隧道底地層加固施工技術(shù)研究

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［摘要］介紹了隧道底地層加固施工技術(shù)，主要應(yīng)用于盾構(gòu)工程中成型隧道底部地層加固施工。該施工方法的主要特點為效果可靠、實施方便、經(jīng)濟性較好、安全性與適用性好等。運用此項技術(shù)從隧道內(nèi)加固隧道底地層可避免征地拆遷、管線遷改、交通疏解等問題，具有顯著的社會效益。

［關(guān)鍵詞］隧道工程;盾構(gòu);加固;注漿

0引言

隨著城市軌道交通工程的高速發(fā)展，盾構(gòu)在隧道工程中的應(yīng)用越來越廣泛，由于受到地面建筑物結(jié)構(gòu)、管線等因素影響，盾構(gòu)機不可避免地要穿越不良地質(zhì)地層，此類地層會對地鐵的運營安全造成影響，因此隧道底部以下的不良地質(zhì)地層必須進行加固處理。盾構(gòu)工程大部分位于城市繁華區(qū)域，通常不具備地面加固條件，因此只能等盾構(gòu)隧道成形后，再從隧道內(nèi)進行注漿加固。但若是直接利用管片吊裝孔進行壓力注漿加固，僅能對管片周邊很小范圍注漿，其注漿范圍不受控制，并容易導致管片過大上浮，影響成型隧道的質(zhì)量，并且不能真正達到地層加固的效果。若是采用從管片上鉆孔埋管進行注漿加固，由于隧道埋深較深，隧道底部水頭承力較大，在鉆穿管片、下注漿管過程均容易出現(xiàn)噴水、噴砂的情況，從而有可能導致隧道變形，其后果非常嚴重。因此研究一種安全、有效，適用于成型隧道底地層加固的施工技術(shù)對于類似工況的隧道底地層加固有很好的借鑒意義。

1隧道底加固技術(shù)方案及要點

由于隧道埋深大，而加固地層主要以液化砂層及淤泥層為主，因此在隧道內(nèi)成孔時(特別是砂層)，須防止管內(nèi)或管與管片預(yù)留孔間產(chǎn)生噴涌。針對該風險對普通袖閥鋼管進行改進，增加自行研發(fā)的防噴涌裝置，確保成孔、注漿加固過程中的安全，并形成相應(yīng)的檢測方案，以確保施工質(zhì)量。

1.1工藝原理

針對盾構(gòu)在隧道內(nèi)進行注漿加固處理過程，在鉆穿管片、下注漿管過程均容易出現(xiàn)噴水、噴砂情況的特點，對隧道底加固施工工藝流程進行了分析，對施工過程防噴涌裝置技術(shù)進行了研究，形成了一套有效的、適合于盾構(gòu)隧道底加固施工的技術(shù)，成功地解決了盾構(gòu)在鉆穿管片、下注漿管過程均容易出現(xiàn)噴水、噴砂情況等質(zhì)量控制難題，使得隧道滿足結(jié)構(gòu)的承載力和變形要求。隧道底部加固是采用袖閥鋼管注漿，將水泥漿液通過劈裂、滲透、擠壓密實等作用，與土體充分結(jié)合形成較高強度的水泥土固結(jié)體和樹枝狀水泥網(wǎng)脈體。注漿花管中有上、下兩處設(shè)有2個栓塞，使注漿材料從栓塞中間向管外滲出，阻塞器在光滑的袖閥鋼管中可以自由移動，可以根據(jù)工程的需要在注漿區(qū)域內(nèi)某一段反復(fù)注漿。施工中，它能夠定深、定量，進行分序、分段、間隙和重復(fù)注漿，結(jié)合防噴涌裝置，解決了在加固過程中打穿管片、下管注漿時容易出現(xiàn)的噴水、噴砂的難題，大大提高了加固過程中的安全性。

1.2加固技術(shù)方案

1)隧道底加固施工時，先在管片預(yù)鉆孔位置上方安裝1個防噴涌裝置:裝置由2條4英寸鋼管(1英寸=2.54cm)、1個4英寸球閥、1條內(nèi)徑52mm的鋼管、1個異形接頭、3道密封膠圈組成。施工時，通過在管片上打膨脹螺栓先將下部結(jié)構(gòu)固定在管片上，然后將上部結(jié)構(gòu)套在鉆機鉆桿上，鉆孔前先將上部結(jié)構(gòu)與下部連接好，然后再開始鉆孔，待鉆至設(shè)計底標高后提起鉆頭，待鉆頭過4英寸球閥后關(guān)閉球閥，然后再松開異形接頭，提出鉆頭并從鉆桿上取出上部結(jié)構(gòu)，再將上部結(jié)構(gòu)連接在下部結(jié)構(gòu)上面。

2)鉆孔完成后下注漿管，注漿管為外徑52mm的鋼管，鋼管末端為錐形，鋼管上每隔100mm車一道50mm長、厚2mm的內(nèi)槽，內(nèi)槽部位梅花形開直徑2～4mm的小孔，然后在內(nèi)槽位置套上1個橡膠套，待注漿管過3道密封膠圈后打開4英寸球閥讓注漿管下到設(shè)計底標高。

3)插入注漿芯管至設(shè)計底標高。注漿芯管由開孔鋼花管和2個橡膠套栓塞組成，注漿芯管末端用悶蓋封堵，

4)通過防噴涌裝置下部結(jié)構(gòu)預(yù)留的4分管注入套殼料，套殼料由膨潤土和水泥現(xiàn)場攪拌。

5)注漿緩慢提升注漿芯管，通過壓力擊穿注漿管上的橡膠套，從而實現(xiàn)分層注漿。通過采用隧道底注漿加固的施工方法，確保了鉆孔過程和下注漿管過程、注漿過程均處于密封狀態(tài)下，防止了噴涌現(xiàn)象的發(fā)生，并能實現(xiàn)分層注漿，達到更佳的注漿效果。

1.3加固施工要點

1)套管鉆孔時避開管片鋼筋，預(yù)留20mm左右保護層，嚴禁一次鉆穿管片，避免出現(xiàn)涌水、涌砂的現(xiàn)象。由于原來管片上沒有預(yù)留注漿孔，因此在進行隧道底袖閥管注漿加固施工時，需先用地質(zhì)鉆機在管片上鉆孔。在打入袖閥鋼管前，套管內(nèi)安裝1個防止地下水通過管隙進入隧道的逆止閥。為加強保障，除了逆止閥，在注漿套管上方安裝1個帶多重止水橡膠的鋼套管。若盾構(gòu)管片上沒有預(yù)埋注漿套管，則需采用鉆機鉆穿管片混凝土進行開孔，袖閥鋼管插入鋼套管內(nèi)，通過止水橡膠有效防止管壁間涌水的可能。袖閥管需采用特制的復(fù)合袖閥鋼管，鋼管底部為圓錐形的封閉，確保砂層或地下水不能從管底進入注漿管內(nèi)，復(fù)合袖閥鋼管上的注漿孔用橡膠皮套箍住，確保注漿的單向性。即在壓力作用下注漿液通過注漿孔撐開橡皮套，將漿液注入加固區(qū)，而外邊的砂或地下水則不能通過注漿孔進入注漿管內(nèi)。袖閥鋼管一般每節(jié)長2～3m，頂部安裝帶觀察管的鋼帽，鋼帽可承受錘擊。觀察管上設(shè)可開閉的閥，用作觀察注漿管內(nèi)是否有地下水侵入，如果有地下水，可關(guān)閉觀察管上的閥，也可通過觀察管注漿封堵。

2)對于同一孔進行分次分段注漿(可取每0.3～0.6m為一注漿段)，先注單液漿，后注雙液漿，以確保漿液能集中在隧道底部而不至于過分擴散。

3)注漿過程中為了使地層結(jié)構(gòu)不受擾動和破壞，要嚴格控制注漿壓力及注漿量，注漿壓力一般控制在0.5MPa以內(nèi)，注漿量原則上一般每m耗用水泥200kg，如果單液漿注漿量達不到原則規(guī)定，且壓力上不去，可換注雙液漿，具體配比根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定，直到注漿壓力穩(wěn)定后可停止注漿。

4)注漿過程中要密切關(guān)注注漿壓力，并且密切注意隧道異常變化，對隧道管片進行密切監(jiān)測，監(jiān)測點布置如圖4所示。出現(xiàn)漿液沿注漿管壁上冒擊裂封堵層、管片有抬升等異常情況時要立刻停止注漿。

5)土層液化對盾構(gòu)隧道的危害主要是隧道下部土層液化造成隧道的下沉變形，因此隧道抗蠕變或防振動液化加固可以只加固隧道底部90°范圍，加固深度視隧道底砂層和淤泥層厚度而定。為了滿足注漿需要，每環(huán)管片設(shè)置3個注漿孔，排距1500mm。最外緣兩注漿孔夾角為60°，由于注漿漿液的擴散作用，加固范圍可超過90°。管片加固注漿孔布置如圖6所示。

6)為了檢測方便，施工檢測試驗點都選在6點位置，在原來鉆孔位置環(huán)向偏20cm左右，且現(xiàn)場臨時架設(shè)三角架通過定滑輪來做標準貫入試驗。標準貫入試驗完成后，標貫器不再拔出，試驗完成后立即進行注漿封孔。在施工前現(xiàn)象必須備好木塞、棉胎、快速水泥、大錘等應(yīng)急物資，出現(xiàn)涌水的現(xiàn)象立即封堵試驗孔。

7)考慮到地鐵運營期間隧道可能存在后續(xù)沉降，因此在隧底地層加固完成后需對注漿管路進行清洗，并將注漿管延長到道床面以上，便于地鐵運營期間對隧道進行補充注漿加固。

2結(jié)語

在國內(nèi)首次提出從隧道內(nèi)通過采用成熟的袖閥管注漿工藝，結(jié)合自主研發(fā)的防噴涌裝置，對成型隧道底部地層進行加固，通過安裝防噴涌裝置使得施工過程中的管片開孔、下管注漿以及加固質(zhì)量檢測均是在密閉的條件下進行，大大降低了施工風險。同時實現(xiàn)了隧道底部地層的分層注漿，確保了地層加固質(zhì)量;有效防止了管片過大上浮。對類似工況的隧道底地層加固施工有著較好的借鑒作用，在珠三角城際快速軌道交通工程盾構(gòu)施工中應(yīng)用效果良好，避免了征地拆遷、管線遷改、交通疏解等問題，取得了顯著的社會效益。

參考文獻:

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作者：冷衛(wèi)兵 單位：佛山市軌道交通發(fā)展有限公司