南京隧道加固公司为您分析盾构隧道底层加固措施

南京隧道加固公司为您分析盾构隧道底层加固措施。城市中的地铁线路大多是沿着城市主干道布置，盾构施工过程中，经常发生盾构隧道靠近和下穿路边建筑物的情况，盾构施工会扰动地层和引起地下水渗透流失，会引发邻近建筑物地基的沉降。为确保邻近建筑物的安全，需要对建筑物的地基和基础进行加固处理。常用的加固处理方法有三类：一是采用注浆或施作旋喷桩等方法改良、加固、强化地基；二是采用加固、托换(桩基)的方法加固建筑物基础；三是采用施作各种连续咬合的桩基或地下连续墙，把盾构隧道和建筑物的基础隔离开，避免、减轻盾构隧道施工对建筑物地基和基础造成影响。在广州地铁施工中遇到了盾构隧道靠近一处高架桥钻孔桩基的情况，采用袖阀管注浆加固地基的方法，减轻了盾构隧道施工对高架桥钻孔桩基的影响，保证了高架桥的安全。

1 工程概况

广州地铁某号线某区间全长2 716.4 m，起、终点里程为CK64+351～CK67+060。本区间盾构隧道采用单层管片砌衬，六分块方案，材料为C50、P12钢筋混凝土，管片砌衬内径5 400 mm、外径6 000 mm，厚300 mm，幅宽1 500 mm、1 200 mm。

隧道采用土压平衡盾构施工。在CK65+760处下穿一座横跨道路的高架桥，高架桥的中线与隧道线路中线的交角为82.36°。盾构隧道在CK65+760处管片**部的埋置深度为10.39 m。

高架桥的桥面为两幅，双向6车道，两幅桥的中线间距为15 m，两幅桥下各设一个双柱式桥墩，每个墩下有4根?1.2 m的钻孔桩，钻孔桩桩长为35.5～36.8 m，桩基承台尺寸为10.6 m×6.8 m×2.0 m。左线盾构隧道管片外缘与高架桥17号墩的4根钻孔桩净距只有4.27～4.32 m，右线盾构隧道管片外缘与高架桥18号墩的4根钻孔桩净距只有4.34～4.42 m。高架桥的桥墩钻孔桩基与盾构隧道的相对关系如图1所示。

桥下地层自上而下为厚1.3～3.6 m的全新统人工填土、厚2.1～4.7 m的海陆交互相淤泥、厚3.4～5.8 m的淤泥质土、厚9.7～14.8 m的淤泥粉细砂层、厚4.7～8.3 m的粘性土及冲—洪积砂土及粘性土层，下伏基岩为风化程度不等的混合花岗岩。其中，厚度较大、代号为<2-2>的海陆交互相沉积淤泥质粉细砂层主要为淤泥质粉砂、淤泥质细砂，含淤泥质及少量**质，局部有贝壳碎片，呈深灰色、饱和、松散状，大范围分布。盾构隧道穿越的地层大部分在泥粉细砂层和粘性土及冲—洪积砂土及粘性土层中。

2 地基加固方案的选定和设计[1]

2.1 地基加固方案的选定

根据桥下的地质条件和盾构隧道与高架桥钻孔桩基之间的距离，决定采取两项措施对桥下地层进行加固：一个是在盾构隧道与高架桥钻孔桩基之间用袖阀管注浆的方法形成一道隔离墙，把二者隔离开;二是用袖阀管注浆的方法改良、加固盾构隧道通过路段的地基土层，提高桥下的这一段土层的强度、稳定性，降低其渗水性，避免和减少盾构隧道施工过程中发生渗水和土层坍陷事故的可能性。

2.2 地基加固方案设计

地基加固方案设计分为两部分:①隔离墙部分。在盾构隧道与钻孔桩基之间布置4排@0.80 m袖阀管注浆孔，压注水泥—水玻璃双浆液。注浆不但加固了盾构隧道与钻孔桩之间的地基土层，注浆凝固以后的土体还能形成一道防渗隔离墙，防止因地下水大量流失而导致桩基的地基沉陷，隔断盾构隧道施工对高架桥钻孔桩基的影响。②对盾构隧道通过路段的土层进行袖阀管注浆，压注水泥浆液，加强这一段的地基强度和稳定性，降低盾构隧道通过时对周边土层的不利影响。

(1)经现场试验得出，注浆压力在0.8～1.5 MPa时压注的水泥—水玻璃双浆液，扩散半径能够达到0.55 m，压注纯水泥浆液时扩散半径能够达到0.65 m。因此，防渗隔离墙的4排袖阀管注浆孔的间距和排距均设计为0.8 m，梅花形布置，顺盾构隧道中线方向每排布置46个注浆孔，隔离墙长度为37.0 m左右(出两幅桥墩桩基承台外缘各5 m以上)，隔离墙宽度为3.2 m左右，加固高度为16 m(盾构隧道管片上下各5 m)，每座防渗隔离墙设置184个注浆孔。注浆完成后，在盾构隧道与钻孔桩之间形成一道长×宽×高=37.0 m×3.2 m×16 m的防渗隔离墙。4排注浆孔平行盾构隧道中线布置。两个桥墩旁的两道防渗隔离墙共计设置了2×184个注浆孔。

(2)盾构隧道地基加固注浆孔布置在盾构隧道通过的路段上，间距和排距均设计为1.0 m，梅花形布置，沿盾构隧道中线方向每排布置36个注浆孔，加固长度为37.0 m左右。在横向，中线左侧(右侧)布置3排注浆孔，加固宽度约为3.5 m左右，注浆范围可与隔离墙的注浆范围衔接；中线右侧(左侧)布置5排注浆孔，加固宽度约为5.5 m左右，全部加固宽度约为9.0 m左右，加固高度为12 m(盾构隧道管片上下各3 m)。每侧共设置8×36=288个注浆孔，左、右两条盾构隧道通过路段上共计设置了2×288个注浆孔。袖阀管注浆加固地基的范围如图1所示。

3 袖阀管注浆设备的选型

根据工地的地层情况以及施工环境的条件，选用了适合在饱和粉细砂层中钻孔的、无锡探矿机械厂生产的MD-80AG型跟管钻机,扭矩：4 500 N·m,转速：12/25/32/45/75/90 r/min,上拔力：65 kN,立轴行程：1 800 mm,钻杆直径：89 mm,钻孔深度100 m,主电机功率：30 kN,额定加压力：33 kN,外型尺寸：1 500 mm×900 mm×1 200 mm。注浆机选用天津聚能厂生产的SPB-120型双液注浆机，注浆压力：0～10 MPa,主电机功率：18.5 kN。泥浆泵选用PW-120型，压力：0.5～5 MPa,主电机功率：4 kN。另配两台500 L搅浆机，分别搅拌水泥浆和水玻璃溶液。

4 施工参数设计

隔离墙段的土层中压注水泥—水玻璃双浆液，注浆压力0.8～1.5 MPa。水泥浆液与水玻璃浆液的体积比为1∶1，水泥浆的水灰比为1∶1～1∶0.8，水泥用R32.5普通硅酸盐水泥、水泥用量80～100 kg/m，水玻璃用35～40 Be′，双浆液的黏度≥60 s。

盾构隧道通过路段的土层中压注水泥浆液，注浆压力0.8～1.5 MPa。水泥浆的水灰比为1∶1，水泥用R32.5普通硅酸盐水泥,水泥用量100～160 kg/m，水泥浆液的黏度≥60 s。

5 袖阀管注浆关键施工技术

袖阀管注浆施工的工艺流程如下：场地平整→测量放线、定位→地面浇筑止浆面层→钻机就位→钻孔→灌注套壳料→下袖阀管→下注浆管→注浆→注浆完成后拔管、封孔→压水、取芯试验[2,3]。

5.1 定位、浇筑止浆面层、钻孔

在钻孔孔口处先浇筑一层1.0 m×1.0 m×0.15 m的C25混凝土止浆面层，待混凝土的强度达到50%设计强度以后，按常规的方法放好孔位，架设钻机进行钻孔。钻机要架设平、稳，每次接长钻杆时都要检查钻机的平整度和钻杆的倾斜度。钻机开孔时用?110 mm钻头，钻进2 m后换用?89 mm钻头，直至钻到孔底。钻孔时采用膨润土泥浆护壁，泥浆比重要控制在1.10～1.25之间。钻进过程中要做好记录，要用中速钻进，控制好钻进速度，保证护壁泥浆的供应，避免塌孔事故的发生。

5.2 灌注套壳料

套壳料又叫封闭泥浆，其主要功能是在钻孔内围住、固定PVC外管，使其处于钻孔的中心，避免注浆时发生串浆和冒浆。袖阀管注浆时，高压浆液需要先挤碎套壳料后才能进入地层中，因此，套壳料被挤的越碎注浆效果就越好，所以要求套壳料要有较高的早期强度、收缩性要小、脆性要高、粘性较低、析水性较小、稳定性较好等特性。套壳料是用R32.5普通硅酸盐水泥+膨润土+水搅拌而成的稠泥浆，配合比(重量比)一般为1∶1～1.5∶1.9～2.1，使用过程中可以做适当的调整，其比重要控制在1.20～1.35之间。为了提高套壳料的脆性，可掺入少量的粉细砂或粉煤灰。搅拌程序是先搅拌水和水泥，再加入膨润土，搅拌均匀后用钻机的泥浆泵通过钻杆将其从钻孔底部灌注，一边缓慢地提升钻杆，一边控制好注浆量，直至套壳料从孔口溢出来。

中铁隧道局在深圳地铁施工中，曾用粗砂或豆石代替套壳料，其方法是将施工工序改为钻孔之后，先下PVC外管，再在外管四周填充粗砂或豆石，在地面以下3 m段用速凝水泥砂浆封堵，也取得了较好的效果。详见参考文献[3]。

5.3 下袖阀管

套壳料灌注完毕后要立即下底部安装有锥形帽的PVC外管，采用逐段压入的方法进行。PVC管下料长度一般为4 m，两段之间用长0.2 m PVC套管加U-PVC胶合剂粘接牢固，直至将PVC外管压到孔底。在压入的过程中，要将PVC外管置于钻孔的中心，严禁用力太大，以免PVC外管被压弯或压断。为克服套壳料的阻力，可以在PVC管中灌入清水，以增加其重量。PVC外管压到孔底后，外管露出地面的长度要>0.2 m，管头上套上管头，防止杂物落入PVC外管中。

5.4 注浆

套壳料养护3～5 d强度达到0.3～0.5 MPa后才能开始注浆。将套好止浆塞的内管徐徐放入PVC外管中，直至设计的注浆部位。注浆开始前先压注清水，检验注浆设备的运转是否正常。当压注双浆液时，两条管线同时接到Y形接头上，同时注入双浆。注浆分节段进行，每段300～500 mm，在每段注浆过程中，根据注浆量和注浆压力的变化，判别注浆过程是否正常。当注浆量达到预计值，注浆压力保持在2.0 MPa,注浆量稳定在0.4 L/min左右,稳定压注15 min后即可停止注浆。在确认1段注浆合格，洗管后进行2段注浆，如此由下而上逐段进行注浆，直至完成整个钻孔的注浆工作。

注浆的顺序为：隔离墙部分的注浆孔按先注周边孔、再注中间孔的顺序进行。盾构隧道通过路段的注浆孔按照从外侧向内侧的顺序一排一排地注浆。由于注浆孔的距离比较近，每排孔可以采取1、4、7、10，2、5、8、11，3、6、9、12的顺序进行注浆。

5.5 施工监测

注浆时的施工监测主要是在注浆过程中加强对地面隆起情况的巡视，加强对注浆孔串浆、冒浆现象的观察。用精密水准仪检查地面的隆起情况，当地面隆起值过30 mm时应停止注浆，分析原因。地面隆起监测点的行距×排距按2.0 m×4.0 m布置在注浆场地上，同时还要对两个桥墩承台的四个角进行水平观测。监测频率为：盾构距立交桥中线前后25 m的范围以外，每周监测1次;进入25 m的范围内，每天1次;进入15 m的范围内，每天4次。

在盾构下穿立交桥的施工过程中，当盾构开挖工作面在立交桥中线前后25 m的范围以外时，实测地面沉降基本没有变化;在立交桥中线前后15 m以内时，地面隆起没有过20 mm，两个桥墩承台的沉降没有过6 mm,四个角的沉降差值较大为2 mm。

5.6 注意事项

(1)钻孔时要保证钻机安装平稳，就位准确，钻孔过程中不断检查、调整。确保钻孔孔位偏差≤5 mm，钻孔倾斜度≤1%，孔深偏差≤200 mm。

(2)钻孔过程中要匀速钻进，保证护壁泥浆质量和供应，避免塌孔事故的发生。

(3)压浆设备、管线就近安装，合理布置，线路不宜太长，以免降低注浆压力。

(4)注浆浆液必须按照设计的配合比配制，浆液的粘稠度、初凝时间、终凝时间、防渗性、耐久性等必须满足设计要求。

(5)注浆过程中随时注意检查和记录注浆压力、流量、注浆量等，根据注浆情况判别是否发生堵孔，是否发生串浆。若注浆压力、流量、注浆量与预计的情况出入较大时，要停止注浆，进行分析，找出问题并做出处理后才能继续注浆。

6 结束语

在广州地铁某高架桥钻孔桩基地基加固施工中，成功地使用了袖阀管注浆施工技术，用防渗隔离墙把桩基和盾构隧道隔离开，对桥下盾构隧道通过路段的土层进行注浆加固，提高了土层的强度和稳定性，降低了盾构隧道施工对周边土层的不利影响，确保了高架桥的使用安全。