小直徑盾構隧道下穿長江大堤加固技術

李永林

(中鐵十四局集團第四工程有限公司，山東 濟南 250002)

1 概述

本工程盾構隧道下穿長江大堤時，大堤的允許沉降量必須滿足水利及相關部門的驗收要求，且取水隧道設計圖紙中也對施工過程提出了控制大堤沉降[1]、確保大堤安全的要求。為保證隧道穿過長江大堤時不對其造成有害影響[2]，須對長江大堤進行預加固處理，并在盾構施工過程中從隧道內進行壓密注漿施工，從而達到有效保證大堤安全的目的。盾構隧道在穿越長江大堤前需要對長江大堤采取預加固措施：1)隧道頂部采用高壓旋噴樁對長江大堤進行預加固處理；2)對隧道下部的第四淤泥質粉質粘土層采用壓密注漿技術進行預加固處理，加固層厚度為5 m。預加固施工順序為先施工壓密注漿加固部分，然后施工高壓旋噴樁部分。同時為進一步保證盾構隧道過長江大堤時不對其產生有害影響[2]，施工中將在隧道內通過同步注漿，進一步加固地層，防止大堤產生不均勻沉降。

2 工程概況

江蘇常熟發(fā)電2×1 000 MW機組擴建工程取水系統(tǒng)位于擴建工程場地西北角，主要包括循環(huán)水泵房1座、進水隧道2條和14根垂直頂升立管。循環(huán)水泵房位于長江大堤內側，最近距離長江大堤防護林約12 m，取水隧道起始于循環(huán)水泵房北側進水間，穿越長江大堤后延伸至長江水道內約870 m。

3 預加固壓密注漿

在大堤頂面及迎水面預加固施工前需對表面的鋪砌塊和漿砌片石護坡進行清理，工程完工后按要求恢復。

3.1 壓密注漿施工工藝原理

壓漿法加固地基是將水泥漿通過壓漿泵、注漿管均勻地注入被加固土體中，以充填、擠密、滲透、凝結固化等方式，將土體膠結成一個整體，形成一個強度高、壓縮性低、抗?jié)B性高和穩(wěn)定性好的新地基，從而使地基得到了加固，同時防止或減少滲透和不均勻沉降。

3.2 壓密注漿施工

3.2.1加固范圍

壓密注漿加固范圍為盾構隧道下部同步注漿環(huán)以下5 m厚度，東西向38.1 m，南北向西線隧道30 m，東線隧道31.2 m。

3.2.2注漿孔布置

注漿孔布置：注漿孔全部布置在注漿加固范圍內，靠近注漿加固范圍邊緣最近的注漿孔距邊緣1 m，注漿孔縱橫間距均為1.5 m。

3.2.3施工工藝流程

本項目采取先引管后倒退提管注漿，再進行孔口段復注的施工方法。工藝流程圖見圖1。

漿液配比為水泥∶水=1∶0.50，水泥采用普通硅酸鹽P.O42.5水泥；注漿速度為7 L/min～10 L/min，壓強為0.2 MPa～0.5 MPa。

3.2.4施工要點

1)下壓漿管：檢查注漿頭的狀況是否良好、管路是否有堵塞現(xiàn)象、各節(jié)管路的連接情況。2)嚴格控制注漿段間距，邊壓邊提，每次提管不大于0.3 m。3)注漿用水使用前，需要進行水質檢測，檢測合格后方能使用。4)壓漿孔進行編號并做好原始記錄。5)壓力表定期校驗，確保壓漿壓力達到設計值。6)注漿前做好準備工作，包括機械器具、儀表、管路、注漿材料的檢查檢驗。7)本工程注漿范圍較深(24.3 m)，在實際施工中，對于注漿管無法振入至設計標高的，采用引孔的方式把注漿管引至-8.3 m標高，再使用振動器將注漿管振入至設計標高。

4 預加固高壓旋噴注漿

4.1 高壓旋噴樁加固工藝原理

高壓旋噴樁是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進土層預定位置后，利用高壓設備使?jié){液、水或空氣成為高壓射流從噴嘴中噴射出來，沖切、擾動、破壞土體，同時鉆桿以一定速度逐漸提升，將漿液與土粒強制攪拌混合，漿液凝固后，在土中形成一個圓柱狀固結體(即旋噴樁)，以達到加固地基的目的。高壓旋噴樁加固沿盾構過大堤軸線方向進行。加固范圍為盾構隧道頂部1 m以上至大堤頂面2.5 m以下，寬度為盾構中軸線左右兩側各7.2 m。西線隧道布置高壓旋噴樁1 250根，東線隧道布置高壓旋噴樁1 300根，共計加固方量為7 212 m3。

4.2 高壓旋噴注漿施工

4.2.1主要技術參數(shù)

本工程采用無錫XP-20型高壓旋噴樁機進行二重管法施工，成樁直徑0.7 m。漿液采用P.O42.5級(普通硅酸鹽)水泥配置，水灰比1∶1。

主要施工參數(shù)：噴漿壓力25 MPa；噴射流量取80 L/min～120 L/min；旋轉速度20 r/min；噴射管的提升速度不大于0.25 m/min，壓縮空氣壓力不小0.7 MPa，水泥用量320 kg/m。

4.2.2施工工藝流程

高壓旋噴樁的施工工藝流程見圖2。

4.3 常見問題的處理

4.3.1壓力上不去，流量正常

產生原因：安全閥和管路接頭處密封圈不嚴；泵閥損壞，油管破裂漏油；安全閥的安全壓力過低，或吸漿管內留有空氣或密封圈泄露；栓塞油泵調壓不夠。

防治處理方法：停機檢查，如果是配件損壞或者不配套原因，更換配件；如果是操作不當造成的原因，重新調試設備；維修后壓力自然上升，以清水進行調壓試驗，以滿足壓力要求。

4.3.2壓力驟然上升，流量為零，停機壓力仍不變動

產生原因：噴嘴有堵塞；管路清洗不徹底被堵塞。

防治處理方法：停機檢查，卸載壓力，如果是噴嘴堵塞，將鉆桿提升，疏通噴嘴；其他堵塞應打開接頭進行疏通，待堵塞消失后再進行旋噴施工。

4.3.3壓力稍有下降，流量正常

產生原因：注漿管被擊穿或有孔洞；高壓輸漿管路破損。

防治處理方法：高壓輸漿管路查看，無明顯破損則應停機拔出注漿管進行檢查。

4.3.4不冒漿或冒漿過大

產生原因：土層中空隙較大，使?jié){液流失，引起不冒漿現(xiàn)象；噴射壓力不足，噴嘴直徑過大，提升和旋轉鉆桿速度過慢，或有效噴射范圍與注漿量不匹配，造成冒漿過大。

防治處理方法：在噴漿過程中，有一定數(shù)量的土顆粒，隨部分漿液沿注漿管冒出地面，當冒漿量小于注漿量的20%時，是正常現(xiàn)象，超過20%或完全不冒漿時，應查明產生的原因，然后進行處理。

4.3.5旋噴體強度不夠

產生原因：使用受潮、過期或不合格的水泥；噴射時水泥漿未攪拌均勻，產生了沉淀；噴射時壓力、流量不均勻或操作方法不當，鉆桿提升和旋轉速度不均勻。

防治處理方法：選用新鮮無結塊、活性良好的合格水泥；水泥漿應拌均勻；加強操作控制，使壓力、流量、鉆桿提升速度和旋轉速度均勻，符合工藝性試驗總結要求。

5 盾構掘進同步注漿

為進一步保證盾構隧道過長江大堤時不對其產生有害影響[3]，施工中將在隧道內通過同步注漿及時填充縫隙，減少推進引起的地面沉降。

5.1 注漿材料制備

雙液固結漿，由A,B液組成。A液由水泥、優(yōu)質膨潤土和其他外加劑加水攪拌而成，B液為水玻璃。

水泥漿液初凝時間30 s，硬化后強度不低于原土體的抗壓強度，1 h抗壓強度大于0.05 MPa，1 d抗壓強度大于0.7 MPa。

5.2 注漿量控制

根據盾構及隧道幾何尺寸，計算出每推進一環(huán)，理論注漿量為Q=π/4×(R2-r2)×L×1.5=π/4×(4.932-4.802)×0.9×1.5=1.89 m3。實際施工時，根據大堤沉降觀測數(shù)據分析，及時調整注漿量。

5.3 盾構施工注漿

漿體制備：同步注漿材料經場地拌漿機制備，通過管道進入泥漿轉駁車，然后運入隧道內，并通過轉駁車自帶的注漿泵經管片注漿孔向外注出；雙液漿因為固結需要，不能提前制備，A液只能在隧道內或沉井內現(xiàn)場攪拌再與B液經混合器混合后經管片注漿孔向外注出。

注漿時間：本工程盾構施工采用同步壓力注漿，即在盾構機掘進的同時進行注漿，掘進停止后，注漿停止。注漿量或注漿壓力達不到設計要求時，可采取二次補漿方法繼續(xù)注漿。

注漿位置：當開始掘進當前環(huán)(第n環(huán))時，第n-3環(huán)已從盾構機尾刷中脫出，一般即選用該環(huán)作為注漿環(huán)。每環(huán)管片有6個注漿孔，過大堤段管片的附加注漿孔主要利于后期劈裂注漿，同步注漿時不考慮使用。為使?jié){液能充填空隙的各個部分，宜首選B1,B3,L1,L2四塊管片上的注漿孔。

注漿壓力：注漿壓力[4]應控制在略大于隧道所處土層位置的土壓力，本處在0.3 MPa以下。壓力太小漿液無法壓出，壓力太大有可能把漿液沿隧道外壁壓入盾構網格或從穿墻套管處竄出，均不可取。二次補漿的施工方法與同步注漿基本相同，不再重復說明。

6 結語

通過對盾構隧道進行預加固以及盾構施工工程中的同步注漿，最終根據監(jiān)控量測資料顯示大堤最大沉降量約為12 mm滿足規(guī)范和水利及相關部門的驗收要求，確保了大堤安全。國內小直徑穿越長江大堤施工案例相對較少，本文在解決本工程技術問題的同時也可為其他盾構隧道特別是小直徑盾構隧道穿越大堤施工提供一定的參考。