劈裂注漿技術(shù)在城市淤泥質(zhì)軟流塑地層中應(yīng)用

胡振宇

在城市地鐵建設(shè)快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)下,城市中軟弱地層區(qū)域?qū)Τ鞘械罔F建設(shè)影響更加顯著,直接制約了城市地鐵線路選擇、加大了成本投入。劈裂注漿是目前針對(duì)軟土地層應(yīng)用較廣的一種注漿方法,它是在鉆孔內(nèi)施加液體壓力于弱透水性地層中,當(dāng)液體壓力超過(guò)滲透注漿的極限壓力時(shí),土體產(chǎn)生水力劈裂,形成裂縫,進(jìn)漿量突然增大。劈裂面發(fā)生在軸力最小主應(yīng)力面,劈裂注漿在鉆孔附近形成網(wǎng)狀脈絡(luò),通過(guò)漿液擠壓土體形成漿液骨架作用。在注漿壓力作用下,漿液克服地層的初始應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度,引起土體結(jié)構(gòu)的局部擾動(dòng),使地層中原有的裂隙和空隙張開(kāi),漿液的可注性和擴(kuò)散距離增大,排擠原土層中含水,在土層中形成漿液骨架,改善原有軟流塑土體結(jié)構(gòu),從而達(dá)到加固的目地,由于注漿后漿液固結(jié)體在土體中呈脈絡(luò)狀,因此又稱為脈狀注漿。通過(guò)劈裂注漿使軟流塑淤泥質(zhì)黏土形成具有一定強(qiáng)度、滲透系數(shù)較小的黏性土層,以達(dá)到穩(wěn)定土體并止水的預(yù)期效果。

1 工程概況

南京地鐵二號(hào)線上海路站—新街口站區(qū)間采用礦山法施工,區(qū)間穿越地層主要為粉質(zhì)黏土、粉土、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土夾粉土。洞室圍巖穩(wěn)定性整體較差。區(qū)間拱頂覆土厚8.4 m～10.1 m。區(qū)間隧道上方管線密集,主要有φ 1 200給水管、φ 450雨污水管、φ 500煤氣管及較多的電信電纜、110 kV電力電纜、10 kV電力電纜、80 V路燈電纜等;隧道正上方為交通繁忙的城市干道——漢中路,周邊多為高層建筑。區(qū)間隧道根據(jù)前段時(shí)期開(kāi)挖揭露的地質(zhì)情況,地層長(zhǎng)期受管線滲漏水和地層游離水的侵蝕,特別是在黏土和淤泥質(zhì)黏土中,土體已形成軟塑狀～流塑狀,增大了施工難度,直接威脅施工和管線、建筑物的安全。前期施工中出現(xiàn)多次涌水涌泥險(xiǎn)情,進(jìn)度一度受阻,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)分析采用拱頂管棚+小導(dǎo)管注漿難以在隧道外側(cè)形成有效的加固圈,對(duì)隧道上方和前方存在的軟流塑土體未能形成有效阻隔,導(dǎo)致開(kāi)挖后泥水從薄弱部位沖進(jìn)隧道施工面,因此,必須對(duì)隧道前方和周圍軟流塑土體進(jìn)行有效改良,提高該土體穩(wěn)定性,才能確保開(kāi)挖作業(yè)安全。

2 施工方法

2.1 工藝流程

工藝流程見(jiàn)圖1。

2.2 漿液選擇

考慮淤泥質(zhì)土體含水量大,在注漿后必須達(dá)到迅速固結(jié)并形成具有一定強(qiáng)度的漿液骨架,采用水泥—水玻璃雙液漿,漿液固結(jié)時(shí)間可調(diào),注漿后早期強(qiáng)度較高,有利于分步注漿安排,同時(shí)可提高注漿土體強(qiáng)度。

漿液配比選擇:選擇水灰比分別為:0.8,1.0,1.2,水玻璃波美度分別為:10 Be′,15 Be′,20 Be′,25 Be′(水玻璃原漿為 50.8 Be′,M2.39),水泥漿—水玻璃體積比為1∶0.8的漿液進(jìn)行試驗(yàn)分析,選定W/C=1∶1,15 Be′～ 20 Be′為最佳漿液配比。

2.3 注漿循環(huán)和注漿順序

根據(jù)注漿壓力控制和漿液擴(kuò)散范圍,為避免注漿長(zhǎng)度過(guò)大造成漿液無(wú)法形成有效分段劈裂現(xiàn)象,全斷面劈裂注漿單循環(huán)注漿長(zhǎng)度為13 m,開(kāi)挖9 m,每環(huán)隧道掌子面劈裂注漿順序?yàn)橄仁┕ぶ苓吙鬃{,使周邊形成殼體后,內(nèi)圈孔再進(jìn)行注漿,并適當(dāng)加大注漿壓力,以提高注漿效果。鉆孔及注漿采取間隔跳孔施工,可以選擇避免注漿時(shí)相互串漿。采用一臺(tái)YQ100C型氣動(dòng)潛孔鉆機(jī)和一臺(tái)KBY-50/70型雙液注漿泵組織施工。

2.4 注漿孔布置

注漿孔布置見(jiàn)圖2。

2.5 注漿工藝

1)止?jié){墻施工。為避免漿液注入時(shí)沿掌子面和周圍土體薄弱部位冒出,影響漿液注入,在掌子面設(shè)止?jié){墻采用C20網(wǎng)噴混凝土,厚度0.3 m。2)鉆孔。采用鉆機(jī)成孔,鉆孔精度控制在1%以內(nèi)。鉆眼順序先外圈后內(nèi)圈,鉆孔施工過(guò)程及時(shí)記錄鉆進(jìn)參數(shù),分析該段地層狀況,便于后期注漿過(guò)程漿液參數(shù)控制。3)注漿管制作。置入PVC注漿管,PVC每隔40 cm～50 cm鉆一組射漿孔,射漿孔外包橡皮套。4)安管。鉆孔形成后立即安管,利用鉆機(jī)將注漿管緩慢頂入,同時(shí)檢查頂入過(guò)程中注漿管避免偏向、破損,否則需重新清孔。5)注漿。a.填充護(hù)壁階段。向注漿管內(nèi)注入水泥—水玻璃雙漿液,配比同內(nèi)圈孔漿液配比設(shè)計(jì),待漿液沿著PVC管和孔壁之間的間隙溢出鉆孔時(shí),用棉紗等材料將間隙封閉,此時(shí)加大注漿壓力至1.0 MPa,使得在PVC管外形成密實(shí)的護(hù)壁,這樣確保注漿管與周圍土體間空隙填充密實(shí),避免直接提高注漿壓力導(dǎo)致漿液串流無(wú)法形成分段劈裂效果。護(hù)壁形成之后,對(duì)PVC管內(nèi)進(jìn)行清孔。b.初次劈裂階段。清孔之后,待PVC管與孔壁之間固結(jié)體達(dá)到一定強(qiáng)度后,進(jìn)行分段注漿。首先加大壓力使?jié){液頂開(kāi)橡皮套,擠破套殼料,在土體產(chǎn)生劈裂,并沿著裂縫擴(kuò)散,擴(kuò)散范圍受注漿壓力、時(shí)間、漿液配比、土層特征等因素的影響,一般從底部每1 m注漿一次,達(dá)到一定的壓力后,提起1 m再注漿,這樣重復(fù)進(jìn)行。注漿完成后,清洗管內(nèi)殘留漿液,以便于第二次重復(fù)注漿。c.后續(xù)劈裂階段。對(duì)于整體軟弱土體而言,初次劈裂注漿后,土體最薄弱面已經(jīng)存在漿液,但未在軟弱土體中形成漿液骨架,此時(shí)土體開(kāi)挖仍無(wú)法保證自穩(wěn)效果,需要根據(jù)鉆進(jìn)記錄分析土層性質(zhì)確定二次劈裂或三次劈裂注漿,使?jié){液在土體內(nèi)重新進(jìn)行劈裂填充,才能形成漿液骨架,達(dá)到改善土體目的。

注漿步驟同初次注漿,最終檢查注漿滿足結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后封孔。

2.6 效果檢查與補(bǔ)孔注漿

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔所揭示的地質(zhì)狀況,結(jié)合注漿過(guò)程中P—Q—t曲線分析,選擇可能出現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行鉆孔檢查。檢查孔應(yīng)不坍孔、不滲水。若達(dá)不到效果則將檢查孔作為注漿孔進(jìn)行注漿,注漿結(jié)束后再鉆檢查孔進(jìn)行效果檢查,直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求,必要時(shí)可取芯檢查。

2.7 開(kāi)挖檢查注漿效果

劈裂注漿后通過(guò)對(duì)掌子面加固土體開(kāi)挖可明顯觀察到多條漿脈分布,尤其在外圈眼先行注漿后可觀察到在內(nèi)圈漿液掌子面形成更明顯的樹(shù)狀漿脈骨架,厚度可達(dá)1.5 cm左右,沿漿脈周邊土體存在擠密失水現(xiàn)象,自穩(wěn)能力得到顯著提高,人工開(kāi)挖過(guò)程中未出現(xiàn)掉塊、掉泥現(xiàn)象,地表監(jiān)控量測(cè)沉降值控制在±10 mm內(nèi)。

3 結(jié)語(yǔ)

1)采用PVC管劈裂注漿技術(shù)可有效改善軟流塑地層,利用軟流塑土體性質(zhì)來(lái)形成更多劈裂面,在土體中形成有效樹(shù)狀漿脈骨架,提高軟弱土體自穩(wěn)性,從而有效避免涌泥、坍塌現(xiàn)象發(fā)生。2)劈裂注漿技術(shù)關(guān)鍵是漿液選型和注漿分段控制,針對(duì)實(shí)際地質(zhì)特性進(jìn)行漿液配比試驗(yàn),同時(shí)在注漿過(guò)程中明確劈裂注漿分段目的,是確保劈裂注漿效果的關(guān)鍵;通過(guò)每循環(huán)注漿參數(shù)對(duì)比優(yōu)化,可更有效地控制劈裂漿脈形成數(shù)量和漿脈厚度,從而達(dá)到加固土體節(jié)省材料的目的。

[1]鄒金鋒.劈裂注漿機(jī)理分析及其應(yīng)用研究[R].2004.

[2]周書(shū)明,陳建軍.軟流塑淤泥質(zhì)地層地鐵區(qū)間隧道劈裂注漿加固[J].巖土工程學(xué)報(bào),2002(7):31-32.

[3]章 耿.上海軟土地基劈裂注漿現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)[J].建筑施工,1995(2):8.