城市隧道全断面注浆加固施工

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【摘要】为了提高地铁隧道施工的安全性以及稳定性，采取全断面注浆加固技术已成为城市暗挖隧道施工的重要方式。本文结合具体工程案例探讨了全断面注浆加固技术在施工现场的应用效果。

【关键词】全断面注浆；暗挖隧道；地铁施工

1.概述

在地下水丰富的地区进行施工，对地层处理不到位会造成大流的水土流失，严重时会产生塌方。对该种地层加固可采用冻结法、水平旋喷和注浆三种。本文只考虑采用注浆法进行地层加固。在全、强风化花岗岩中进行注浆改良需满足以下条件，方能达到施工要求：⑴由于全、强风化花岗岩地层的可注性很高，要求一次注浆范围不能过大，注浆压力及注浆量、浆液凝胶时间可控，减少浆液用量。⑵由于开挖轮廓线内注浆是为了开挖安全，而开挖轮廓线外注浆是为了提高其承载力与初支共同承载，针对不同部位，要求注浆区别对待、有强有弱。⑶一次性注浆长度要和注浆周期有最佳的时间匹配优势。

2.注浆方案

二重管钻机双液注浆工艺是以改良土壤为目的，一方面增加土体的强度，另一方面达到止水的效果。具有以下特点：⑴采用二重管钻机施工，钻杆具有成孔和双液注浆功能，确保钻孔和注浆连续、快速进行；浆液在二重管钻机的端头混合器内混合，实行横向喷射，具有可靠性、可控性。⑵可以进行一次、二次注入切换，回路变换装置容易实现，能实行复合多频次注入。 ⑶二次注入材料是低粘性且凝胶时间长的浸透性注浆液，可以用压力喷射到均匀的土质颗粒之间，由于这样的操作方法，减少了对周围建筑物的影响。⑷由于一次注入是限制注浆，二次注入是渗透注浆，浆液不会向注入范围外溢出，从而有利保护地下环境而不被污染，对场地污染小、对周边环境影响小。⑸设备简单、轻便，工艺易操作、施工效率高，无需注浆管、成本较低、具有经济性

3. 注浆材料及注浆参数

由于地层为透水性较强，注浆过程中实质是为了全面置换出土体水份和提高土体强度，常用注浆材料性能对比见表1。采用普通水泥+水玻璃+外加剂注浆材料可以起到改善、加固地层的效果。

表1 常用注浆材料性能对比

材料名称 主要特点及性能

水泥浆液 材料来源广泛，成本较低，无毒性，工艺简单，黏度随水灰比而变，可小至16s大至139s。凝结时间随水灰比的增加而延长，从数小时至数十小时，抗压强度较高，稳定性差，在致密的土体中注浆较为困难。

水泥+水玻璃浆液 材料来源广泛，价格较低，对环境及地下水无毒性污染，浆液配制简单，可早强，凝胶时间可控制在几秒至几十分钟范围内，水玻璃波美度越小，胶凝越快，掺量越少，胶凝越快。结石体抗压强度较高。

⑴浆液配比采用PO32.5以上普通硅酸盐水泥，40 Be°以上水玻璃。其中，水泥浆水灰比控制在（0.8～1.2）：1，外加剂掺量占水泥用量的5%，水玻璃与水泥浆的体积比为1：1。

⑵ 注浆参数

1）注浆范围：考虑通道周边承载及开挖安全，依据勘测报告，设计推荐地层的加固强度为1.2Mpa，加固范围为隧道及周边外3m以内。

2）注入率：注入率是注入预定土层范围内浆液量Q（m3）与预定注入范围地层总体积V（m3）的比值。从实践经验知，淤泥质土壤保持在30以上注入率，则注入效果较明显，故注入率确定为30～50。

3）注入速度：一般情况下速度控制8～20 L/min的范围。

4）注入压力：注入压力是注浆施工效果好坏的关键因素之一。由现场实验注入的数据，经分析后确定注入压力为：预注P=0.3～1.0Mpa；补注P=1.0～1.5Mpa。

5）注浆孔布置：按注入范围内可获得全面加固的注入目的确定注入孔的间隔及布设方法，见图1。按照设计孔位，角度施做注浆孔，孔位由工作面向开挖方向呈辐射状，钻孔布置成圆形圈。

6）注入量：注入量可由下式计算：Q=λ×V；λ=n×a（1+β）式中：Q为注入量（L）；λ为注入率；V为加固土的体积（L）；a为填充率；β为损失系数。通常a（1+β）=0.8～0.95，β因土质条件不同差异极大，取值为0.1～1。

4. 施工过程控制

二重管钻机采用特殊的端头混合器和二重管注入方式。

⑴钻孔：开钻前，严格按照施工布置图，布好孔位。钻机定位、钻杆角度要准确。从不同角度钻进，要求孔位偏差不大于2cm，入射角度偏差不大于1°；钻孔前调整钻杆的角度并对准孔位后，钻机不得移位及随意起降。

⑵注浆：首先用清水从注浆混合室的端点送出，确保畅通，将端点关闭进行横喷射切换。一般喷射速度8-20L/min。每段注浆量应严格按设计进行，跑浆时，采取封堵、间歇注浆等措施确保注浆量满足设计要求。在进行阶梯回抽喷射时，一般后退分段长度为30～50cm。

⑶封堵：所有阶梯喷射完毕后，对注浆孔用止浆塞或砂布等措施封堵。

⑷动态调整及监控：根据观测结果，当沉降超过警戒值的区域，即在该点处实施动态注浆，钻孔方向根据需要可在0～90°范围内调整。

5.小结

二重管无收缩浆液加固技术在全、强风化花岗岩中成功应用，可以证明该工艺是改良该地层的有效手段。⑴加固后可以保证开挖面土体的稳固，使地层的物理力学指标大幅提高，能有效地控制土体变形。⑵注浆材料凝结时间可调，可调至十几秒，缩短了强度上升期，可以实现注完即开挖，而且可以起到有效的止水作用。⑶所使用设备小，所需空间不大，可以在洞内灵活应用，注入角度可以在0～90°内随意调整，且钻杆可以灵活来回伸缩，可以实现多角度多频次注浆。

参考文献：

[1]陈轲.应用钻孔雷爆技术破坏深孔注浆套管[J].安徽冶金科技职业学院学报. 2011（04）

[2]翁明月.主立井井筒壁后深孔注浆技术应用[J].煤炭工程. 2014（05）

[3]张永.综采工作面过断层超前深孔注浆技术应用研究[J].安徽理工大学学报（自然科学版）.2013（03）