隧道底地層加固施工技術研究

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［摘要］介紹了隧道底地層加固施工技術，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為效果可靠、實施方便、經濟性較好、安全性與適用性好等。運用此項技術從隧道內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。

［關鍵詞］隧道工程;盾構;加固;注漿

0引言

隨著城市軌道交通工程的高速發展，盾構在隧道工程中的應用越來越廣泛，由于受到地面建筑物結構、管線等因素影響，盾構機不可避免地要穿越不良地質地層，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地層必須進行加固處理。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，因此在隧道內成孔時(特別是砂層)，須防止管內或管與管片預留孔間產生噴涌。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，并形成相應的檢測方案，以確保施工質量。

1.1工藝原理

針對盾構在隧道內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進行了研究，形成了一套有效的、適合于盾構隧道底加固施工的技術，成功地解決了盾構在鉆穿管片、下注漿管過程均容易出現噴水、噴砂情況等質量控制難題，使得隧道滿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，將水泥漿液通過劈裂、滲透、擠壓密實等作用，與土體充分結合形成較高強度的水泥土固結體和樹枝狀水泥網脈體。注漿花管中有上、下兩處設有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，解決了在加固過程中打穿管片、下管注漿時容易出現的噴水、噴砂的難題，大大提高了加固過程中的安全性。

1.2加固技術方案

1)隧道底加固施工時，先在管片預鉆孔位置上方安裝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，然后再開始鉆孔，待鉆至設計底標高后提起鉆頭，待鉆頭過4英寸球閥后關閉球閥，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車一道50mm長、厚2mm的內槽，內槽部位梅花形開直徑2～4mm的小孔，然后在內槽位置套上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計底標高。

3)插入注漿芯管至設計底標高。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構預留的4分管注入套殼料，套殼料由膨潤土和水泥現場攪拌。

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下，防止了噴涌現象的發生，并能實現分層注漿，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。由于原來管片上沒有預留注漿孔，因此在進行隧道底袖閥管注漿加固施工時，需先用地質鉆機在管片上鉆孔。在打入袖閥鋼管前，套管內安裝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。若盾構管片上沒有預埋注漿套管，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，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，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注漿孔撐開橡皮套，將漿液注入加固區，而外邊的砂或地下水則不能通過注漿孔進入注漿管內。袖閥鋼管一般每節長2～3m，頂部安裝帶觀察管的鋼帽，鋼帽可承受錘擊。觀察管上設可開閉的閥，用作觀察注漿管內是否有地下水侵入，如果有地下水，可關閉觀察管上的閥，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構不受擾動和破壞，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，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，具體配比根據現場實際情況確定，直到注漿壓力穩定后可停止注漿。

4)注漿過程中要密切關注注漿壓力，并且密切注意隧道異常變化，對隧道管片進行密切監測，監測點布置如圖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，每環管片設置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，在原來鉆孔位置環向偏20cm左右，且現場臨時架設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結語

在國內首次提出從隧道內通過采用成熟的袖閥管注漿工藝，結合自主研發的防噴涌裝置，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。同時實現了隧道底部地層的分層注漿，確保了地層加固質量;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施工中應用效果良好，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:

［1］王夢恕．隧道與地下工程技術及其發展［M］．北京:北京交通大學出版社，2004．

［2］李幸發．水平漿技術在盾構法隧道端頭加固中的應用［J］．施工技術，2014，43(11):95-99．

作者：冷衛兵 單位：佛山市軌道交通發展有限公司