隧道底地層加固施工技術(shù)研究論文
［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(diǎn)為效果可靠、實(shí)施方便、經(jīng)濟(jì)性較好、安全性與適用性好等。運(yùn)用此項(xiàng)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(huì)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(jī)不可避免地要穿越不良地質(zhì)地層，此類地層會(huì)對(duì)地鐵的運(yùn)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(jìn)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(jìn)行注漿加固。但若是直接利用管片吊裝孔進(jìn)行壓力注漿加固，僅能對(duì)管片周邊很小范圍注漿，其注漿范圍不受控制，并容易導(dǎo)致管片過大上浮，影響成型隧道的質(zhì)量，并且不能真正達(dá)到地層加固的效果。若是采用從管片上鉆孔埋管進(jìn)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(dǎo)致隧道變形，其后果非常嚴(yán)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(duì)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(diǎn)
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(shí)(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(duì)該風(fēng)險(xiǎn)對(duì)普通袖閥鋼管進(jìn)行改進(jìn)，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(cè)方案，以確保施工質(zhì)量。
1.1工藝原理
針對(duì)盾構(gòu)在隧道內(nèi)進(jìn)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(diǎn)，對(duì)隧道底加固施工工藝流程進(jìn)行了分析，對(duì)施工過程防噴涌裝置技術(shù)進(jìn)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(shí)等作用，與土體充分結(jié)合形成較高強(qiáng)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(gè)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(dòng)，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(jìn)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(shí)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(shí)，先在管片預(yù)鉆孔位置上方安裝1個(gè)防噴涌裝置:裝置由2條4英寸鋼管(1英寸=2.54cm)、1個(gè)4英寸球閥、1條內(nèi)徑52mm的鋼管、1個(gè)異形接頭、3道密封膠圈組成。施工時(shí)，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(jī)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(jì)底標(biāo)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(gè)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(jì)底標(biāo)高。
3)插入注漿芯管至設(shè)計(jì)底標(biāo)高。注漿芯管由開孔鋼花管和2個(gè)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(shí)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(shí)現(xiàn)分層注漿，達(dá)到更佳的注漿效果。
1.3加固施工要點(diǎn)
1)套管鉆孔時(shí)避開管片鋼筋，預(yù)留20mm左右保護(hù)層，嚴(yán)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(jìn)行隧道底袖閥管注漿加固施工時(shí)，需先用地質(zhì)鉆機(jī)在管片上鉆孔。在打入袖閥鋼管前，套管內(nèi)安裝1個(gè)防止地下水通過管隙進(jìn)入隧道的逆止閥。為加強(qiáng)保障，除了逆止閥，在注漿套管上方安裝1個(gè)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(jī)鉆穿管片混凝土進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(duì)于同一孔進(jìn)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?jǐn)U散。
3)注漿過程中為了使地層結(jié)構(gòu)不受擾動(dòng)和破壞，要嚴(yán)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(dá)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(shí)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(duì)隧道管片進(jìn)行密切監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(shí)要立刻停止注漿。
5)土層液化對(duì)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(dòng)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(gè)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(kuò)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(cè)方便，施工檢測(cè)試驗(yàn)點(diǎn)都選在6點(diǎn)位置，在原來鉆孔位置環(huán)向偏20cm左右，且現(xiàn)場臨時(shí)架設(shè)三角架通過定滑輪來做標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)完成后，標(biāo)貫器不再拔出，試驗(yàn)完成后立即進(jìn)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(yàn)孔。
7)考慮到地鐵運(yùn)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(duì)注漿管路進(jìn)行清洗，并將注漿管延長到道床面以上，便于地鐵運(yùn)營期間對(duì)隧道進(jìn)行補(bǔ)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(duì)成型隧道底部地層進(jìn)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(cè)均是在密閉的條件下進(jìn)行，大大降低了施工風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)實(shí)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(duì)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(huì)效益。
參考文獻(xiàn):
［1］王夢(mèng)恕．隧道與地下工程技術(shù)及其發(fā)展［M］．北京:北京交通大學(xué)出版社，2004．
［2］李幸發(fā)．水平漿技術(shù)在盾構(gòu)法隧道端頭加固中的應(yīng)用［J］．施工技術(shù)，2014，43(11):95-99．
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