盾构隧道底部不良地层加固处理技术
2015-07-09
一、施工目的
盾构隧道底部存在淤泥质软土层、地震液化砂土层、等特殊岩土和不良地质体（溶洞等），会对工程建设造成一定程度的危害。为 满足施工中和运营后的承载力要求，减少后期沉降及其纵向沉 降度，防止地层液化，经注浆加固、挤密的方法，改善砂层层 状、提高软弱土层的承载力，可以满足结构使用要求。
二、施工方法
隧道 底 软 弱 地层 及 液 化 地层 均 从 隧 道内 采 用 改 进的 袖阀管注浆加固技术进行处理。一般的，注浆压力宜控制 在：砂层0.2～0.3Mpa、软弱地层1Mpa以内，溶洞注浆为0.5～1Mpa。具体的注浆 压力控制，应根据需要处理的地层工程力学参数结合现场 试验确定。
三、加固原理
袖阀钢管注浆加固地基土的基本原理是将具有一定压 力的加固浆液，通过注浆管对需要加固的地层进行劈裂、渗 透、挤压密实等作用，与土体充分结合形成较高强度的加固 土固结体和树枝状网脉体。注浆管中设有上下两个栓塞，使 加固浆液从栓塞中间向管外射出，可以根据需要在加固区域 内某一段反复加固（注浆）。施工中，它能够定深、定量， 进行分序、分段、间隙和重复加固（注浆）。
四、加固工艺
当隧道底部是淤泥层时，宜采用水泥浆+水玻璃双液浆 进行加固；当隧道底部为液化砂层时，宜采用水泥单液浆进 行加固。实际施工中，应根据地层和试验情况灵活使用加固浆液。
1、管片钻孔：管片钻孔直径为Ф51mm，套管钻孔时避 开管片钢筋，钻孔深度为280mm，严禁钻穿管片，避免出现 涌水、涌砂的事故。
2、安装逆止阀和钢套管：将定制的逆止阀拧入注浆套 管；钢套管下部的环形钢板通过膨胀螺栓与管片连接，环形 钢板与管片之间加橡胶垫圈。紧固螺栓与环形钢板焊接牢 固，每个注浆孔设2～4个紧固螺栓。
3、复合袖阀钢管制作：袖阀钢管采用特殊钢管制作， 在注浆孔部位做成凹槽，注浆钢管每节2～3m。钢管每隔 150mm设注浆孔，孔眼为梅花形布置，孔眼直径一般为 4～5mm。
钢管在注浆孔位置做成一个凹槽，用于安装橡皮套， 橡皮外径比外套管略小，这样可以保证注浆时浆液不会上 窜；橡皮套将注浆孔与外界隔开，在内部压力作用下橡皮套 张开，浆液从注浆孔注入土层；袖阀钢管端头做成锥形封口。
4、击入袖阀钢管：用锤击钢管上的钢帽，钢管直接打穿 预留注浆管的封口，穿过管片进入加固土层预定位置。打管 前在注浆孔内安放好逆止阀和套管内的止水橡胶圈，在钢管 击入的过程中，逆止阀及止水橡胶紧裹住注浆管，能有效的 预防涌水、涌砂的发生。
袖阀钢管用丝扣连接，在击入注浆管过程，可通过钢帽上的观察管检查钢管内有无地层水渗入，必要时可采取注浆封堵。
5、下注浆芯、花管：袖阀钢管击入加固地层预定位置 后，移除钢帽，将注浆花管及芯管塞入注浆管内。
注浆芯管主要起输送浆液的作用，由焊接钢管加工，每 节2m，和注浆花管用丝扣连接；注浆花管主要起注浆作用， 长300mm，其四周均匀地布设数个8mm的射浆孔。花管两端有两个栓塞，使注浆材料从栓塞中间向管外射出，阻塞器在注浆管中可以自由移动，因此根据需要，可以在注浆区域 内某一段反复注浆。
6、注入封闭浆液：为有效封闭袖阀钢管与管片注浆套管 间的间隙，在管片范围内注入封闭浆液。
7、浆液配制：按设计要求与现场施工情况配制浆液，浆 液应搅拌均匀，随搅随用，并在初凝前用完，防止其它杂物 混入浆液。
8、注浆：①注浆设备就近安装，安装在隧道内，注浆 管线应固定，不宜过长；②注浆前先将花管内的泥砂清理干 净,开始注浆时启动注浆泵，通过注浆管路将浆液注入被加固 土体；③双液注浆时，将配制好的水泥浆和水玻璃浆通过双 液双系统进行注浆，水玻璃和水泥浆在注浆管口混合。④采 取分段式注浆。注浆时花管每次移动的距离称步距，一般以 花管长度为注浆步距长度，即0.2～0.4m，这样可以有效地 减少地层不均一性对注浆效果的影响。对于砂层，注浆步距 宜选用低值。⑤注浆过程中，每段注浆完成后，向上或向下 移动一个步距的长度。宜采用提升设备移动，或人工采用2个 管钳对称夹住芯管，两侧同时均匀用力，将芯管移动。每完 成2-3m注浆长度，要拆掉一节注浆芯管。注浆结束后，在注次”的注浆原则。
9、清洗注浆管：考虑运营后行车对隧道的影响，可能需 要重复注浆加固施工，注浆孔本次加固施工结束后，必须用 清水清洗注浆管，便于今后注浆施工。
当隧道底是溶洞时宜采用注水泥浆办法进行加固，隧道底部加固工艺如下：
1、注浆加固流程
2、隧底注浆孔布置
每环管片在隧道底部的A1、A2、A3管片设置3个注浆孔，外缘注浆孔夹角为90度，单孔注浆直径不小于1.2米，加固每米水泥耗用量不小于200kg。
3、施工参数
⑴ 注浆压力
依据本工程土体情况及加固要求，注浆压力为外界水压+0.5～1MPa，具体由现场注浆情况确定。根据地质勘察结果，本盾构隧道底需加固处理的软弱地层为淤泥层和中、细砂，注浆工艺应采用渗入性注浆，既在注浆压力作用下，浆液克服各种阻力而渗入孔隙和裂隙，压力越大，吸浆量及浆液扩散范围就越大。注浆过程中为了使地层结构不受扰动和破坏，所用的注浆压力相对较小。在该注浆压力条件下，在渗入地层的注浆时间内浆液粘度能基本保持不变，且能达到足够的扩散半径，扩散有效半径1.2m。
⑵ 浆液配比
水泥浆的水灰比(0.6～1.0):1，水泥浆:水玻璃=1:(0.5～1.0)。
⑶ 浆液耗量
按加固深度每米注浆段水泥耗量250kg～300kg估算，具体根据施工情况进行调整，保证每米注浆量不少于200kg。
⑷ 注浆结束标准：可采用注浆量控制和注浆压力控制。
⑸ 施工过程中加强监测，并根据实际情况调整方案，修正设计。
五 、施工监测
一般的，隧道底部需要加固处理的地层均属于软弱地层，多为砂层或淤泥质土层或岩溶地区的溶洞，加固注浆极易引起管片的变浆管口盖上闷盖，以便于重复加固施工。
⑴根据注浆压力及 注浆量的情况判断是否结束注浆。一个孔达到注浆效果后， 如不需预留则在注浆管内注入高强水泥浆液封堵注浆管，并 将高出管片的注浆管割除。
⑵注浆施工过程中，严格记录各 注浆孔位的注浆时间、注浆压力、水泥浆量和水玻璃量等施工过程情况；
⑶注浆用浆液应经过搅拌机充分搅拌均匀后才 能开始注浆，并应在注浆过程中不停地缓慢搅拌，搅拌时间 应不小于浆液初凝时间，浆液在泵送前应经过筛网过滤；
⑷注浆施工时，要控制好流量和压力，防止浆液流失；
⑸注双 液浆时，停止注浆必须先关闭输送水玻璃的注浆泵，以免堵 塞管路；整个注浆过程中视情况宜采用“先外后内”。
因此，加固施工过程中必须要加强管片变形的监测，做到注浆与监测同步，当隧道变形超过1cm，抬升超过2cm时立即停止注浆。
六、施工注意事项
（1）防止注浆管堵塞。施工前要通过试验确定浆液合适的凝结时间，施工过程中要控制好注浆压力和注浆速度。
（2）做好施工记录。施工过程中要做好施工记录，及时了解注浆压力和流量变化情况并进行综合分析，判断注浆效果是否满足设计要求。
（3）保护好注浆管。击入注浆管时，不可用力过猛，宜使用冲击钻击入，钢管外壁可涂抹润滑油。 要立即停止加固注施水泥、大锤等应急物资，出现涌水、涌砂的现象立即封堵注浆孔。
（4）做好应急准备。由于一般地铁隧道埋深较大，施工过程中要做好防喷涌措施，现场要备足木塞、棉胎、快速。
