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摘要：對(duì)南京地鐵某區(qū)間隧道軟流塑地層的大管棚加超前小導(dǎo)管劈裂注漿加固方案進(jìn)行了介紹，并對(duì)注漿材料及配比進(jìn)行了試驗(yàn)研究，根據(jù)注漿效果可知，設(shè)計(jì)的劈裂注漿加固方案可滿足超前加固的要求。

關(guān)鍵詞：軟土地層;劈裂注漿;水泥-水玻璃雙液;現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

劈裂注漿是目前應(yīng)用較廣的一種軟弱土層加固方法，它既可應(yīng)用于滲透性較好的砂層，又可應(yīng)用于滲透性差的粘性土層。劈裂注漿采用高壓注漿工藝，將水泥或化學(xué)漿液等注入土層，以改善土層性質(zhì)，在注漿過(guò)程中，注漿管出口的漿液對(duì)四周地層施加了附加壓應(yīng)力，使土體發(fā)生剪切裂縫，而漿液則沿著裂縫從土體強(qiáng)度低的地方向強(qiáng)度高的地方劈裂，劈入土體中的漿體便形成了加固土體的網(wǎng)絡(luò)或骨架。由于漿液在劈入土層過(guò)程中并不是與土顆粒均勻混合，而是呈兩相各自存在，所以從土的微觀結(jié)構(gòu)分析，土除受到部分的壓密作用外，其他物理力學(xué)性能的變化并不明顯，故其加固效果應(yīng)從宏觀上來(lái)分析，即應(yīng)考慮土體的骨架效應(yīng)。
實(shí)踐表明，對(duì)于軟—流塑粘土地層，由于地層透水性差，有時(shí)滲透注漿或壓密注漿都難以達(dá)到理想效果，而劈裂注漿可利用其液壓在地層中產(chǎn)生劈裂孔隙，改善地層的可注性，從而達(dá)到注漿加固的要求。

1工程概況
南京地鐵南北線一期工程珠江路站—鼓樓站和鼓樓站—玄武門站兩區(qū)間隧道，設(shè)計(jì)采用礦山法修建。在珠江路站北端段，隧道穿過(guò)地層為軟—流塑粉質(zhì)粘土，覆土厚度約9m，地面有2棟7層樓房，1棟4層樓房和一條700污水管;在玄武門站南端段，隧道穿過(guò)地層為軟～流塑淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，覆土厚度約8m，地面有2棟2層樓房，3棟5層樓房和一條900污水管。
以上兩段軟—流塑粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，強(qiáng)度低，靈敏度高，易產(chǎn)生蠕動(dòng)現(xiàn)象，開挖后自穩(wěn)能力極差，易坍塌，地面沉降難以控制，嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生洞內(nèi)涌泥現(xiàn)象，使施工無(wú)法進(jìn)行，因此必須對(duì)土體進(jìn)行預(yù)加固。

2施工方案
經(jīng)工程調(diào)研和論證，決定采用臺(tái)階分步開挖法施工，同時(shí)采用大管棚+小導(dǎo)管超前預(yù)注漿的輔助工法。長(zhǎng)管棚結(jié)合小導(dǎo)管注漿和掌子面超前預(yù)注漿法，是在隧道拱部打設(shè)長(zhǎng)管棚和小導(dǎo)管注漿，對(duì)拱部進(jìn)行加固和超前支護(hù)，并對(duì)隧道掌子面的地層進(jìn)行注漿改良，然后在管棚和加固拱圈的保護(hù)下進(jìn)行開挖、支護(hù)與襯砌。
設(shè)計(jì)拱部150°范圍設(shè)立管棚支護(hù)，注漿加固范圍1.5m，大管棚采用長(zhǎng)40m的？108鋼管，鋼管打孔注漿，大管棚搭接長(zhǎng)度3m，環(huán)向間距0.35m;短導(dǎo)管采用3m長(zhǎng)的？32普通水煤氣管，搭接長(zhǎng)度1.5m，環(huán)向間距0.35m;長(zhǎng)導(dǎo)管采用13m長(zhǎng)的

圖1圖1大管棚+小導(dǎo)管超前注漿示意圖
Ⅰ—小導(dǎo)管超前注漿;Ⅱ—掌子面封閉注漿;Ⅲ—臺(tái)階開挖;Ⅳ下臺(tái)階開挖;Ⅴ—大管棚支護(hù);Ⅵ—下臺(tái)階初期支護(hù);Ⅶ—拱部初期支護(hù)

圖2掌子面注漿孔布置圖
42PVC劈裂注漿管，搭接長(zhǎng)度4m，間距0.5m×0.5m;邊墻采用中空錨管注漿。開挖臺(tái)階長(zhǎng)度2～3m，上臺(tái)階施工時(shí)設(shè)置臨時(shí)仰拱封閉，臨時(shí)仰拱采用16工字鋼，噴20cm厚C20混凝土，兩側(cè)各設(shè)置2根32、長(zhǎng)2.5m的鎖腳錨桿，鎖腳錨桿置入角度60°;下臺(tái)階開挖時(shí)，對(duì)上部鋼架拱腳處，應(yīng)采用跳槽開挖，及時(shí)支撐開挖后的拱腳。為進(jìn)一步控制地表沉降，保護(hù)地面環(huán)境，在開挖及一次支護(hù)完成后，及時(shí)在其背后進(jìn)行回填和固結(jié)注漿，充填由于開挖所形成空隙。對(duì)軟流塑淤泥質(zhì)粘土而言，本工法的關(guān)鍵是注漿，控制地面沉降和拱頂下沉的關(guān)鍵是注漿效果。

3注漿材料隧道所通過(guò)的地層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，含水量大，透水性差，在此土層中采用劈裂注漿法加固時(shí)，不但存在土體受壓后固結(jié)問(wèn)題，還存在漿液本身的固結(jié)問(wèn)題，漿液固結(jié)后如有多余的水份，它在粘土內(nèi)無(wú)法排出，只能靠粘土中被劈開的裂隙排出，因此采用水泥漿液或水泥粘土漿液時(shí)會(huì)造成到處跑漿現(xiàn)象。水泥-水玻璃雙液不僅具備水泥漿的特點(diǎn)，而且還兼有某些化學(xué)漿液的特點(diǎn)，如漿液膠凝時(shí)間可在幾秒至幾十分鐘之間準(zhǔn)確控制，結(jié)石體抗壓強(qiáng)度高，結(jié)石率可達(dá)98%～100%等，可注性比純水泥漿明顯提高。采用水泥-水玻璃雙液可克服注漿過(guò)程中的跑漿現(xiàn)象，有效提高固結(jié)土體早期強(qiáng)度，也有利于漿脈四周被擠壓土體的再固結(jié)和整個(gè)地層強(qiáng)度的提高。
為確定合適的注漿材料及配比，對(duì)6個(gè)不同品種的水泥-水玻璃漿液進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)，考察了漿液初凝時(shí)間、凈漿立方抗壓強(qiáng)度與水泥品種、水灰比及水玻璃加量范圍的關(guān)系。室驗(yàn)分兩個(gè)步驟進(jìn)行：第一步通過(guò)對(duì)漿液凝聚時(shí)間、凈漿立方體抗壓強(qiáng)度與水泥品種關(guān)系的研究，選出兩種合適的漿材;第二步對(duì)選出的兩種漿材，通過(guò)對(duì)其與水玻璃反應(yīng)特性的比較，從中選出最合適的水泥品種、水灰比及水玻璃加量范圍。試驗(yàn)采用正交設(shè)計(jì)方法安排，用多指標(biāo)綜合平衡法分析試驗(yàn)結(jié)果。由漿材及配化實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：抗壓強(qiáng)度的主要影響因素是水灰比，初凝時(shí)間的主要影響因素為水泥品種。試驗(yàn)所用材料中Hc—T、Hc—T及425號(hào)普通水泥后期強(qiáng)度較高，但425號(hào)普通水泥凝聚時(shí)間較長(zhǎng)，初期強(qiáng)度也低，故決定選取Hc—T凝聚時(shí)間可調(diào)超細(xì)灌漿材料和Hc—T高強(qiáng)無(wú)收縮超細(xì)灌漿材料繼續(xù)做進(jìn)一步試驗(yàn)，研究水灰比及水玻璃加量對(duì)凝聚時(shí)間及流動(dòng)度的影響。
Hc—T高強(qiáng)無(wú)收縮超細(xì)灌漿材料試驗(yàn)結(jié)果可知：兩種試驗(yàn)材料，隨水灰比的增大，凝聚時(shí)間增長(zhǎng)，漿液流動(dòng)度增大，且在試驗(yàn)范圍內(nèi)呈現(xiàn)線性變化;隨水玻璃加量的增多，漿液初凝時(shí)間縮短，流動(dòng)度減小;在水灰比相等的情況下，Hc—T凝聚時(shí)間可調(diào)超細(xì)灌漿材料與水玻璃的反應(yīng)更快，且水灰比變化對(duì)凝聚時(shí)間和流動(dòng)性的影響更小，漿液更穩(wěn)定。
經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，決定對(duì)不同注漿管采用不同注漿材料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。大管棚：42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥-水玻璃雙液，水玻璃濃度25～35Be°，模數(shù)2.6，水灰比0.8～1.0，水泥漿與水玻璃體積比1∶0.5。小導(dǎo)管和PVC劈裂注漿管：Hc—T凝聚時(shí)間可調(diào)超細(xì)灌漿材料，水泥標(biāo)號(hào)42.5級(jí)，水灰比0.6～0.8，水玻璃濃度25Be°左右，水玻璃加量1%～3%。注漿加固壓力1.0～
1.5MPa。
4注漿效果
注漿是隱蔽性工程，為保證注漿質(zhì)量，應(yīng)對(duì)注漿效果進(jìn)行檢查。通過(guò)對(duì)掌子面加固土體進(jìn)行開挖，目測(cè)注漿加固范圍，發(fā)現(xiàn)加固土體中漿脈分布明顯，注漿孔四周也有明顯的擠密土體。采用設(shè)計(jì)方案，順利地通過(guò)了科研試驗(yàn)段的軟弱土層，施工時(shí)未發(fā)生洞內(nèi)涌泥現(xiàn)象，地面沉降和隧道周邊變形也得到了有效地控制。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，除交叉口段地面沉降較大外，其余地段地表沉降及拱頂下沉值均≤30mm。
通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)普通硅酸鹽水泥-水玻璃雙液凝固時(shí)間長(zhǎng)，有時(shí)甚至出現(xiàn)不凝固現(xiàn)象，加固效果不很理想;HC—T凝聚時(shí)間可調(diào)超細(xì)注漿材料注漿效果則明顯優(yōu)于普通水泥-水玻璃雙液，可注性好，漿液能快速凝聚。

5結(jié)束語(yǔ)
采用“大管棚+小導(dǎo)管超前預(yù)注漿+掌子面封閉注漿”劈裂注漿工法，能有效地加固軟流塑地層，防止隧道開挖時(shí)發(fā)生坍塌和洞內(nèi)涌泥等現(xiàn)象，有效控制地面沉降和隧道周邊變形。
采用劈裂注漿法加固軟—流塑淤泥質(zhì)粘土地層，要求漿液粘稠，能快速凝固，固結(jié)體早后期強(qiáng)度高。通過(guò)大量的室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，證實(shí)HC—T凝聚時(shí)間可調(diào)超細(xì)灌漿材料，當(dāng)其水灰比為0.6～0.8、水玻璃濃度25°Be左右、水玻璃加量1%～3%時(shí)，符合該地層注漿加固的要求，但其造價(jià)較高。普通水泥-水玻璃漿液加固效果不及Hc—T凝聚時(shí)間可調(diào)超細(xì)灌漿材料，但造價(jià)較低，可在注漿難度相對(duì)較小時(shí)采用。

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