王書峰

青島市政管理處 山東 青島 266000

引言：盾構(gòu)在始發(fā)和接收過程中,均需要破除隧道范圍內(nèi)的支護(hù)結(jié)構(gòu),施工時(shí)間較長(zhǎng),破除面積大,往往會(huì)造成洞門坍塌,地面沉陷以及上方管線斷裂等,風(fēng)險(xiǎn)較大。因此,需要對(duì)始發(fā)和接收洞門進(jìn)行加固,以控制洞門周圍土體的變形。

常見的端頭加固有旋噴注漿法和冷凍法。冷凍法在南方淤泥地質(zhì)條件下應(yīng)用較多,工程造價(jià)較高。旋噴注漿應(yīng)用較多,費(fèi)用相對(duì)較低,但是其需要的設(shè)備多,占地較大,受地表建筑物和地下管線的影響較大。水平注漿加固可以在洞內(nèi)施工,不需拆改地下管線,且費(fèi)用較低,適用性強(qiáng)。下面就水平注漿加固施工技術(shù)做簡(jiǎn)單介紹。

1 巖土工程條件簡(jiǎn)述

1.1 地層地質(zhì)條件 根據(jù)該場(chǎng)地巖土工程勘察報(bào)告,本工程端頭土體加固范圍在層底標(biāo)高12.137m～0.137m 范圍內(nèi)共涉及到第四紀(jì)新近沉積層(Q42＋3al＋pl)、第四紀(jì)全新世沖洪積層(Q41al＋pl)、第四紀(jì)晚更新世沖洪積層(Q3al＋pl)。

1.2 水文地質(zhì)條件 根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告,對(duì)工程建設(shè)有直接影響的主要是上層滯水、潛水和承壓水,其中：

上層滯水(一)：含水層巖性為粉土③層、粉細(xì)砂③3層以及局部填土層,本次勘察僅在C15＃鉆孔中揭露。水位標(biāo)高為16.76m,水位埋深9.0m。該層水分布不連續(xù),透水性較差,主要接受大氣降水及側(cè)向徑流補(bǔ)給,等垂直補(bǔ)給,以蒸發(fā)、側(cè)向徑流、向下越流補(bǔ)給的方式排泄。

潛水(二)：含水層巖性為粉土④2層及粉細(xì)砂④3,水位標(biāo)高為11.36～13.85m,水位埋深為11.2～14.4m,。該層透水性好,主要接受側(cè)向徑流及越流補(bǔ)給,以側(cè)向徑流的方式排泄。

承壓水或?qū)娱g潛水(三)：含水層巖性為粉土⑤層,水位標(biāo)高為11.30～14.13m,水位埋深為11.36～13.85m,觀測(cè)時(shí)間為：。由于其頂板隔水層粉土④層的不連續(xù)性,此層水與上部潛水貫通。主要接受側(cè)向徑流及越流補(bǔ)給,以側(cè)向徑流和人工開采的方式排泄。

承壓水(四)：含水層巖性為細(xì)中砂⑦層,水頭標(biāo)高為0.52～2.76m,水頭埋深為23.0～25.4m。

2 施工方案選擇

盾構(gòu)端頭加固方案的選擇,應(yīng)滿足安全可靠的前提下,充分考慮施工場(chǎng)地。施工速度和施工成本,綜合比較得出的。加固方案安全可靠的依據(jù)是洞門破除后能有效抵擋洞門口處的水土壓力、能有效的封堵洞門維護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)的滲水和易破除的加固體。

深層水泥攪拌樁法是利用水泥作為固化劑的樁體,通過配有專用鉆頭的深層攪拌機(jī)械在地基深部就地將軟土和固化劑強(qiáng)制拌合,使一定范圍的軟土硬結(jié)而提高整體基的符合強(qiáng)度。受機(jī)械能力的限制,其施工質(zhì)量隨著加固深度的增加,其成樁質(zhì)量部號(hào)控制,往往不能保證。

冷凍法加固地層是利用人工制冷的方法,將低溫冷媒送入地層,把加固范圍周圍的地層凍結(jié)成封閉的連續(xù)凍土墻,以降低土壓力,并隔絕地下水與開挖體之間聯(lián)系,此種方法一般使用與淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,夾粉土及粉砂地層,地下水位高,且在基坑內(nèi)出現(xiàn)大量涌水、涌砂現(xiàn)象,施工條件異常復(fù)雜。

水平深孔注漿加固法主要是使用水平地質(zhì)鉆頭成孔,采用前進(jìn)式二重管注漿或一次式單管邊回抽邊注漿的施工方法,從而達(dá)到加固地層,提高土體自穩(wěn)性控制水土流失的方法。施工條件限制小,使用機(jī)械簡(jiǎn)單輕便,注漿材料價(jià)格較為經(jīng)濟(jì),并且對(duì)任何土層均可以加固。

3 水平深孔注漿二重管無收縮定向噴注WSS工法的優(yōu)點(diǎn)

(1)采用特殊的端點(diǎn)監(jiān)控器和二重管噴射方式,使注入系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單,具有很高的可靠性、經(jīng)濟(jì)性。

(2)可以進(jìn)行一次、二次噴射切換,回路變換裝置容易實(shí)行,所以能實(shí)行復(fù)合噴射。

(3)瞬結(jié)性一次噴射和浸透性二次噴射的復(fù)合比率,在土層改良時(shí)可以自由地設(shè)定,從粘土、砂質(zhì)土到地下水非常多的砂礫層,以及更加復(fù)雜的復(fù)合地層都可以適用。

(4)二次噴射材料是低粘性且凝膠時(shí)間長(zhǎng)的浸透性漿材,可以用壓力噴射到均勻的土質(zhì)顆粒之間,由于這樣的操作方法。減少了對(duì)周圍建筑物的影響。

(5)由于一次噴射是限制噴射,二次噴入是的滲透噴射,漿才不會(huì)向噴入范圍外溢出,從而有利保護(hù)地下環(huán)境而不被污染。

(6)土體加固原理：

a、注漿中,注漿達(dá)到一定壓力后,在注漿孔周圍會(huì)產(chǎn)生一定大小的泡體,隨著壓力的為斷增加,在漿液泡體上方的土體會(huì)產(chǎn)生一個(gè)倒立錐形剪切面;另一方面,當(dāng)漿液泡體的直徑d增大時(shí),周圍的土體將提供越來越大的阻力。設(shè)漿液泡體的向上總壓力為Fy,漿液泡體的水平總壓力為Fx,園柱形漿液泡體的平面投影面積為Ay,園柱形漿液泡體的側(cè)面面積為Ax。

則有：

Ay＝∏×d2/4Fy＝σ×AyΔσ∏

Ax＝2∏×d2×1Fx＝σ×Ax

因?yàn)棣抑凳俏ㄒ?所以Fy的增加與漿液直徑r的平方成正比,而Fx的增加與漿液直徑的一次方成正比。因此漿液向上總壓力的增加幅度遠(yuǎn)大于總水平力的增加幅度。在一定壓力下,漿液泡體直徑達(dá)到了一個(gè)極限值Rmax與RL相應(yīng)的注漿壓力設(shè)為pn。該值時(shí),水平和向上在壓力足以使得漿液充填土體間的縫隙,從而改良土體的物理指標(biāo)。

b、注漿時(shí)在不改變地層組成的情況下,將土層顆粒間存在的水強(qiáng)迫擠出,使顆粒間的空隙充滿漿液并使其固結(jié),達(dá)到改良土層性壯的目的,其注漿特性是使該土層內(nèi)聚力C,內(nèi)摩擦角ψ值增大,從而使地層粘接強(qiáng)度及密度增加,起到加固作用,顆粒間隙中充滿了不流動(dòng)而且固結(jié)的漿液后,使土層透水性降低,而形成相對(duì)隔水層。

4 施工工序流程

(1)布孔：由測(cè)量人員按要求放出加固區(qū)域的孔位線,加強(qiáng)環(huán)梁最外圈孔間距為0.2m,等距離布置;截面積圓環(huán)內(nèi)孔間距0.4m,梅花型布置,當(dāng)因腳手架限制或初支拱架限制可適量增加孔距,但最大孔距不允許超過0.6m,編號(hào)后由專人做孔位記錄(圖布孔示意圖)。

(2)成孔：孔徑42mm,縱深度7.5m,其中復(fù)孔按水平縱向深度7.5m、5m 和3m 鉆深鉆進(jìn),其傾斜角度和鉆桿長(zhǎng)度以實(shí)際離盾構(gòu)輪廓外三米的對(duì)邊距離及縱深長(zhǎng)度的鄰邊距離用正切三角函數(shù)計(jì)算后定位鉆桿角度和要求鉆桿長(zhǎng)度。

(3)配漿：漿液必須嚴(yán)格按配比調(diào)配,攪拌必須有足夠的時(shí)間以保證漿液的A 液和C液濃度均勻。

(4)注漿：噴入管設(shè)置完畢后,將端點(diǎn)進(jìn)行關(guān)閉而進(jìn)行橫噴射切換。一般噴射量為15―20L/min,將噴入材料施加壓力,可以實(shí)現(xiàn)縱向滲透效果。在壓力達(dá)到1.2Mpa或該深度的注漿量≥0.5M3時(shí),在提出雙重管長(zhǎng)度20～40cm 后在開始新一輪注漿,當(dāng)注漿端頭提升至封堵端墻壁1.5m后并在該深度注漿完成后,則該注漿孔位結(jié)束注漿。

(5)當(dāng)所有階梯噴射注漿完畢后,對(duì)噴漿后地面實(shí)行封密,恢復(fù)原狀。為保證工期進(jìn)度要求,盡快進(jìn)入實(shí)質(zhì)性注漿加固進(jìn)行,鉆孔注漿順序擬從端頭的上端向端頭下端推進(jìn),以減少鉆孔操作時(shí)的水流對(duì)已加固土體的影響。

(6)深孔注漿完成后,在隧道正式開挖前,需進(jìn)行鉆芯取樣測(cè)定抗壓強(qiáng)度,加固后的土體強(qiáng)度需達(dá)到1.5MPa以上;如未達(dá)要求,需補(bǔ)充注漿。

總結(jié)

水平深孔注漿工法解決了盾構(gòu)機(jī)在城市主干道下方接收的難題,工藝簡(jiǎn)單、操作方便、材料便宜,工法可節(jié)省交通導(dǎo)改、管線改移占地等施工時(shí)間和費(fèi)用,節(jié)省投資,具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。