淺埋暗挖隧道的注漿加固施工技術探索

朱建勛

（昆明軌道交通有限公司 云南 昆明 650011）

淤泥質(zhì)地層，具有高壓縮性、高靈敏度、強度低等特點，易產(chǎn)生蠕動現(xiàn)象，開挖后自穩(wěn)能力極差。軟弱地層暗挖隧道施工，最核心問題是通過注漿改善土層性質(zhì)，提高土層的承載力和自穩(wěn)能力。在施工中，采用劈裂注漿，可以改善土層性質(zhì)，加固土層，使工程取得良好的效果。

1.工程案例簡介

某隧道施工的總長度為58.5米 ，寬6m，大約16.9米路線需要明開挖，理論設計結(jié)果選擇框架結(jié)構。但由于該地區(qū)交通不便，明開挖方法不能實施。因此，選擇了淺埋暗挖法進行替代。整個暗挖段工程長約42米，凈空寬6米，凈高2.5米。暗挖段選用圓弧拱襯砌以及擋墻式洞口，開挖路段路面選用混凝土平鋪。

1.1 地質(zhì)概況

實驗檢測結(jié)果顯示，該場地土層從上而下可以分為4個層次：

1.1.1 層雜填土

該土層整體顯示為灰黑和雜色，厚度在 3.6～5.0m之間，層底標高為 9.08±10.05m。該土層表面為混凝土、道路面板，往下則是以淤泥質(zhì)土為主，并含有少量煤渣、碎石灰土等雜物的素回填土。

1.1.2 層淤泥質(zhì)雜填土

該土層整體顯示為黑灰色，厚度在3.2～6.5m之間，底層標高不均勻，在2.58m～6.58m之間。該土層土質(zhì)松散，含水量較高，檢測時的已經(jīng)達到了飽和狀態(tài)。該土層以腐殖質(zhì)為主，同時并有少量的碎石腐木，因此，該土層散發(fā)出腥臭味。

1.1.3 亞砂土夾粉細砂

該土層在集中在施工場地南部，呈現(xiàn)灰白色，土層厚度在3.8m～3.2m之間，層底標高相對均勻，為2.65±3.30m。與層雜填土層類似，該土層含水量較高，處于飽和狀態(tài)，土層中含有少量的氧化鐵、粉細砂等化合物。

1.1.4 粉細砂與亞砂土互層

冶煉廢渣處理是云南省礦產(chǎn)行業(yè)的常見問題，且省內(nèi)多采取建立填埋場方式來處理固體廢渣。但廢渣一旦發(fā)生泄漏將會使地下水污染，將造成嚴重的環(huán)境污染，危害社會 [1]。對于填埋場污染問題研究，目前主流的方法是通過計算機軟件建立地質(zhì)模型，以此來模擬預測地下水污染狀況[2]。GMS軟件在地下水溶質(zhì)運移模擬方面有成熟的應用，很適合處理本次研究問題[3,4]。

該土層分布較均勻，呈現(xiàn)為褐色和灰綠色，土層厚度在7.0m～8.7m之間，層底標高比較均勻，為-5.70～-4.42m。該土層以石英、長石和云母等礦物質(zhì)為主，含有少量的灰綠、紫紅硬狀顆粒物體。

1.2 施工重難點

施工隧道土層的上方是雜填土，不同土層泥土成分和分布特點差異性加大：3～8m的土層的河流常年淤積而成，主要成分為飽和狀淤黏土；8～16m的土層為河底部分，主要成分是飽和砂性土，最顯著的特點是自穩(wěn)性極差。隧道距離地面非常淺，最淺的部分只有3m，而且在隧道頂部還有大量的電力、電信、路燈等數(shù)種管道路線通過，而且?guī)缀醪淮嬖谶w移的可能。開挖工作主要集中在淤泥質(zhì)粘土地層中，該土層的特點是高壓縮性、高靈敏度、強度低，發(fā)生蠕動的可能性較大，開挖過程中自穩(wěn)性能非常差，很容易造成塌方、地面沉降等施工事故，施工質(zhì)量很難得到保障。因此，必須采取相應的措施進行加固。在此次施工過程中，選擇注漿的方法來解決加固的問題。由于施工土層自穩(wěn)性極差，普通的注漿方法很難起到保證性的加固效果，因此，本次采用壓力注漿的方式，選擇了擬采用劈裂注漿方法。下文主要對該注漿方法的一些具體實施方法進行了探討和分析。

2 注漿加固施工管理過程

2.1 劈裂注漿加固原理

在進行劈裂注漿時，注漿管出口高壓作用下噴出的的漿液會在對地層周圍形成附加壓應力，壓迫土體出現(xiàn)裂縫，漿液就會順著土體強度低的地方向強度高的地方劈裂，漿體冷固后就會對土體的網(wǎng)絡或骨架形成強力的支撐，達到加固的效果。在漿液注入的過程中，漿液會擠開土體中的淤泥質(zhì)土，使得其向兩邊分散或者直接擠出土層。另外，在注漿范圍內(nèi)，注漿過程會擾動淤泥質(zhì)土，該土層的強度就會被大幅度削弱，當注漿過程完成后淤泥質(zhì)土中的壓力就會消失，漿液固結(jié)和土體化學固結(jié)就能加強土體的強度，防止土體發(fā)生變形。但該注漿方法的弊端是土層固結(jié)有可能導致土體的沉降和位移。

2.2 劈裂注漿過程

從劈裂注漿的原理我們可以看到，劈裂注漿總的是把土體進行壓密后再劈裂，根據(jù)漿液對土體作用的差異，可以把這個過程分為三個步驟：

(1)鼓泡壓密階段。在注漿的初始階段，漿液中所含有的能量較小，不能立即破開土體形成裂縫，當漿液逐漸聚集在注漿管孔周邊時，就會以橢形泡體的形式逐漸擠壓土體，土體所承受的壓力會越來越大，壓力和流量曲線如圖1所示，在曲線的初始部分噴出的漿液較少，所承受的壓力增長速度不斷加快，說明此時土體還沒有出現(xiàn)裂縫，直到曲線中的第1個峰值壓力，此時土體被破開，該點（即a點）所對應的壓力稱為啟裂壓力，曲線中該點以前的部分都屬于鼓泡壓密階段。

(2)劈裂流動階段。當漿液對土體的壓力超過啟裂壓力時，漿液就會在土體的裂縫中流動，劈裂面發(fā)生在阻力最小的小主應力面。在漿液的作用下，土體層會沿著已有的軟弱破裂面逐漸破裂，漿液就會順著新形成的裂縫流動。如果土體層面比較均勻，初始劈裂面就會顯示為垂直的效果。

2.3 注漿材料的選擇

注漿材料的種類較多，而且不同種類的注漿材料性能差異較大。在當前，以水泥系和無毒的硅酸鹽系漿材比較流行。但施工隧道土層大多是淤泥質(zhì)黏土，穩(wěn)定性較差，一般的注漿材料很難起到理想的加固效果。此外，隧道底部注漿對漿液后期的強度要求比較高，在多方面比較后，選擇了水泥水玻璃雙液注漿作為注漿材料。如果采用水泥漿液、水泥黏土漿液進行注漿，注漿過程中土體受壓后會很快固結(jié)，不能進行進一步的加固，而且在后面的固結(jié)過程中，漿液中多余的水分在黏土中不能拍排除，只有通過黏土中劈開的裂隙中慢慢溢出，溢出的過程很有可能發(fā)生跑漿的問題。采用水泥水玻璃材料就可以避免這些問題，水泥水玻璃反應后結(jié)石率達到100%,無水排出。水泥水玻璃漿液混和后黏度變稠,流動性差,用濃稠的漿脈擠壓土體,使周圍的土再固結(jié)。因此注漿材料選用水泥水玻璃漿液。水泥漿水灰比W/C=1∶1;水玻璃的加量為3%,水玻璃為非堿性水玻璃,濃度為 25°Be′～35°Be′,模數(shù)為 2.5～3.0。以上數(shù)據(jù)可以根據(jù)實際情況進行微調(diào)。

2.4 注漿壓力的設定

由于隧道頂部距離地面很淺，在進行注漿時，漿液沿水平剪切方向流動會在地表出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象,因此劈裂注漿的極限壓力值須滿足下式:

表1 加固土體和原狀土的物理力學指標比較表

圖1 注漿壓力曲線圖

式中,為注漿孔深度。實際注漿過程中,考慮注漿管道的壓力損耗、注漿端頭漿體堵塞等影響,現(xiàn)場調(diào)整后采用的注漿壓力初壓為 0.5～1.0MPa,終壓為 2.0MPa,大于計算的劈裂注漿的極限壓力。

2.5 注漿量的設定

式中,為單孔注漿量 (m3);L為注漿段長(m),取全孔長減去孔口段(1m左右);R為漿液擴散半徑(m),取0.75; 為注漿段土層孔隙率,取54.3%;為漿液損失率,取1.25。該數(shù)據(jù)也可以根據(jù)實際情況進行微調(diào)。

2.6 注漿效果

在本次注漿過程完成后，對加固土體進行開挖，觀察記錄了注漿加固的范圍?？梢钥吹綕{脈分布較為明，,注漿孔周圍有明顯的擠密土體。采取物理力學指標對加固后的土體進行檢測后，加固效果非常明顯，相關的物理力學指標檢測結(jié)果如表1所示：

結(jié)語

從本次工程實踐的結(jié)果可以看到，在對淤泥質(zhì)黏土地層土質(zhì)的隧道實施開挖的工程中，在正式開挖前，采用的超前預注漿來對淤泥質(zhì)黏土進行加固具有很強的操作性，可以有效的完成軟流塑地層的加固作業(yè)，避免了施工時洞內(nèi)涌泥的問題，有效的降低了地面沉降和隧道周邊變形等安全隱患。為了獲得更好的加固效果，在注漿的過程中，施工人員要充分了解施工場地的土層條件、注漿孔布置、凝膠時間等現(xiàn)場施工條件。在進行施工設計時，要注重理論與實際的結(jié)合；在施工過程中，要做好相關的施工管理和現(xiàn)場監(jiān)督工作，尤其要注意注漿過程中一些參數(shù)（如注漿壓力、注漿速率和注漿量）的設定，在施工時，要根據(jù)實際的施工情況不斷對這些參數(shù)進行調(diào)整。

[1]王夢恕.地下工程淺埋暗挖通論[M].合肥:安徽教育出版社,2004.

[2]關寶樹.隧道工程施工要點集[M].北京:人民交通出版社,2003.

[3]張旭芝,符飛躍,王星華.軟流塑淤泥質(zhì)地層劈裂注漿加固試驗研究 [J].地下空間,2003,23(4):405-408.

[4]鄺健政,咎月穩(wěn),王杰.巖土注漿理論與工程實踐[M].北京:科學出版社,2001.