■申星宇 ■中鐵二局第四工程有限公司，四川 成都 610306

1 工程概況

(1)工程概況。新儀張隧道區(qū)段(DK601 +090～DK601 +400)勘探深度范圍內(nèi)地層為第四系上更新統(tǒng)坡洪(Q3dl+pl)新黃土與(Q2pl)老黃土，具有濕陷性，采用鋼管樁加固，樁徑50mm，間距1.0mX1.0m，梅花形布置。

(2)水文地質(zhì)特征?？碧缴疃确秶鷥?nèi)未見地下水。(3)主要工程數(shù)量。DK601+090～DK601+400 隧道地基φ50 鋼管樁總長(zhǎng)度為48580m。

2 適用范圍

本工點(diǎn)微型鋼管樁施工方法適用于臺(tái)階法隧道開挖時(shí)先施作仰拱初期支護(hù)，使初支封閉成環(huán)，保證圍巖穩(wěn)定，再進(jìn)行軟弱地基加固。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

3.2 施工準(zhǔn)備

3.2.1 技術(shù)準(zhǔn)備

繪制鋼管樁樁位布置圖，并注明樁位編號(hào)及施工說明。

3.2.2 測(cè)量放樣

根據(jù)施工圖紙要求，通過預(yù)埋PVC 膠管布置樁位圖，并用紅油漆作好記號(hào)。

3.2.3 材料配置

(1)鋼管。新儀張隧道基底鋼管樁采用Φ50 無縫鍍鋅鋼管，壁厚6mm。鋼管樁上鉆注漿孔，孔徑10mm～20mm，孔間距150～300mm，呈梅花形布置，尾部留不鉆孔的止?jié){段100cm，見下圖1 所示。

圖1 鋼管樁構(gòu)造示意圖

(2)水泥漿。鋼管樁注漿所用水泥漿液施工配比由試驗(yàn)確定，現(xiàn)場(chǎng)使用砂漿攪拌機(jī)拌制。

3.2.4 機(jī)械、人員配置

本工程主要施工機(jī)械為XL-40 旋噴鉆機(jī)2 臺(tái)，4 人作業(yè);KBY-50砂漿攪拌機(jī)1 臺(tái)，2 人作業(yè);注漿機(jī)1 臺(tái)，2 人作業(yè)。

3.3 施工工藝及操作要點(diǎn)

3.3.1 鋼管樁加固作用機(jī)理

鋼管本身具有較大的抗壓強(qiáng)度，同時(shí)水泥漿液在壓力作用下能和地基土之間緊密結(jié)合并在樁周圍的土質(zhì)中擴(kuò)散，填充了土顆粒間的空隙。通過水泥漿體的摩擦力產(chǎn)生的張拉和壓縮力能轉(zhuǎn)移至土中，提供了土的徑向摩擦力和彎曲硬度，而且起到防腐的作用，使鋼管樁與地基土之間有更好的摩阻力并滿足設(shè)計(jì)使用年限，改善了濕陷性黃土的土質(zhì)力學(xué)性能，滿足承載后的地基沉降要求。

3.3.2 鋼管樁加固措施

為了增加地基的承載力，消除濕陷性，新儀張隧道暗挖段基底濕陷性黃土采用Φ50 鋼管樁(鋼管樁內(nèi)注入水泥漿)加固處理。

3.3.3 鉆孔施工

(1)施工方法。①鉆孔宜在仰拱初期支護(hù)閉合成環(huán)后施作。一是為了盡早封閉圍巖保證圍巖的穩(wěn)定，二是施作仰拱初期支護(hù)后鉆孔機(jī)械能置于堅(jiān)硬的基面上，更宜施工。②為降低揚(yáng)塵，鉆孔的同時(shí)需在孔眼處灑水降塵。

(2)質(zhì)量控制。①鉆孔前復(fù)核樁孔中心位置，如偏差大于50mm 則應(yīng)調(diào)整預(yù)埋管道位置或重新選點(diǎn)鉆孔。②樁孔時(shí)應(yīng)垂直于基面，鉆孔的垂直度偏差不大于1.5%?？刹捎迷阢@機(jī)行走輪胎旁噴油漆的方法進(jìn)行觀察，如發(fā)現(xiàn)鉆機(jī)偏移量超過允許值時(shí)必須馬上停止鉆孔作業(yè)，待調(diào)整鉆機(jī)位置至原油漆處后才能重新鉆進(jìn)。③成孔直徑不小于60mm，并滿足設(shè)計(jì)孔深。④成孔滿足要求后使用高壓風(fēng)管將孔中的土屑等雜物清理干凈，然后使用土工布條堵塞孔眼，以避免土屑等雜物進(jìn)入孔中。

3.3.4 安裝鋼管

(1)施工方法。①由于鋼管樁較長(zhǎng)，鋼管采用分段接長(zhǎng)的方法安裝至設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，節(jié)段間采用內(nèi)連接套的方法連接。②鋼管樁安裝完成后將孔口處鋼管與孔壁之間的縫隙填塞封閉，保證后續(xù)的注漿質(zhì)量。

(2)質(zhì)量控制。①為保證鋼管間的連接質(zhì)量，首先需要保護(hù)鋼管樁的管端(即套口端)，防止有損傷和變形。②連接前，應(yīng)檢查鋼管樁的管口有無變形和損傷，如發(fā)現(xiàn)有局部變形應(yīng)進(jìn)行修復(fù)或替換。③孔口處鋼管與孔壁之間的縫隙需保證填塞密實(shí)，以保證注漿壓力的控制。

3.3.5 確定注漿參數(shù)

(1)理論注漿量計(jì)算。計(jì)算理論注漿量一是可以避免材料的浪費(fèi)，二是可以防止注漿量過多引起壓力過大，進(jìn)而影響地基結(jié)構(gòu)。

每延米鋼管樁的理論注漿量計(jì)算公式為:

式中:β 為實(shí)際測(cè)定的基底圍巖孔隙率;r 為實(shí)際測(cè)定的基底圍巖擴(kuò)散半徑(m);D1為鋼管外徑(m);D2為鋼管的內(nèi)徑(m)。

經(jīng)測(cè)定新儀張隧道暗洞段地基軟弱圍巖空隙率β=0.18，擴(kuò)散半徑r=1m，鋼管外徑D1=0.05m，鋼管內(nèi)徑D2=0.044m，代入公式得出V0=0.567m3。

單根鋼管樁的理論注漿量計(jì)算公式為:

式中:L 為單根鋼管樁長(zhǎng)度;V0為每延米鋼管樁理論注漿量。試驗(yàn)段單根鋼管樁設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為9m，代入公式得出V=5.01m3。

(2)試驗(yàn)方法:選定3 跟鋼管樁，分別使用水灰比0.8:1、水灰比1:1和水灰比1.2:1 這三種配合比注漿。注漿時(shí)當(dāng)壓力達(dá)到0.5Ma 時(shí)停止注漿，間隔10min 后再持續(xù)注漿，這就是“間隔注漿”。當(dāng)注漿量達(dá)到理論注漿量時(shí)，同時(shí)記錄注漿終壓。同時(shí)通過監(jiān)控量測(cè)觀察基底變形情況，以確定注漿終壓，防止基底鼓漲，導(dǎo)致破壞結(jié)構(gòu)。

(3)注漿參數(shù)的選定。經(jīng)過試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)使用水灰比0.8:1 的水泥漿注漿達(dá)到理論注漿量時(shí)的注漿終壓為1.7Ma，通過監(jiān)控量測(cè)觀測(cè)基底有較小變形現(xiàn)象發(fā)生;使用水灰比1:1 的水泥漿注漿達(dá)到理論注漿量時(shí)的注漿終壓為1.3Ma，并且通過監(jiān)控量測(cè)觀測(cè)基底無變形現(xiàn)象發(fā)生;使用水灰比1.2:1 的水泥漿注漿時(shí)，通過監(jiān)控量測(cè)觀測(cè)基底雖無變形現(xiàn)象發(fā)生，但是達(dá)到理論注漿量時(shí)的壓力僅為0.9Ma，不滿足設(shè)計(jì)要求。因此最終選定使用1:1 水泥漿，注漿終壓控制為1.3Ma。

3.3.6 拌制水泥漿液

水泥漿液要嚴(yán)格按照水灰比為1:1 的比例配置，配置時(shí)水泥以每袋50Kg 計(jì)算，用水通過事先計(jì)量過的容量為50Kg 的水桶加入攪拌桶。水泥漿在攪拌桶內(nèi)至少攪拌3 分鐘后才可以使用，從而達(dá)到攪拌均勻。水泥漿需隨拌隨用，如果遇設(shè)備故障或其他原因致使水泥漿液擱置時(shí)間超過20min，應(yīng)將漿液廢棄。

3.3.7 注漿

(1)施工方法。①注漿過程中要合理安排注漿順序，采取先中間，后兩邊的間隔注漿順序(見下圖2)。這樣做一是擠壓地下軟弱圍巖中的地下水向兩邊“流動(dòng)”，避免在注漿加固體中產(chǎn)生“囊狀飽和水圍巖”，使注漿獲得更好的效果。二是可以減小注漿壓力擴(kuò)散面，減小對(duì)地基的擾動(dòng)，確保施工質(zhì)量和安全。②注漿時(shí)安排專人負(fù)責(zé)記錄注漿量和注漿壓力，注漿量通過在攪拌桶內(nèi)畫刻度線的方法計(jì)算，注漿壓力從壓力表上讀取。設(shè)定當(dāng)壓力達(dá)到0.5Ma 時(shí)要暫停注漿，間隔10min 后再持續(xù)注漿，這就是“間隔注漿”。因?yàn)榇藭r(shí)注漿孔附近漿液比較集中，在同等壓力下漿液擴(kuò)散較慢，所以間隔10min 再注漿是為了讓漿液適當(dāng)擴(kuò)散，提高注漿效果。③注漿結(jié)束后用高一等級(jí)的水泥漿填塞孔眼。

圖2 鋼管樁注漿順序示意圖

(2)質(zhì)量控制。①注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):注漿過程中，壓力逐漸上升，流量逐漸減小，當(dāng)壓力達(dá)到注漿終壓，注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的80%以上，可結(jié)束該孔注漿;注漿壓力未能達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，注漿量已達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量，并無漏漿現(xiàn)象，也可以停止該孔灌注。②注漿壓力與基底圍巖、圍巖孔隙率、地下水發(fā)育情況等都有關(guān)系，存在不確定性，同時(shí)壓力過大會(huì)對(duì)隧道基底產(chǎn)生破壞，所以實(shí)際施工中以控制注漿量來控制注漿壓力，以評(píng)定注漿量是否達(dá)到理論注漿量來判斷是否完成注漿。③達(dá)到注漿結(jié)束條件后不要立即拆除注漿管路，應(yīng)穩(wěn)壓至少3min 觀察壓力表的變化，如壓力下降過多，需再次注漿，確保基底圍巖達(dá)到“飽和水泥漿”狀態(tài)。

4 總結(jié)

4.1 注漿壓力的有效控制

通過注漿記錄的分析，當(dāng)壓力達(dá)到0.5Ma 時(shí)注漿量一般為理論注漿量的60%，如持續(xù)注漿，則壓力持續(xù)上升，達(dá)到理論注漿量時(shí)壓力可達(dá)到1.6Ma～2.0Ma，同時(shí)通過監(jiān)控檢測(cè)發(fā)現(xiàn)基底圍巖有變形現(xiàn)象的發(fā)生。而通過“間隔注漿”，當(dāng)壓力達(dá)到0.5Ma，停止10min 后再持續(xù)注漿直至理論注漿量的壓力一般為1.1～1.3Ma，基底圍巖無變形現(xiàn)象。說明通過控制理論注漿量和采用“間隔注漿”的方法來避免因注漿壓力過大而引起地基仰拱變形的措施是可行的。

4.2 地基鋼管樁加固效果檢測(cè)

4.2.1 樁間土擠密效果檢測(cè)

按設(shè)計(jì)要求沿線路縱向連續(xù)每50m 抽樣檢驗(yàn)4 個(gè)點(diǎn)，在孔之間形心點(diǎn)附近，成孔擠密深度內(nèi)，每1m 取樣測(cè)定其干密度、擠密系數(shù)和濕陷系數(shù)。經(jīng)檢測(cè)樁間土最小擠密系數(shù)為0.90，平均擠密系數(shù)0.95，平均濕陷系數(shù)為0.009，滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2.2 樁基承載力檢驗(yàn)

設(shè)計(jì)要求檢測(cè)數(shù)量為總樁數(shù)的2‰，且不小于3 根。新儀張隧道鋼管樁共4340 根，所以沿縱向每35m 檢測(cè)一根，共9 根。經(jīng)平板荷載試驗(yàn)，單樁復(fù)合地基承載力為190～210Ma 之間，符合設(shè)計(jì)要求大于180Ma。

4.3 質(zhì)量控制要點(diǎn)

通過新儀張隧道鋼管樁加固黃土隧道地基的施工中可以得出，保證鋼管樁加固的作用效果，需要控制以下內(nèi)容:

鋼管樁質(zhì)量控制要點(diǎn)表

其中特別需要的注意的是防止注漿壓力過大對(duì)圍巖地基產(chǎn)生破壞，所以準(zhǔn)確計(jì)算理論注漿量和準(zhǔn)確記錄實(shí)際注漿量就顯得特別重要。

4.4 施工改進(jìn)措施

新儀張隧道屬于Ⅴb 圍巖，要求仰拱與掌子面距離不得大于35m，這就要求鋼管樁需要及時(shí)迅速的施作。通過上訴施工方法，在新儀張隧道地基鋼管樁施工中雖然基本能夠滿足施工進(jìn)度的要求，但是由于與棧橋的“交叉”阻礙，會(huì)影響鉆機(jī)的鉆孔作業(yè)。因此建議改進(jìn)鉆孔機(jī)具，向更加輕便、靈活的方向發(fā)展。二是鋼管樁注漿以控制注漿量來控制注漿壓力，因此注漿量的準(zhǔn)確性就顯得特別重要。本隧道注漿量是通過在制漿桶上劃線來確定，存在較大誤差，因此建議使用能準(zhǔn)確記錄注漿量的注漿機(jī)具。

5 結(jié)束語(yǔ)

在新儀張隧道暗洞段(DK601 +090～DK601 +400)的地基處理施工中，經(jīng)過以上過程的控制，在減小對(duì)初期支護(hù)不良影響的同時(shí)，通過后期的監(jiān)控量測(cè)證明實(shí)現(xiàn)了隧道軟弱地基的零沉降。說明隧道地基鋼管樁注漿加固從圍巖孔隙率和地下水發(fā)育情況著手，計(jì)算理論注漿量，通過控制注漿量和注漿順序，來避免出現(xiàn)因壓力過大引起地基變形的措施是切實(shí)可行的。

隨著我國(guó)鐵路的跨越式發(fā)展，為了確保工程質(zhì)量，確保運(yùn)營(yíng)安全，對(duì)隧道軟弱地基的處理要求將會(huì)更加嚴(yán)格。因鋼管樁注漿加固在隧道地基處理中有著諸多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。