层不稳定、易坍塌给结构及人员安全造成了极大威胁。因此在开挖砂卵石地层前须对地层进行注浆加固，以提高砂卵石地层的自稳能力。但在砂卵石地层注浆加固过程，受砂卵石地层的密实度变化，可能存在水泥浆液颗粒度太大无法注入密实砂卵石地层，注浆浆液反流上冒等现场，导致砂卵石地层的注浆加固效果不佳，难以保证开挖过程砂卵石地层的稳定，上覆的相关建筑物结构具有失稳风险。

[0020] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0021] 本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

[0022] 同时，需要说明的是：除非另做定义，本文所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中所使用的“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前端”、“后端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

[0023] 下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。

[0024] 本发明公开一种砂卵石地层暗挖密贴施工应急安全调控系统。如图1所示，实施例包括应急安全支架、变形数据采集模块、数据库、分析模块、智能调控模块、信息显示器、千斤顶控制器。所述变形数据采集模块用于获取上覆结构的沉降变形信息，并将实时数据发送至数据库和分析模块。所述分析模块用于对上覆结构沉降情况进行初步判断，生成变形时间、测量时间间隔、累计沉降值、沉降速率值、沉降增大/减小值信息发送至信息显示器进行显示；所述数据库用于存储沉降变形信息和调控指示信息。所述智能调控模块用于对应急安全支架的侧撑千斤顶103进行智能调控，判断实际沉降速率值的趋势，设定智能调控模块的准则，智能调控模块将获取的沉降变形信息及调控指示信息发送至千斤顶控制器进行实际操作；千斤顶控制器获得调控指示信息后，进行应急安全支架的分级调控操作，直至将结构的沉降变形值调整接近至原始值。

[0025] 所述数据库存储的沉降变形信息包括变形时间、原始沉降值、沉降速率值、沉降增大/减小值，所述数据库存储的调控指示信息包括沉降速率值、累计沉降值、原始沉降值；所述变形数据采集模块、数据库、分析模块、智能调控模块、信息显示器、千斤顶控制器之间通过无线通信网络进行通讯连接。

[0026] 如图2所示，所述应急安全支架包括圆形支架底梁11，所述圆形支架底梁11上焊设有立柱安装支座9，所述立柱安装支座9上设有支架立柱8，所述支架立柱8外表面安装有千斤顶铰接固定环7，所述千斤顶铰接固定环7上对称设有两个千斤顶铰接座6，两个所述千斤顶铰接座6与两个支架侧撑臂1端部转动连接，两个所述支架侧撑臂1的横向拉杆铰接支座104之间通过水平设置的拉杆长度调节器4和千斤顶横向拉杆5进行连接，拉杆长度调节器4用于调节支架侧撑臂1的倾角。

[0027] 所述支架侧撑臂1包括依次首尾相连的支架侧撑垫板101、万向传动轴连接件102、侧撑千斤顶103和横向拉杆铰接支座104。

[0028] 所述变形数据采集模块包括激光测距仪2，所述激光测距仪2通过支架测距钢板平台3固定在支架立柱8顶部；所述立柱安装支座9底部与支架立柱8之间填充设有高强吸能缓冲垫10。

[0029] 如图3所示，一种砂卵石地层暗挖密贴施工应急安全调控方法，包括以下步骤：步骤1、砂卵石地层深孔注浆加固施工；
步骤2、砂卵石地层开挖；
步骤3、应急安全支架架设；
步骤4、初支背后注浆施工。

[0030] 所述步骤1包括以下步骤：步骤11、测量人员按照设计图纸，测量出每个注浆孔的位置，并做出标记，根据钻孔位置将钻机固定，选取对应钻杆进行安装，根据钻孔搭设倾角调设钻机及钻杆的位置及倾角；
步骤12、安插导向管，导向管按照设计位置、角度进行布设，孔口位置用粘塑性材料封堵导向管与注浆孔之间的间隙；
步骤13、将深孔钻杆按照钻孔方向插入导向管进行钻进，钻进过程同步注水冷却
钻头并冲出钻渣，钻孔施工时每钻进一段距离就对钻孔倾角及深度复测，直至孔深达到设计值；
步骤14、根据砂卵石地层情况调整好双液浆的配比，以达到注浆压力控制要求；浆液流量从中流量开始逐步降低，注浆压力从低压开始逐步升高直至注浆终压，并保持压注
5min，注浆即可结束；注浆过程中采用注浆量值和注浆压力值对注浆效果进行“双控”；当注浆量较大、注浆压力较小时可提高水泥浆液浓度，并持续加压至设计要求值。

[0031] 所述步骤2包括以下步骤：步骤21、根据现场现有施工条件，设置降水井，在施工期保障砂卵石地层的水位满足施工条件；
步骤22、洞身开挖初支架设，人工开挖，设备转运土方，按照砂卵石地层开挖的设计方案，开挖后开挖面立即进行初支架设，保护开挖地层稳定性。

[0032] 所述步骤3包括以下步骤：步骤31、应急安全支架按照支架立柱8、高强吸能缓冲垫10、圆形支架底梁11、立柱安装支座9的结构顺序进行组装，将圆形支架底梁11放置在开挖后的砂卵石地层上；
步骤32、通过千斤顶铰接固定环7连接支架侧撑臂1，支架侧撑臂1数量合以根据工况进行调整，支架侧撑臂1的数量、支撑倾角及高度应该个根据现场工况进行调整，之后使用千斤顶横向拉杆5将各个支架侧撑臂1相互连接，通过拉杆长度调节器4调整横向拉杆的长度，支架侧撑垫板101与开挖面上覆结构紧密贴合；
步骤33、调整侧撑千斤顶103的支撑力，使得支架侧撑垫板101能够对初支结构提
供支撑力，保证砂卵石地层开挖过程的稳定性；
步骤34、支架测距钢板平台3上放置激光测距仪2，在施工阶段测量顶部结构的沉
降变形，为工程安全提供数据预警服务；
步骤35、结构变形过程万向传动轴连接件102能够自主协调改变角度，侧撑垫板与开挖面上覆结构紧密贴合，支架测距钢板平台3上的激光测距仪2持续精准测量顶部结构的沉降变形，根据结构变形趋智能调整支架侧撑臂1千斤顶的支撑强度，保证结构支撑效果。

[0033] 所述步骤4中在初支完成后及时进行背后注浆，注浆前清理注浆孔，安装好注浆管，注浆应由低处向高处，由无水处向有水处依次压注，以利充填密实，避免浆液被水稀释离析。

[0034] 在具体实施当中，以某城市轨道交通施工暗挖隧道工程为例，暗挖段开挖尺寸为32.7m*24.1m×8.25m即长*宽*高；暗挖段开挖拟共分5导洞，上下台阶开挖。

[0035] 断面顶部紧贴一既有公路隧道，施工过程需保障既有公路隧道的正常运营，暗挖施工项目地处砂卵石特殊不良地质，卵石成份主要为石英岩、花岗岩，呈圆状，亚圆状，层厚2～4.1m，开挖后自稳能力很差，易坍塌，上覆既有结构受扰动大，结构沉降变形难以控制，存在较大失稳风险。即采用本发明的砂卵石地层暗挖密贴施工应急安全调控系统及方法。

[0036] 步骤一、砂卵石地层深孔注浆加固施工1、测放孔位，钻机就位：
钻孔设计长度7.6m，水平间距均为300mm，外插角1 3°，测量人员按照设计图纸，测~
量出每个注浆孔的位置，并做出标记；根据钻孔位置将钻机固定，选取对应钻杆进行安装，根据钻孔搭设倾角调设钻机及钻杆的位置及倾角；
2、安插导向管：导向管用钢管，导向管按照设计位置、角度进行布设，孔口位置用粘塑性材料封堵导向管与注浆孔之间的间隙；
3、钻孔：开孔前确定砂卵石地层注浆加固钻孔的及角度，固定钻杆位置，使用打孔机进行注浆孔的钻孔施工，注浆孔孔径为63mm，采用开孔钻头在相应位置进行开孔，注浆孔钻孔角度为30°，钻孔角度为指打孔机的钻孔方向与水平面的夹角，注浆孔在截面内呈梅花形设置；从导向管内钻孔，开孔时，低压慢转，开孔后用角度测量支架测量钻杆的钻进角度，根据结果调整钻杆的钻进角度，以保证开孔方向及后期钻进的精准度。

[0037] 4、注浆浆液配置及注浆：注浆浆液优先采用水泥浆，水泥浆水灰比：0.6 1；注浆压~力拟用0.5 1Mpa，在孔口设置球阀阀门，将注浆管与钻杆连接，采用压浆泵进行压浆，开始~
用清水或稀浆走孔，压浆结束时用浓浆封孔。根据现场实际情况，注浆自下而上施工，注浆终期压力控制在0.8MPa。

[0038] 步骤二、砂卵石地层开挖1、降排水：结合现状施工条件，采用洞内集水抽排，在导洞进洞1m后，在初支下部开挖0.8m×1.2m×0.8m集水坑，放置钢箱作为集水池，集水池内安装7.5kw泥浆泵，上封钢板只保留更换水泵孔，水泵外包裹双层60目滤网，在掌子面设置排水明沟，明挖尺寸100mm×100mm，导洞底部两侧随开挖进展设置直径50mm盲管，盲管采用PVC材质，上部设置进水孔，盲管和掌子面排水明沟联通，将两侧和掌子面前渗水，引入设置的排水沟和盲管，最终引至集水坑再从集水坑集中抽排至底板中部沉淀钢箱，经沉淀后通过水泵抽排至地面，排入市政管网。

[0039] 2、洞身开挖初支架设：各导洞采用上下台阶法开挖，台阶长度控制在2m，设备采用微挖或扒渣机，开挖
后，使用∅8@150X150mm双层挂网布置，钢筋网与定位钢筋连接牢固，后立即进行喷射混凝土保护，初支钢架采用I28A工字钢架，开挖步距及钢架间距均为100cm，内外保护层为35mm，钢架单元之间采用∅26普通螺栓进行连接，钢架之间采用∅25钢筋环向间距1m进行焊接连接双层布置，钢架在洞外加工成榀并预拼装，型钢钢架处打设锁脚锚管，型号采用∅42*3.5热轧钢管，注浆压力为0.5～1MPa，长度L=2m。

[0040] 步骤三、应急安全支架架设初支架设后，在砂卵石地层顶部初支表面架设应急安全支架，支架能够监测上覆
结构的底板下沉位移以及受力情况，反映底板结构的沉降趋势，并根据沉降情况调节支架千斤顶来控制底板的变形，保障施工期间底板结构的安全。

[0041] 1）应急安全支架按照支架立柱、高强吸能缓冲垫、圆形支架底梁、立柱安装支座等结构顺序进行组装，将圆形支架底梁放置在暗挖导洞的开挖面未架设钢架段的砂卵石地层上；2）通过千斤顶铰接固定环连接支架侧撑臂，支架侧撑臂数量合以根据工况进行调整，支架侧撑臂数量为2个，支撑在初支混凝土结构处，支撑倾角为40°，支架侧撑臂高度2m，之后使用千斤顶横向拉杆将各个支架侧撑臂相互连接，通过拉杆长度调节器调整横向拉杆的长度，支架侧撑垫板与开挖面上覆结构紧密贴合。

[0042] 3）调整侧撑千斤顶支撑力至5KN，使得支架侧撑垫板能够对初支结构提供支撑力，保证砂卵石地层开挖过程的稳定性；4）支架测距钢板平台上放置激光测距仪，在施工初始阶段测量上覆初支结构与激光测距仪间距的初始数据为560mm，施工期间沉降变形的测量时间间隔为4h，为工程安全提供数据预警服务；
5）结构变形过程万向传动轴连接件能够自主协调改变角度，侧撑垫板与开挖面上覆结构紧密贴合，设定智能调控模块准则为连续三次测量的沉降变形速率持续增大时，智能调控模块向千斤顶控制器发布调控指令，调控侧撑千斤顶增大支撑力，支撑力分级增加准则为千斤顶支撑力的0.2倍，连续三次测量的沉降变形速率呈下降趋势，则停止调控，否则持续增大。支架测距钢板平台上的激光测距仪持续精准测量顶部结构的沉降变形，获得结构沉降变形的数据序列为560mm、563.3mm、567.3mm、其沉降变形速率为3.3mm/4h、4.mm/
4h、4.5/4h，呈现增大趋势，则启动智能调控指令，按照5KN*0.2=5KN的幅值对千斤顶进行支撑力调控，期间的结构沉降变形数据为、571.8mm、576.5mm、580.6mm、584.2mm，其沉降变形速率为4.7mm/4h、4.1mm/4h、3.6mm/4h、3.0mm/4h，连续三次沉降变形速率出现持续下降趋势，则停止本级调控；
将支撑力增加准则设定为千斤顶支撑力的0.4倍，按照5KN*0.4=2.0KN的幅值对千
斤顶进行支撑力调控，增加2.0KN、2*2.0KN、3*2.0KN、4*2.0KN、5*2.0KN、6*2.0KN时，连续同步测量结构沉降变形的数据为579.7mm、575.4mm、571.4mm、568.1mm、564.6mm、561.4mm，此时的接近原始此结构沉降变形数据，此时智能调整支架侧撑臂千斤顶的支撑强度能够保证结构支撑效果。

[0043] 需要说明的是，上述实施例中未详细描述的部分均为现有技术。

[0044] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而己，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明己以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。