隧道底地层加固施工技术研究论文
［摘要］介绍了隧道底地层加固施工技术，主要应用于盾构工程中成型隧道底部地层加固施工。该施工方法的主要特点为效果可靠、实施方便、经济性较好、安全性与适用性好等。运用此项技术从隧道内加固隧道底地层可避免征地拆迁、管线迁改、交通疏解等问题，具有显著的社会效益。
［关键词］隧道工程;盾构;加固;注浆
0引言
随着城市轨道交通工程的高速发展，盾构在隧道工程中的应用越来越广泛，由于受到地面建筑物结构、管线等因素影响，盾构机不可避免地要穿越不良地质地层，此类地层会对地铁的运营安全造成影响，因此隧道底部以下的不良地质地层必须进行加固处理。盾构工程大部分位于城市繁华区域，通常不具备地面加固条件，因此只能等盾构隧道成形后，再从隧道内进行注浆加固。但若是直接利用管片吊装孔进行压力注浆加固，仅能对管片周边很小范围注浆，其注浆范围不受控制，并容易导致管片过大上浮，影响成型隧道的质量，并且不能真正达到地层加固的效果。若是采用从管片上钻孔埋管进行注浆加固，由于隧道埋深较深，隧道底部水头承力较大，在钻穿管片、下注浆管过程均容易出现喷水、喷砂的情况，从而有可能导致隧道变形，其后果非常严重。因此研究一种安全、有效，适用于成型隧道底地层加固的施工技术对于类似工况的隧道底地层加固有很好的借鉴意义。
1隧道底加固技术方案及要点
由于隧道埋深大，而加固地层主要以液化砂层及淤泥层为主，因此在隧道内成孔时(特别是砂层)，须防止管内或管与管片预留孔间产生喷涌。针对该风险对普通袖阀钢管进行改进，增加自行研发的防喷涌装置，确保成孔、注浆加固过程中的安全，并形成相应的`检测方案，以确保施工质量。
1.1工艺原理
针对盾构在隧道内进行注浆加固处理过程，在钻穿管片、下注浆管过程均容易出现喷水、喷砂情况的特点，对隧道底加固施工工艺流程进行了分析，对施工过程防喷涌装置技术进行了研究，形成了一套有效的、适合于盾构隧道底加固施工的技术，成功地解决了盾构在钻穿管片、下注浆管过程均容易出现喷水、喷砂情况等质量控制难题，使得隧道满足结构的承载力和变形要求。隧道底部加固是采用袖阀钢管注浆，将水泥浆液通过劈裂、渗透、挤压密实等作用，与土体充分结合形成较高强度的水泥土固结体和树枝状水泥网脉体。注浆花管中有上、下两处设有2个栓塞，使注浆材料从栓塞中间向管外渗出，阻塞器在光滑的袖阀钢管中可以自由移动，可以根据工程的需要在注浆区域内某一段反复注浆。施工中，它能够定深、定量，进行分序、分段、间隙和重复注浆，结合防喷涌装置，解决了在加固过程中打穿管片、下管注浆时容易出现的喷水、喷砂的难题，大大提高了加固过程中的安全性。
1.2加固技术方案
1)隧道底加固施工时，先在管片预钻孔位置上方安装1个防喷涌装置:装置由2条4英寸钢管(1英寸=2.54cm)、1个4英寸球阀、1条内径52mm的钢管、1个异形接头、3道密封胶圈组成。施工时，通过在管片上打膨胀螺栓先将下部结构固定在管片上，然后将上部结构套在钻机钻杆上，钻孔前先将上部结构与下部连接好，然后再开始钻孔，待钻至设计底标高后提起钻头，待钻头过4英寸球阀后关闭球阀，然后再松开异形接头，提出钻头并从钻杆上取出上部结构，再将上部结构连接在下部结构上面。
2)钻孔完成后下注浆管，注浆管为外径52mm的钢管，钢管末端为锥形，钢管上每隔100mm车一道50mm长、厚2mm的内槽，内槽部位梅花形开直径2～4mm的小孔，然后在内槽位置套上1个橡胶套，待注浆管过3道密封胶圈后打开4英寸球阀让注浆管下到设计底标高。
3)插入注浆芯管至设计底标高。注浆芯管由开孔钢花管和2个橡胶套栓塞组成，注浆芯管末端用闷盖封堵，
4)通过防喷涌装置下部结构预留的4分管注入套壳料，套壳料由膨润土和水泥现场搅拌。
5)注浆缓慢提升注浆芯管，通过压力击穿注浆管上的橡胶套，从而实现分层注浆。通过采用隧道底注浆加固的施工方法，确保了钻孔过程和下注浆管过程、注浆过程均处于密封状态下，防止了喷涌现象的发生，并能实现分层注浆，达到更佳的注浆效果。
1.3加固施工要点
1)套管钻孔时避开管片钢筋，预留20mm左右保护层，严禁一次钻穿管片，避免出现涌水、涌砂的现象。由于原来管片上没有预留注浆孔，因此在进行隧道底袖阀管注浆加固施工时，需先用地质钻机在管片上钻孔。在打入袖阀钢管前，套管内安装1个防止地下水通过管隙进入隧道的逆止阀。为加强保障，除了逆止阀，在注浆套管上方安装1个带多重止水橡胶的钢套管。若盾构管片上没有预埋注浆套管，则需采用钻机钻穿管片混凝土进行开孔，袖阀钢管插入钢套管内，通过止水橡胶有效防止管壁间涌水的可能。袖阀管需采用特制的复合袖阀钢管，钢管底部为圆锥形的封闭，确保砂层或地下水不能从管底进入注浆管内，复合袖阀钢管上的注浆孔用橡胶皮套箍住，确保注浆的单向性。即在压力作用下注浆液通过注浆孔撑开橡皮套，将浆液注入加固区，而外边的砂或地下水则不能通过注浆孔进入注浆管内。袖阀钢管一般每节长2～3m，顶部安装带观察管的钢帽，钢帽可承受锤击。观察管上设可开闭的阀，用作观察注浆管内是否有地下水侵入，如果有地下水，可关闭观察管上的阀，也可通过观察管注浆封堵。
2)对于同一孔进行分次分段注浆(可取每0.3～0.6m为一注浆段)，先注单液浆，后注双液浆，以确保浆液能集中在隧道底部而不至于过分扩散。
3)注浆过程中为了使地层结构不受扰动和破坏，要严格控制注浆压力及注浆量，注浆压力一般控制在0.5MPa以内，注浆量原则上一般每m耗用水泥200kg，如果单液浆注浆量达不到原则规定，且压力上不去，可换注双液浆，具体配比根据现场实际情况确定，直到注浆压力稳定后可停止注浆。
4)注浆过程中要密切关注注浆压力，并且密切注意隧道异常变化，对隧道管片进行密切监测，监测点布置如图4所示。出现浆液沿注浆管壁上冒击裂封堵层、管片有抬升等异常情况时要立刻停止注浆。
5)土层液化对盾构隧道的危害主要是隧道下部土层液化造成隧道的下沉变形，因此隧道抗蠕变或防振动液化加固可以只加固隧道底部90°范围，加固深度视隧道底砂层和淤泥层厚度而定。为了满足注浆需要，每环管片设置3个注浆孔，排距1500mm。最外缘两注浆孔夹角为60°，由于注浆浆液的扩散作用，加固范围可超过90°。管片加固注浆孔布置如图6所示。
6)为了检测方便，施工检测试验点都选在6点位置，在原来钻孔位置环向偏20cm左右，且现场临时架设三角架通过定滑轮来做标准贯入试验。标准贯入试验完成后，标贯器不再拔出，试验完成后立即进行注浆封孔。在施工前现象必须备好木塞、棉胎、快速水泥、大锤等应急物资，出现涌水的现象立即封堵试验孔。
7)考虑到地铁运营期间隧道可能存在后续沉降，因此在隧底地层加固完成后需对注浆管路进行清洗，并将注浆管延长到道床面以上，便于地铁运营期间对隧道进行补充注浆加固。
2结语
在国内首次提出从隧道内通过采用成熟的袖阀管注浆工艺，结合自主研发的防喷涌装置，对成型隧道底部地层进行加固，通过安装防喷涌装置使得施工过程中的管片开孔、下管注浆以及加固质量检测均是在密闭的条件下进行，大大降低了施工风险。同时实现了隧道底部地层的分层注浆，确保了地层加固质量;有效防止了管片过大上浮。对类似工况的隧道底地层加固施工有着较好的借鉴作用，在珠三角城际快速轨道交通工程盾构施工中应用效果良好，避免了征地拆迁、管线迁改、交通疏解等问题，取得了显著的社会效益。
参考文献:
［1］王梦恕．隧道与地下工程技术及其发展［M］．北京:北京交通大学出版社，2004．
［2］李幸发．水平浆技术在盾构法隧道端头加固中的应用［J］．施工技术，2014，43(11):95-99．
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