本发明属水下工程和隧道建设，具体为一种水下竖井开挖防漏与加固的结构及施工方法。
背景技术：
1、水下洞室漏水问题在水下工程和隧道建设中一直是一个重要的挑战。这种漏水常因地下水压力、地质构造破裂、施工技术等。要解决水下洞室漏水问题，采用合适的施工技术和材料是减少水下洞室漏水的关键。例如，合理选择隧道衬砌材料、注浆技术。
2、现有的支护工艺、注浆材料都难以适应深井筒水害治理和加固的技术要求，特别地在水底洞室竖井开挖时，对其防漏加固技术的要求进一步提高。随着深度增加，静水压力增大，竖井漏水频发，采用锚杆支护进行加固时，锚杆在水中受到浮力干扰，精准定位钻孔困难。
技术实现思路
1、本发明为改善竖井漏水并对竖井加固，设计了一种水下竖井开挖防漏与加固的结构及施工方法，此施工方法针对竖井漏水影响工程质量，对竖井进行改造，在外层利用磁性浆液护壁封堵，实现防漏处理；针对锚杆在水下受浮力干扰，改进锚杆变不利为有利；针对锚杆钻入岩体后，存在残余变形，设计锚杆使其具有一定缓冲变形空间，其广泛应用于水下防漏与加固领域，具有广泛的工程实践意义及应用前景。
2、为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种水下竖井开挖防漏与加固的结构，包括用于对井孔周边岩体进行加固的加固锚杆，所述加固锚杆包括中空杆体和钻头，所述钻头通过钻弹射装置安装在中空杆体的端头部位；
3、所述加固锚杆的外部每间隔一段长度套设有磁环；
4、所述井孔的内部设置有垂直堆叠布置的多组上凸下凸钢护筒，相邻的上凸下凸钢护筒之间由遇水膨胀橡胶止水条进行密封；
5、相邻的上凸下凸钢护筒的内壁对接部位焊接防水隔热层；
6、所述上凸下凸钢护筒的内部并紧贴内壁的部位设置有电磁体，所述电磁体与用于产生磁场的交变电源相连；
7、所述井孔和上凸下凸钢护筒之间的空隙由膨胀磁自聚浆液进行填充密封；
8、还包括设置在竖井底板的预留注浆孔。
9、所述加固锚杆的外形选用螺旋型。
10、所述中空杆体采用变密度杆体或变截面杆体或两种组合结构以改变单位杆体的重度。
11、所述钻弹射装置包括高强弹簧和弧形卡扣，弹射装置在空间富余时能将钻头向前方顶出，高强弹簧原始处于压缩状态并通过弧形卡扣进行限位锁紧，弧形卡扣横截面呈弧形在四周松动时弧形卡扣脱落，高强弹簧恢复变形并将钻头顶出一段长度。
12、通过在所述磁环部位注入一定量的磁性浆液，磁性浆液吸附在磁环上增加局部重度，使加固锚杆在水下受力偏转成倾斜夹角α。
13、所述膨胀磁自聚浆液由水、水泥、铁粉、絮凝剂、减水剂、消泡剂和膨胀剂按照一定比例混合而成；
14、其中，配比按照重量比为：水灰比0.5~0.6、铁粉掺量为水泥质量的25%~35%、絮凝剂掺量为水泥质量的6%~8%、减水剂为水泥质量的1%~2%、消泡剂按总质量的0.1%~0.2%掺加，膨胀剂的参量为水泥质量的8%~9%。
15、所述上凸下凸钢护筒采用规则的钢护筒进行切割而成，上下两钢护筒相互咬合，齿状凹凸结构以增加接触面积，并保证水平抗冲切性能。
16、所述遇水膨胀橡胶止水条设在两上凸下凸钢护筒齿状凹凸之间，遇水膨胀橡胶止水条遇水体积膨胀，阻碍水分沿着缝隙进入上凸下凸钢护筒内。
17、所述电磁体采用正弦式波形的交变电流。
18、一种水下竖井开挖防漏与加固的施工方法，所述施工方法采用权利要求1-9任意一项所述一种水下竖井开挖防漏与加固的结构来实现，包括以下步骤：
19、step1，准备工作：
20、准备施工所需要的加固锚杆、钻头、中空杆体、弹射装置、磁环、膨胀磁自聚浆液、上凸下凸钢护筒、遇水膨胀橡胶止水条、防水隔热层和电磁体；
21、step2，测量放线：
22、在海底礁灰岩层上确定钻孔位置，并对钻孔位置进行标注；
23、step3，加固锚杆的选取：
24、由加固锚杆在水下h深钻孔注浆锚固，加固锚杆与水平面方向夹角为α，利用重力与水下浮力平衡，改变加固锚杆沿长度方向的重度分布，使加固锚杆在水中能自然地成α角度；其中，改变加固锚杆重度沿长度变化的方式有三种，其一，改变中空杆体的杆体材质，用变化的材质调整密度分布，其二，中空杆体沿长度采用变截面形式，通过增减材料用量调控密度，其三，中空杆体外置磁环，注入一定量的磁性浆液，磁性浆液吸附在磁环附近，达到增重的效果，调配沿长度方向的相对重度；
25、step4，超前支护：
26、沿井孔纵向每隔a米深处，打入加固锚杆进行加固，将加固锚杆尾端与注浆机连接，通过加固锚杆中间的孔向里面注浆；鉴于海底礁灰岩洞室开挖，岩石内部多孔，加固锚杆固定后，存在残余变形或因与钻头接触部位岩石脆裂，锚杆孔内空间增大，钻头弹出，顶紧新露岩石，增强锚固性能，再利用旋挖钻机钻取井孔；
27、step5，埋设上凸下凸钢护筒：
28、在标注的钻孔位置钻至要求深度，埋设米孔口管，外侧用黏土填实，将上凸下凸钢护筒上下接口处加遇水膨胀橡胶止水条，并完成上凸下凸钢护筒对接，在对接处的上凸下凸钢护筒内部，焊接防水隔热层，由下至上逐节对接下放，直到设计标高；
29、step6，安装电磁体：
30、加入电磁体，电磁体外部涂润滑剂，上凸下凸钢护筒中心线与圆环柱状的电磁体中心轴线对齐，再将电磁体放入上凸下凸钢护筒内部；
31、step7，电磁体通电：
32、接通电磁体上部交变电源，改变电流大小和方向，产生震荡的空间磁场，上凸下凸钢护筒在磁场作用下磁化后，具有磁性；
33、step8，注浆：
34、将膨胀磁自聚浆液经注浆管通过预留注浆孔，注入钢护筒与孔壁之间的孔隙，在磁场作用，紧紧吸附于上凸下凸钢护筒外壁，挤开表面水膜，并将孔隙中水排走，在上凸下凸钢护筒四周形成密实锚固体；
35、step9，电磁体回收：
36、注浆完成后，待锚固体凝结后，断开电路总开关，使电磁体消除磁性，将电磁体从上凸下凸钢护筒内拉出，完成电磁体的回收；
37、step10，封口处理：
38、清理预留注浆孔，并对预留注浆孔进行封口，注浆管回收；
39、step11，后期维护：
40、在后续使用过程中，出现渗水情况时，再次利用电磁体配合膨胀磁自聚浆液，进行裂缝修补。
41、本发明有如下有益效果：
42、1、本发明针对水下竖井开挖孔洞周围岩石破碎的现状，创新地提出了一种水下竖井开挖防漏与加固的技术及施工方法，该技术是针对孔洞加固和防漏需求。
43、2、本发明针对水下锚杆受到浮力干扰，钻孔定位困难，提出利用重力与水下浮力平衡，改变锚杆沿长度方向的重度分布，使其在水中能自然地成α角度。改变锚杆重度沿长度变化的方式有三种，其一，改变中空锚杆外科材质，用变化的材质调整密度分布；其二，中空锚杆沿长度采用变截面形式，通过增减材料用量调控密度；其三，中空锚杆外置磁环，注入一定量的磁性浆液，浆液吸附在磁环附近，达到增重的效果，调配沿长度方向的相对重度。
44、3本发明针对洞室开挖，岩石内部多孔，锚杆固定后，存在残余变形或因与钻头接触部位岩石脆裂，锚杆孔内空间增大，弹射装置在空间富余时能将钻头向前方顶出，顶紧新露岩石，二次注浆增强锚固性能。
45、4、本发明采用的膨胀磁自聚浆液，有助于锚杆沉浮，在磁吸作用下可改变沿杆重度；有助于锚固粘结，在磁吸附作用下，浆液紧密吸附在磁源附近，排走周围水分，并在膨胀剂作用下，浆液体积增大，将锚杆或竖井锚固挤紧在孔洞内。
46、5、本发明采用的防水隔热层附于护筒内壁，电磁体通电后产生大量的热，隔离热量，减少热量对浆液性能发挥造成干扰。
47、6、本发明提出的电磁体采用正弦式或其他波形的交变电流，浆液在变化的磁场下，定向运动，水气在带动下向上方排出，增加锚固体密实度。
48、7、本发明所提出的装置结构简单、成本低、操作方便，利用锚杆加固，改变锚杆沿程重度解决钻孔定位受扰问题，利用磁性浆液配合交变磁场、以及对护筒改进解决漏水问题，具有广泛的工程实践意义及应用前景。
1.一种水下竖井开挖防漏与加固的结构，其特征在于，包括用于对井孔（7）周边岩体进行加固的加固锚杆（1），所述加固锚杆（1）包括中空杆体（3）和钻头（2），所述钻头（2）通过钻弹射装置（4）安装在中空杆体（3）的端头部位；
2.根据权利要求1所述一种水下竖井开挖防漏与加固的结构，其特征在于：所述加固锚杆（1）的外形选用螺旋型。
3.根据权利要求1所述一种水下竖井开挖防漏与加固的结构，其特征在于：所述中空杆体（3）采用变密度杆体（301）或变截面杆体（302）或两种组合结构以改变单位杆体的重度。
4.根据权利要求1所述一种水下竖井开挖防漏与加固的结构，其特征在于：所述钻弹射装置（4）包括高强弹簧（401）和弧形卡扣（402），弹射装置（4）在空间富余时能将钻头（2）向前方顶出，高强弹簧（401）原始处于压缩状态并通过弧形卡扣（402）进行限位锁紧，弧形卡扣（402）横截面呈弧形在四周松动时弧形卡扣（402）脱落，高强弹簧（401）恢复变形并将钻头（2）顶出一段长度。
5.根据权利要求1所述一种水下竖井开挖防漏与加固的结构，其特征在于：通过在所述磁环（5）部位注入一定量的磁性浆液，磁性浆液吸附在磁环（5）上增加局部重度，使加固锚杆（1）在水下受力偏转成倾斜夹角α。
6.根据权利要求1所述一种水下竖井开挖防漏与加固的结构，其特征在于：所述膨胀磁自聚浆液（6）由水、水泥、铁粉、絮凝剂、减水剂、消泡剂和膨胀剂按照一定比例混合而成；
7.根据权利要求1所述一种水下竖井开挖防漏与加固的结构，其特征在于：所述上凸下凸钢护筒（8）采用规则的钢护筒进行切割而成，上下两钢护筒相互咬合，齿状凹凸结构以增加接触面积，并保证水平抗冲切性能。
8.根据权利要求7所述一种水下竖井开挖防漏与加固的结构，其特征在于：所述遇水膨胀橡胶止水条（9）设在两上凸下凸钢护筒（8）齿状凹凸之间，遇水膨胀橡胶止水条（9）遇水体积膨胀，阻碍水分沿着缝隙进入上凸下凸钢护筒（8）内。
9.根据权利要求7所述一种水下竖井开挖防漏与加固的结构，其特征在于：所述电磁体（11）采用正弦式波形的交变电流。
10.一种水下竖井开挖防漏与加固的施工方法，其特征在于，所述施工方法采用权利要求1-9任意一项所述一种水下竖井开挖防漏与加固的结构来实现，包括以下步骤：
