地鐵工程地層預(yù)加固技術(shù)綜合分析

馬江偉

（中國(guó)水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710000）

在我國(guó)當(dāng)前城市地鐵隧道施工過(guò)程之中，地層預(yù)加固技術(shù)是有效保障圍巖穩(wěn)定性的重要工程技術(shù)措施。并且在進(jìn)行國(guó)內(nèi)外的工程施工中，地層預(yù)加固技術(shù)對(duì)于周?chē)膰鷰r具有較為強(qiáng)大的穩(wěn)定作用，這也就是表明當(dāng)沒(méi)有針對(duì)地形地質(zhì)條件而采取相應(yīng)的施工辦法進(jìn)行加固，則較容易出現(xiàn)一些重大的安全事故，造成較大甚至重大的生命財(cái)產(chǎn)損失，并且當(dāng)前我國(guó)城市地鐵埋線較深，且地質(zhì)較為復(fù)雜，地面上的建筑物又較為集中，因此為了更好地保護(hù)我國(guó)建筑物和地下管道，避免因施工造成的沉降、變形等發(fā)生破壞，就必須采取較為有效的地層預(yù)加固措施來(lái)有效保障我國(guó)施工安全。并且據(jù)實(shí)地調(diào)查了解到我國(guó)地鐵工程地層預(yù)加工技術(shù)主要有超前錨桿、超前小導(dǎo)管、大管棚預(yù)注漿、凍結(jié)法等多種方法，具體選用時(shí)，則應(yīng)該根據(jù)我國(guó)當(dāng)前工程所處的環(huán)境和條件的不同來(lái)進(jìn)行加固方法的選擇，通過(guò)超前地質(zhì)加固措施的綜合運(yùn)用，可以降低地鐵施工對(duì)周邊建筑物的影響，可以促進(jìn)我國(guó)地鐵隧道施工工作質(zhì)量提升。

1 闡述各種地層與加固技術(shù)的技術(shù)適用性

1.1 超前錨桿預(yù)加固

這類技術(shù)的加固原理主要是進(jìn)行懸吊作用和組合梁等多種作用，它的主要優(yōu)點(diǎn)是在整體的巖石隧道施工過(guò)程之中應(yīng)用較為廣泛及操作方法較為簡(jiǎn)單，同時(shí)能快速發(fā)揮作用，這都是它的顯著特點(diǎn)，但是它也有著較為明顯的缺點(diǎn)，主要是在軟土隧道過(guò)程之中，由于自身圍巖的穩(wěn)定性較差，因此采用這類技術(shù)進(jìn)行預(yù)加固時(shí)，所產(chǎn)生的效果較小，這時(shí)就應(yīng)該采取超前小導(dǎo)管預(yù)注漿的方式來(lái)進(jìn)行圍巖加固。

1.2 超前小導(dǎo)管預(yù)加固

主要是在圍巖中打入超前注漿小導(dǎo)管，并向圍巖中注入水泥漿、雙液漿及改性水玻璃等膠凝材料，達(dá)到加固圍巖的作用，在它的施工過(guò)程之中，主要的優(yōu)點(diǎn)是由于它的設(shè)備簡(jiǎn)單，易于操作，工序轉(zhuǎn)換快捷，在整體的施工過(guò)程加固速度較快，并且根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)變化情況隨時(shí)調(diào)整小導(dǎo)管的注漿材料及注漿參數(shù)，并配備相應(yīng)的注漿材料，在使用的過(guò)程之中，由于造價(jià)較低，因此使用范圍較廣，但是它也存在著一定的不足，由于它的施工規(guī)模較小，加固范圍的也相對(duì)較小[1]。這些缺點(diǎn)也是我國(guó)工作人員在使用過(guò)程之中較容易關(guān)注的方面，它的適用范圍主要是在我國(guó)城市隧道較淺的暗挖法施工隧道，并且在無(wú)特定風(fēng)險(xiǎn)源的基礎(chǔ)之上被大量的采用，但是遇到一些風(fēng)險(xiǎn)較大的工程，則不會(huì)采用這類方法。如果采用這類方式，一定要與其他的超前地層加固技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的配合使用，更好的確保工程施工的安全性。

1.3 管棚預(yù)支護(hù)

主要是分為加固效應(yīng)、環(huán)槽效應(yīng)等多個(gè)內(nèi)容。其具體主要是在實(shí)施的過(guò)程之中，由于施做長(zhǎng)度較大，支護(hù)效率非常高，并且剛度較強(qiáng)，支護(hù)能力也比較強(qiáng)。因此它在使用的過(guò)程之中，對(duì)于容易產(chǎn)生塌方和地表沉陷地區(qū)有著較為明顯的效果，特別是對(duì)于控制地表沉降變形有較為明顯的作用。是在類似地質(zhì)情況下主要采用的加固方式，但是若采用非開(kāi)挖技術(shù)打設(shè)管棚，可以進(jìn)行有效控制管棚打設(shè)的方向及角度，如果僅使用管棚支護(hù)，止水效果一般，并且由于縱向搭建時(shí)設(shè)置第2排管棚難度較大，在特殊的地段，距離不長(zhǎng)的地層會(huì)產(chǎn)生一些影響。它的適用范圍主要是軟弱沙土層、斷層破碎帶淺埋、大偏壓等地質(zhì)條件下的地下構(gòu)建物的超前支護(hù)。并且它可以作為臨近或穿越既有建筑物等對(duì)沉降有特殊要求的工程施工過(guò)程之中的輔助施工方法。

1.4 高壓旋噴樁預(yù)支護(hù)

加固原理主要是運(yùn)用高壓水流的切割作用和高壓氣體的攪拌作用等多種方式改善土的物理學(xué)的性質(zhì)，并且它的主要優(yōu)點(diǎn)分為以下幾類，首先它的成樁質(zhì)量較好，均勻性較好且強(qiáng)度較高，因此它的承載能力也較大，具有較強(qiáng)的防滲作用。在使用的過(guò)程之中安全可靠性較強(qiáng)，并且較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用，成本也比較低，但是它的缺點(diǎn)主要是樁長(zhǎng)受一定的限制，一般平均水平噴樁長(zhǎng)8～15 米，在風(fēng)化破碎圍巖過(guò)程之中，由于它的成孔效率較低，成孔半徑較小，且漿液的擴(kuò)散范圍較小[2]。因此它主要適用于一些處理淤泥和淤泥質(zhì)土等地層，并且對(duì)于含大粒徑塊、大量植物有機(jī)質(zhì)的地層適用性較差，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行后續(xù)分析與調(diào)查。

1.5 注漿預(yù)加固

這項(xiàng)措施的主要原理是利用水泥漿或化學(xué)類材料來(lái)進(jìn)行化學(xué)膠結(jié)作用來(lái)進(jìn)行有效填充，并且通過(guò)這項(xiàng)措施來(lái)有效改變土的物理學(xué)結(jié)構(gòu)性質(zhì)。所需要的設(shè)備較為簡(jiǎn)單。同時(shí)規(guī)模性較小，費(fèi)用也比較低，施工靈活較為方便，同時(shí)它的工期性較短，地層適應(yīng)性較強(qiáng)，所產(chǎn)生的噪音較小，因此應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，但是注漿理論與實(shí)際施工過(guò)程之中較容易產(chǎn)生一些偏差，因此在注漿設(shè)計(jì)時(shí)，很大程度上需要依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方式來(lái)進(jìn)行，并需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況在過(guò)程中對(duì)注漿參數(shù)進(jìn)行修正。而注漿參數(shù)的選擇也十分重要，如果選擇不當(dāng)就會(huì)注漿效果不佳，影響整體地質(zhì)加固的效果[3]。

2 地鐵工程地層預(yù)加固技術(shù)綜合比較

2.1 棚式預(yù)支護(hù)與注漿的技術(shù)比較

大管棚水平旋噴樁這些都被列為預(yù)支護(hù)技術(shù)。并且他們各自呈現(xiàn)出不同的優(yōu)缺點(diǎn)，管棚加固的強(qiáng)度大，但是相應(yīng)的鋼材耗用量也很大。并且單純的大管棚加固沒(méi)有防止?jié)B漏的效果，這樣就會(huì)導(dǎo)致后期工作產(chǎn)生一些滲漏問(wèn)題。旋噴樁具有一定的強(qiáng)度，又能防止?jié)B透，因此在極軟的地層之中，能夠有效控制上方凸起變形。在洞內(nèi)施工過(guò)程之中，兩種施工工藝都需要設(shè)置一定的工作空間來(lái)進(jìn)行施工。并且大管棚預(yù)支護(hù)施工過(guò)程之中，采用水平鉆孔，還需要一定的施工搭接空間，因此就必須在工作斷面局部進(jìn)行擴(kuò)大[4]。

2.2 旋噴樁與管棚的技術(shù)比較

在我國(guó)當(dāng)前的工程施工過(guò)程中，因其具備較廣的地層加固適用范圍及較好的加固效果，應(yīng)用范圍最為廣泛。兩種加固方式存在著不同的加固效果。主要是兩者的加固作用機(jī)理與力學(xué)有著一定的聯(lián)系，但是在實(shí)際的使用中，發(fā)現(xiàn)由于我國(guó)鋼管的強(qiáng)度較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于土體的強(qiáng)度，因此鋼管與土體結(jié)合效果較差，具有較為明顯的不穩(wěn)定性。并且反映到地層變形力的傳遞上，水平旋噴機(jī)的可效應(yīng)可以減少變形的作用和范圍。并且與管棚不同的水平旋噴樁。自身的強(qiáng)度隨直徑的變化而改變。大管棚則不一樣，它的直徑多大就表明管棚的強(qiáng)度有多強(qiáng)。當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一些沉降現(xiàn)象，需要工作人員高度重視[5]。

并且在對(duì)地層的改良方面，大管棚可以采用注漿的方式，主要是運(yùn)用一種填充注漿方法來(lái)對(duì)地層的改良進(jìn)行開(kāi)展，但是由于改良有限，難以形成較為完整連續(xù)的固結(jié)體，這樣管棚之間仍存在著較多的滲水通道，當(dāng)?shù)叵滤^多時(shí)，大管棚的止水效果不好[6]。

2.3 旋噴樁加固與注漿加固的技術(shù)比較

從廣義上來(lái)談水平旋噴樁的加固和注漿加固都是采用注漿的方式來(lái)進(jìn)行的，以期可以通過(guò)改善土體的物理力學(xué)性質(zhì)來(lái)提高地層的抗剪強(qiáng)度，我國(guó)靜壓的注漿一般壓力較小，當(dāng)漿液流入后一般都是流動(dòng)狀態(tài)。需要一定時(shí)間凝結(jié)固化才能形成強(qiáng)度，取得良好的加固效果。同時(shí)，漿液進(jìn)入土體之后，流動(dòng)及加固方向不可控，一般偏向于薄弱位置。整體注漿效果難以控制與檢查。

我國(guó)高壓旋噴樁漿液在高速的噴射下會(huì)呈現(xiàn)出不同的形態(tài)。但是也呈現(xiàn)出一定的負(fù)面影響，主要是由于他本身不容易穿透土壤，會(huì)存在一些難以解決的問(wèn)題。一般常使用的材料是水泥，因其具備較好的性能，較為常見(jiàn)。但是它的漿液配比就非常的重要，十分復(fù)雜，需要工作人員高度重視。減少由于漿液配比錯(cuò)誤而產(chǎn)生不良影響，從而對(duì)后期的施工造成不良影響。

因此相比注漿技術(shù)，高壓旋噴技術(shù)具有成本低，速度較快等多方面優(yōu)點(diǎn)，但是由于碎石直徑較大，含量較多，就會(huì)導(dǎo)致噴射質(zhì)量較差，有時(shí)不如靜壓噴漿。這也就表明工程人員在進(jìn)行注漿技術(shù)選擇時(shí)，更要切合實(shí)際，從實(shí)際工程的需要出發(fā)，來(lái)進(jìn)行注漿技術(shù)的選擇，以便發(fā)揮其作用，為后續(xù)工程順利開(kāi)展提供極大幫助。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我們也不難看出，為了更好的促進(jìn)工程質(zhì)量提升，就需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，來(lái)選取較為合理的技術(shù)來(lái)進(jìn)行加固處理，從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看水平旋噴樁預(yù)支護(hù)，相對(duì)于注漿加固和管棚預(yù)支護(hù)的成本較低，但是水平旋噴樁預(yù)支護(hù)與管棚預(yù)支護(hù)工藝要求較高，不同的施工工藝在成本上差距比較大，綜合考慮注漿預(yù)加固技術(shù)，必須在經(jīng)濟(jì)技術(shù)上具有了一定的優(yōu)勢(shì)，因此在地鐵工程選擇時(shí)，需要工作人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的情況來(lái)選擇較為合理的加固技術(shù)來(lái)提升我國(guó)工程質(zhì)量。