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)，主要應用于盾構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)濟性較好、安全性與適用性好等。運用此項技術(shù)從隧道內加固隧道底地層可避免征地拆遷、管線(xiàn)遷改、交通疏解等問(wèn)題，具有顯著(zhù)的社會(huì )效益。
［關(guān)鍵詞］隧道工程;盾構;加固;注漿
0引言
隨著(zhù)城市軌道交通工程的高速發(fā)展，盾構在隧道工程中的應用越來(lái)越廣泛，由于受到地面建筑物結構、管線(xiàn)等因素影響，盾構機不可避免地要穿越不良地質(zhì)地層，此類(lèi)地層會(huì )對地鐵的運營(yíng)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。盾構工程大部分位于城市繁華區域，通常不具備地面加固條件，因此只能等盾構隧道成形后，再從隧道內進(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(guò)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(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(guò)程均容易出現噴水、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(lèi)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，因此在隧道內成孔時(shí)(特別是砂層)，須防止管內或管與管片預留孔間產(chǎn)生噴涌。針對該風(fēng)險對普通袖閥鋼管進(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(guò)程中的安全，并形成相應的`檢測方案，以確保施工質(zhì)量。
1.1工藝原理
針對盾構在隧道內進(jìn)行注漿加固處理過(guò)程，在鉆穿管片、下注漿管過(guò)程均容易出現噴水、噴砂情況的特點(diǎn)，對隧道底加固施工工藝流程進(jìn)行了分析，對施工過(guò)程防噴涌裝置技術(shù)進(jìn)行了研究，形成了一套有效的、適合于盾構隧道底加固施工的技術(shù)，成功地解決了盾構在鉆穿管片、下注漿管過(guò)程均容易出現噴水、噴砂情況等質(zhì)量控制難題，使得隧道滿(mǎn)足結構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(guò)劈裂、滲透、擠壓密實(shí)等作用，與土體充分結合形成較高強度的水泥土固結體和樹(shù)枝狀水泥網(wǎng)脈體。注漿花管中有上、下兩處設有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)，可以根據工程的需要在注漿區域內某一段反復注漿。施工中，它能夠定深、定量，進(jìn)行分序、分段、間隙和重復注漿，結合防噴涌裝置，解決了在加固過(guò)程中打穿管片、下管注漿時(shí)容易出現的噴水、噴砂的難題，大大提高了加固過(guò)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(guò)在管片上打膨脹螺栓先將下部結構固定在管片上，然后將上部結構套在鉆機鉆桿上，鉆孔前先將上部結構與下部連接好，然后再開(kāi)始鉆孔，待鉆至設計底標高后提起鉆頭，待鉆頭過(guò)4英寸球閥后關(guān)閉球閥，然后再松開(kāi)異形接頭，提出鉆頭并從鉆桿上取出上部結構，再將上部結構連接在下部結構上面。
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(chē)一道50mm長(cháng)、厚2mm的內槽，內槽部位梅花形開(kāi)直徑2～4mm的小孔，然后在內槽位置套上1個(gè)橡膠套，待注漿管過(guò)3道密封膠圈后打開(kāi)4英寸球閥讓注漿管下到設計底標高。
3)插入注漿芯管至設計底標高。注漿芯管由開(kāi)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(guò)防噴涌裝置下部結構預留的4分管注入套殼料，套殼料由膨潤土和水泥現場(chǎng)攪拌。
5)注漿緩慢提升注漿芯管，通過(guò)壓力擊穿注漿管上的橡膠套，從而實(shí)現分層注漿。通過(guò)采用隧道底注漿加固的施工方法，確保了鉆孔過(guò)程和下注漿管過(guò)程、注漿過(guò)程均處于密封狀態(tài)下，防止了噴涌現象的發(fā)生，并能實(shí)現分層注漿，達到更佳的注漿效果。
1.3加固施工要點(diǎn)
1)套管鉆孔時(shí)避開(kāi)管片鋼筋，預留20mm左右保護層，嚴禁一次鉆穿管片，避免出現涌水、涌砂的現象。由于原來(lái)管片上沒(méi)有預留注漿孔，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)鉆機在管片上鉆孔。在打入袖閥鋼管前，套管內安裝1個(gè)防止地下水通過(guò)管隙進(jìn)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(gè)帶多重止水橡膠的鋼套管。若盾構管片上沒(méi)有預埋注漿套管，則需采用鉆機鉆穿管片混凝土進(jìn)行開(kāi)孔，袖閥鋼管插入鋼套管內，通過(guò)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，復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(guò)注漿孔撐開(kāi)橡皮套，將漿液注入加固區，而外邊的砂或地下水則不能通過(guò)注漿孔進(jìn)入注漿管內。袖閥鋼管一般每節長(cháng)2～3m，頂部安裝帶觀(guān)察管的鋼帽，鋼帽可承受錘擊。觀(guān)察管上設可開(kāi)閉的閥，用作觀(guān)察注漿管內是否有地下水侵入，如果有地下水，可關(guān)閉觀(guān)察管上的閥，也可通過(guò)觀(guān)察管注漿封堵。
2)對于同一孔進(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(guò)分擴散。
3)注漿過(guò)程中為了使地層結構不受擾動(dòng)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?xún)�，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定，且壓力上不去，可換注雙液漿，具體配比根據現場(chǎng)實(shí)際情況確定，直到注漿壓力穩定后可停止注漿。
4)注漿過(guò)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(jìn)行密切監測，監測點(diǎn)布置如圖4所示。出現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)土層液化對盾構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(mǎn)足注漿需要，每環(huán)管片設置3個(gè)注漿孔，排距1500mm。最外緣兩注漿孔夾角為60°，由于注漿漿液的擴散作用，加固范圍可超過(guò)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(diǎn)都選在6點(diǎn)位置，在原來(lái)鉆孔位置環(huán)向偏20cm左右，且現場(chǎng)臨時(shí)架設三角架通過(guò)定滑輪來(lái)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(jìn)行注漿封孔。在施工前現象必須備好木塞、棉胎、快速水泥、大錘等應急物資，出現涌水的現象立即封堵試驗孔。
7)考慮到地鐵運營(yíng)期間隧道可能存在后續沉降，因此在隧底地層加固完成后需對注漿管路進(jìn)行清洗，并將注漿管延長(cháng)到道床面以上，便于地鐵運營(yíng)期間對隧道進(jìn)行補充注漿加固。
2結語(yǔ)
在國內首次提出從隧道內通過(guò)采用成熟的袖閥管注漿工藝，結合自主研發(fā)的防噴涌裝置，對成型隧道底部地層進(jìn)行加固，通過(guò)安裝防噴涌裝置使得施工過(guò)程中的管片開(kāi)孔、下管注漿以及加固質(zhì)量檢測均是在密閉的條件下進(jìn)行，大大降低了施工風(fēng)險。同時(shí)實(shí)現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(guò)大上浮。對類(lèi)似工況的隧道底地層加固施工有著(zhù)較好的借鑒作用，在珠三角城際快速軌道交通工程盾構施工中應用效果良好，避免了征地拆遷、管線(xiàn)遷改、交通疏解等問(wèn)題，取得了顯著(zhù)的社會(huì )效益。
參考文獻:
�。�1］王夢(mèng)�。淼琅c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．
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