富水粉質(zhì)黏土、細(xì)砂細(xì)顆粒地層長(zhǎng)錨索拔除前地層加固技術(shù)方案

王 瑜

（中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，河北三河 065201）

1 工程概況

鄭州地鐵?5?號(hào)線(xiàn)經(jīng)三路站—未來(lái)北路站區(qū)間盾構(gòu)隧道左線(xiàn)DK7+137.587～DK7+231.594?段被北側(cè)瀚海璞麗中心建筑工程基坑（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“鄰近基坑”）第?2?層和第?3層錨索侵入，侵入的錨索共?126?根。將第?2?層?63?根錨索拔除后，第?3?層的?63?根錨索由于位于粉質(zhì)黏土層和粉砂層，地層含水豐富、穩(wěn)定性差，鉆孔時(shí)孔內(nèi)有泥砂和水涌出，這不僅無(wú)法成孔，而且泥砂還容易裹鉆，導(dǎo)致鉆頭和套管退出難度大。同時(shí)，錨索拔除時(shí)鉆孔內(nèi)的涌泥、涌砂會(huì)引起區(qū)間盾構(gòu)隧道范圍的地層松散，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)通過(guò)時(shí)保壓難度增大，管片后面注漿時(shí)注漿量難以控制。

本工程結(jié)合侵入盾構(gòu)隧道錨索的周邊構(gòu)（建）筑物、管線(xiàn)分布、場(chǎng)地條件以及工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，在黃河路與鄰近基坑間的空地上（避開(kāi)高壓電纜和燃?xì)夤芫€(xiàn)）建一豎井，豎井開(kāi)挖到底后向東西?2?個(gè)方向開(kāi)挖平行通道，通道終止位置與鄰近基坑邊界位置相同，豎井及平行通道的位置見(jiàn)圖?1。通過(guò)豎井、平行通道將全部錨索揭露后，采用可變形剛性套管和滾珠鉆頭鉆孔剝離錨索與周邊地層的粘結(jié)，成孔后退出套管，再用穿心式千斤頂將錨索從地層拔出。

圖1 錨索分布橫剖面圖（單位：mm）

2 袖閥管注漿方案

2.1 注漿孔布置

以錨索為中心，袖閥管按照縱橫向間距?1??200??mm?呈梅花型布置（圖?2）。每根錨索周邊布置?16?個(gè)袖閥管注漿孔，袖閥管的長(zhǎng)度（與鉆孔深度相同）為?19??200??mm。

圖2 袖閥管布置圖（單位：mm）

2.2 施工工藝

2.2.1 測(cè)放孔位

根據(jù)錨索的位置，在地面上放出袖閥管的孔位并進(jìn)行復(fù)核，孔位準(zhǔn)確無(wú)誤后在孔位中心點(diǎn)位置打設(shè)一定位樁，定位樁穩(wěn)固不松動(dòng)。

2.2.2 鉆機(jī)就位

按照測(cè)量放點(diǎn)的孔位將鉆機(jī)就位，鉆機(jī)就位后進(jìn)行鉆機(jī)調(diào)整，保證鉆機(jī)平穩(wěn)、鉆桿豎直，鉆頭與孔位中心點(diǎn)處的定位樁對(duì)準(zhǔn)，然后提升鉆桿并拔除定位樁。對(duì)于帶有外插角的鉆孔，調(diào)整好外插角度。

2.2.3 鉆孔

鉆孔過(guò)程中采用泥漿護(hù)壁，開(kāi)孔直徑不小于?120??mm（比設(shè)計(jì)要求大?10??mm），終孔直徑不小于100??mm（比設(shè)計(jì)要求大10??mm）。鉆至設(shè)計(jì)深度時(shí)，對(duì)鉆孔的深度進(jìn)行檢查，孔深符合要求后終止鉆孔并退鉆。

2.2.4 袖閥管安裝

注漿用袖閥管由塑料外管、注漿芯管、橡皮套、密封圈等組成，袖閥管單節(jié)長(zhǎng)度為?550??mm，每節(jié)的兩個(gè)端頭分別為外絲和內(nèi)絲，用于節(jié)段之間的連接。外管采用φ50～60??mm?PVC?塑料管，地面以上?2??m?以?xún)?nèi)為實(shí)管，2??m?以下管壁開(kāi)射漿孔和橡皮袖閥。袖閥管結(jié)構(gòu)如圖?3?所示。

（1）先在地面上拼接?3.3??m長(zhǎng)度袖閥管，末端用錐形堵頭封好，袖閥管上每隔?2??m?安裝?1?個(gè)由φ6.5??mm?盤(pán)條制作的定位件，定位件與袖閥管之間用扎絲綁扎牢固。

（2）成孔后拔出鉆桿，將袖閥管插入孔內(nèi)。插入袖閥管時(shí)應(yīng)保持袖閥管位于鉆孔的中心，以便灌注套殼料時(shí)將袖閥管包裹均勻。下袖閥管時(shí)將同長(zhǎng)度的φ20??mm?塑料管一同下入孔內(nèi)，作為灌注套殼料的管路。袖閥管在地面以下?2??m?為實(shí)壁管，同時(shí)在地面以下?1??m?范圍安裝φ20??mm?鍍鋅導(dǎo)氣（泥漿）管并與袖閥管用扎絲綁扎牢固，在導(dǎo)氣管端頭安裝節(jié)門(mén)（一般為球閥）。

（3）袖閥管安裝完成后將孔口用保護(hù)帽封堵，并用膠布將保護(hù)帽與袖閥管管身固定。地面下?500～700??mm?范圍用水泥漿浸泡過(guò)的棉紗填塞密實(shí)，地面下500??mm?范圍用黏土夯填，保證套殼料灌注飽滿(mǎn)。

圖3 袖閥管結(jié)構(gòu)圖（單位：cm）

2.2.5 注套殼料

（1）套殼料配合比。套殼料靠增大水泥用量調(diào)節(jié)凝固時(shí)間，施工過(guò)程中根據(jù)其強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行注漿。若套殼料強(qiáng)度不夠，則難以進(jìn)行分段針對(duì)性注漿；若強(qiáng)度過(guò)高，則需要更高的壓力注漿才能劈裂開(kāi)套殼料。一般套殼料的重量比例為，水泥?:?黏土?:?水?=?1?:?1.5?:?1.9。

（2）灌注套殼料。完成?1?個(gè)鉆孔后立即灌注套殼料，以防止發(fā)生塌孔和埋管。將配好的套殼料用注漿泵壓入φ20??mm?塑料管，套殼料會(huì)從孔底向外返漿，達(dá)到置換孔內(nèi)泥漿、填滿(mǎn)套殼料的目的。待φ20??mm?鍍鋅鋼管開(kāi)始溢漿，表明孔內(nèi)套殼料已經(jīng)注滿(mǎn)，可關(guān)閉排氣管的閥門(mén)。為保證套殼料的密實(shí)，當(dāng)灌注壓力達(dá)到?0.2??MPa時(shí)，持壓?5～10??s?再停止灌注（圖?4）。

圖4 注套殼料示意圖（單位：cm）

2.2.6 注漿

（1）注漿材料。注漿孔采用水泥-水玻璃雙液漿。水泥采用強(qiáng)度等級(jí)為?42.5?的普通硅酸鹽水泥或礦渣水泥，水玻璃波美度?35～40??Be'，密度?400～500??kg/m3。

（2）漿液配比。水灰比0.5?:?1～1?:?1，水玻璃一般稀釋后使用，最終配比根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，雙液漿初凝時(shí)間為?5～20??min，單液漿初凝時(shí)間不超過(guò)?1??h。

（3）注漿壓力。初始?jí)毫?0.2～0.5??MPa，隨注漿部位深度可加大，深度每增加?1??m，壓力可增大?0.02～0.03??MPa，但終壓不超過(guò)?1??MPa。注漿填充率，粉土約30%～50%，黏土約?15%～20%。正式注漿前應(yīng)進(jìn)行注漿試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整注漿參數(shù)，注漿過(guò)程中應(yīng)派專(zhuān)人監(jiān)控、調(diào)整注漿壓力。

（4）注漿。待套殼料達(dá)到一定強(qiáng)度后進(jìn)行注漿，注漿從外圍向內(nèi)部順序進(jìn)行。為防止串漿，注漿采用跳孔的方式進(jìn)行。單根袖閥管注漿采用后退式分段注漿，分段長(zhǎng)度為?550??mm。將注漿芯管插入袖閥管管底開(kāi)始第?1?段注漿，第?1?段注漿完成后將芯管后退進(jìn)行第?2?段注漿，芯管每次提升的長(zhǎng)度為?550??mm，如此下去直到完成整個(gè)注漿段注漿。

（5）終止注漿。注漿壓力達(dá)到?0.2～0.5??MPa、注漿量小于?1～2??L/min?時(shí)終止注漿，即使注漿量達(dá)不到要求但注漿壓力達(dá)到1??MPa?時(shí)也需終止注漿。在錨索拔除過(guò)程中，如果豎井、平行通道、地表、管線(xiàn)、鎖口圈梁等的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常，可以進(jìn)行多次注漿，對(duì)地層進(jìn)行反復(fù)加固。

2.2.7 洗管和管口保護(hù)

每次注漿結(jié)束后，將管內(nèi)的漿液用清水沖洗干凈。管口覆蓋嚴(yán)實(shí)，保證下次注漿正常進(jìn)行。

2.2.8 注漿（袖閥）管回填

錨索拔除完成后，向管內(nèi)填充細(xì)砂，距離孔口500??mm?范圍內(nèi)填充黏土封口并搗實(shí)。

3 深孔注漿方案

3.1 注漿孔布置

注漿孔沿錨索周?chē)贾?，以錨索為中心在向外0.5??m、1??m?的圓周上布孔?2?圈，孔間距?0.8??m，孔深?12??m。外圈孔的主要作用是在錨索周?chē)纬梢粋€(gè)加固圈，控制內(nèi)圈孔注漿時(shí)的漿液外躥，內(nèi)圈孔的主要作用是注漿加固地層（圖?5）。

圖5 深孔注漿孔布置圖（單位：mm）

3.2 施工工藝

3.2.1 鉆孔

用?ZLJ-700?鉆鉆孔，鉆孔的傾角為?15°，與錨索的傾角保持一致。先施工外圈孔后再施工內(nèi)圈孔，鉆成一個(gè)孔并注漿后再進(jìn)行下一個(gè)鉆孔施工。由于地層富水、松散，成孔難度大，鉆孔過(guò)程中通過(guò)鉆桿向孔內(nèi)注“水玻璃+磷酸”混合液物隔水，以保證成孔順利。

注漿孔的深度為開(kāi)孔位置至盾構(gòu)隧道遠(yuǎn)端起拱線(xiàn)位置的水平長(zhǎng)度，每個(gè)鉆孔的深度由測(cè)量組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量后提供，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員再根據(jù)孔深計(jì)算出孔長(zhǎng)。

3.2.2 注漿

（1）注漿材料。注漿用漿液為“水泥?+?水玻璃”漿液，水?:?灰=1?:?1，水泥?:?水玻璃=1?:?1；水玻璃波美度?25～35??Be'，地層中含水量大時(shí)水玻璃的波美度取大值，含水量小時(shí)水玻璃的波美度取小值。

（2）注漿壓力。根據(jù)平行通道深孔注漿的經(jīng)驗(yàn)值，外圈孔的注漿壓力控制在?0.5??MPa?以?xún)?nèi)，內(nèi)圈孔的注漿壓力控制在?0.8～1.0??MPa。

（3）注漿量。注漿量Q參照式（1）計(jì)算：

式（1）中，Q為注漿量，m3；R為漿液擴(kuò)散半徑，m；L為注漿孔長(zhǎng)度，m；n為地層孔隙率，取?0.3；α為地層填充系數(shù)，取?0.8；β為漿液消耗系數(shù)，取?1.1～1.2。

（4）注漿。鉆孔至設(shè)計(jì)深度后，采用后退式注漿加固地層，鉆桿后退?100??mm?注漿?1?次，直至單孔注漿結(jié)束。鉆機(jī)的鉆桿為雙壁式，鉆桿內(nèi)輸送一種漿液，兩壁的空間里輸送另外一種漿液。注漿時(shí)，先注外圈孔再注內(nèi)圈孔；同一圈跳孔注漿，先注奇數(shù)孔再注偶數(shù)孔。注漿過(guò)程中采用間歇注漿的方式以有效控制注漿區(qū)域（圖?6）。

圖6 鉆孔注漿

3.2.3 結(jié)束注漿

注漿采用注漿量和注漿壓力雙指標(biāo)控制，以注漿壓力控制為主。注漿壓力達(dá)到控制壓力時(shí)，持荷?2??min?壓力不下降時(shí)結(jié)束注漿。注漿量達(dá)到計(jì)算注漿量，但注漿壓力沒(méi)有達(dá)到控制壓力時(shí)，繼續(xù)注漿直至達(dá)到控制壓力。

4 加固方案比選

采用深孔注漿加固錨索周?chē)牡貙雍?，成孔過(guò)程中不再出現(xiàn)塌孔和涌水及泥砂的現(xiàn)象，并且采用的漿液凝固快，地層加固完成后就可開(kāi)始錨索拔除工序，漿液和土體的強(qiáng)度也適合“滾珠鉆頭”鉆進(jìn)?！靶溟y管注漿”和“深孔注漿”2?種方案對(duì)錨索周?chē)貙舆M(jìn)行加固效果對(duì)比見(jiàn)表1。

由表1?可見(jiàn)，在平行通道內(nèi)采用“深孔注漿”加固錨索周?chē)貙臃桨傅男Чh(yuǎn)勝于在地表采用“袖閥管注漿”加固錨索周?chē)貙臃桨傅男Ч?。最終確定采用在平行通道內(nèi)“深孔注漿”加固錨索周?chē)貙臃桨浮?/p>

表1 袖閥管注漿與深孔注漿比較表

5 結(jié)論與建議

（1）本工程采用“深孔注漿”加固錨索周?chē)貙臃桨感Ч黠@，剩余的?63?根錨索在地層加固后順利拔出。

（2）“深孔注漿”加固地層后，鉆孔拔除錨索雖然效果理想，但“深孔注漿”加固錨索周?chē)貙有枰茸{加固地層之后再鉆孔拔除錨索，工序較多，建議研制一種鉆孔與注漿一體化的套管，使其既能減少工序又能保證即時(shí)注漿。

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