朱建勛

（昆明軌道交通有限公司 云南 昆明 650011）

淤泥質(zhì)地層，具有高壓縮性、高靈敏度、強(qiáng)度低等特點(diǎn)，易產(chǎn)生蠕動(dòng)現(xiàn)象，開挖后自穩(wěn)能力極差。軟弱地層暗挖隧道施工，最核心問題是通過注漿改善土層性質(zhì)，提高土層的承載力和自穩(wěn)能力。在施工中，采用劈裂注漿，可以改善土層性質(zhì)，加固土層，使工程取得良好的效果。

1.工程案例簡介

某隧道施工的總長度為58.5米 ，寬6m，大約16.9米路線需要明開挖，理論設(shè)計(jì)結(jié)果選擇框架結(jié)構(gòu)。但由于該地區(qū)交通不便，明開挖方法不能實(shí)施。因此，選擇了淺埋暗挖法進(jìn)行替代。整個(gè)暗挖段工程長約42米，凈空寬6米，凈高2.5米。暗挖段選用圓弧拱襯砌以及擋墻式洞口，開挖路段路面選用混凝土平鋪。

1.1 地質(zhì)概況

實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果顯示，該場地土層從上而下可以分為4個(gè)層次：

1.1.1 層雜填土

該土層整體顯示為灰黑和雜色，厚度在 3.6～5.0m之間，層底標(biāo)高為 9.08±10.05m。該土層表面為混凝土、道路面板，往下則是以淤泥質(zhì)土為主，并含有少量煤渣、碎石灰土等雜物的素回填土。

1.1.2 層淤泥質(zhì)雜填土

該土層整體顯示為黑灰色，厚度在3.2～6.5m之間，底層標(biāo)高不均勻，在2.58m～6.58m之間。該土層土質(zhì)松散，含水量較高，檢測時(shí)的已經(jīng)達(dá)到了飽和狀態(tài)。該土層以腐殖質(zhì)為主，同時(shí)并有少量的碎石腐木，因此，該土層散發(fā)出腥臭味。

1.1.3 亞砂土夾粉細(xì)砂

該土層在集中在施工場地南部，呈現(xiàn)灰白色，土層厚度在3.8m～3.2m之間，層底標(biāo)高相對(duì)均勻，為2.65±3.30m。與層雜填土層類似，該土層含水量較高，處于飽和狀態(tài)，土層中含有少量的氧化鐵、粉細(xì)砂等化合物。

1.1.4 粉細(xì)砂與亞砂土互層

冶煉廢渣處理是云南省礦產(chǎn)行業(yè)的常見問題，且省內(nèi)多采取建立填埋場方式來處理固體廢渣。但廢渣一旦發(fā)生泄漏將會(huì)使地下水污染，將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，危害社會(huì) [1]。對(duì)于填埋場污染問題研究，目前主流的方法是通過計(jì)算機(jī)軟件建立地質(zhì)模型，以此來模擬預(yù)測地下水污染狀況[2]。GMS軟件在地下水溶質(zhì)運(yùn)移模擬方面有成熟的應(yīng)用，很適合處理本次研究問題[3,4]。

該土層分布較均勻，呈現(xiàn)為褐色和灰綠色，土層厚度在7.0m～8.7m之間，層底標(biāo)高比較均勻，為-5.70～-4.42m。該土層以石英、長石和云母等礦物質(zhì)為主，含有少量的灰綠、紫紅硬狀顆粒物體。

1.2 施工重難點(diǎn)

施工隧道土層的上方是雜填土，不同土層泥土成分和分布特點(diǎn)差異性加大：3～8m的土層的河流常年淤積而成，主要成分為飽和狀淤黏土；8～16m的土層為河底部分，主要成分是飽和砂性土，最顯著的特點(diǎn)是自穩(wěn)性極差。隧道距離地面非常淺，最淺的部分只有3m，而且在隧道頂部還有大量的電力、電信、路燈等數(shù)種管道路線通過，而且?guī)缀醪淮嬖谶w移的可能。開挖工作主要集中在淤泥質(zhì)粘土地層中，該土層的特點(diǎn)是高壓縮性、高靈敏度、強(qiáng)度低，發(fā)生蠕動(dòng)的可能性較大，開挖過程中自穩(wěn)性能非常差，很容易造成塌方、地面沉降等施工事故，施工質(zhì)量很難得到保障。因此，必須采取相應(yīng)的措施進(jìn)行加固。在此次施工過程中，選擇注漿的方法來解決加固的問題。由于施工土層自穩(wěn)性極差，普通的注漿方法很難起到保證性的加固效果，因此，本次采用壓力注漿的方式，選擇了擬采用劈裂注漿方法。下文主要對(duì)該注漿方法的一些具體實(shí)施方法進(jìn)行了探討和分析。

2 注漿加固施工管理過程

2.1 劈裂注漿加固原理

在進(jìn)行劈裂注漿時(shí)，注漿管出口高壓作用下噴出的的漿液會(huì)在對(duì)地層周圍形成附加壓應(yīng)力，壓迫土體出現(xiàn)裂縫，漿液就會(huì)順著土體強(qiáng)度低的地方向強(qiáng)度高的地方劈裂，漿體冷固后就會(huì)對(duì)土體的網(wǎng)絡(luò)或骨架形成強(qiáng)力的支撐，達(dá)到加固的效果。在漿液注入的過程中，漿液會(huì)擠開土體中的淤泥質(zhì)土，使得其向兩邊分散或者直接擠出土層。另外，在注漿范圍內(nèi)，注漿過程會(huì)擾動(dòng)淤泥質(zhì)土，該土層的強(qiáng)度就會(huì)被大幅度削弱，當(dāng)注漿過程完成后淤泥質(zhì)土中的壓力就會(huì)消失，漿液固結(jié)和土體化學(xué)固結(jié)就能加強(qiáng)土體的強(qiáng)度，防止土體發(fā)生變形。但該注漿方法的弊端是土層固結(jié)有可能導(dǎo)致土體的沉降和位移。

2.2 劈裂注漿過程

從劈裂注漿的原理我們可以看到，劈裂注漿總的是把土體進(jìn)行壓密后再劈裂，根據(jù)漿液對(duì)土體作用的差異，可以把這個(gè)過程分為三個(gè)步驟：

(1)鼓泡壓密階段。在注漿的初始階段，漿液中所含有的能量較小，不能立即破開土體形成裂縫，當(dāng)漿液逐漸聚集在注漿管孔周邊時(shí)，就會(huì)以橢形泡體的形式逐漸擠壓土體，土體所承受的壓力會(huì)越來越大，壓力和流量曲線如圖1所示，在曲線的初始部分噴出的漿液較少，所承受的壓力增長速度不斷加快，說明此時(shí)土體還沒有出現(xiàn)裂縫，直到曲線中的第1個(gè)峰值壓力，此時(shí)土體被破開，該點(diǎn)（即a點(diǎn)）所對(duì)應(yīng)的壓力稱為啟裂壓力，曲線中該點(diǎn)以前的部分都屬于鼓泡壓密階段。

(2)劈裂流動(dòng)階段。當(dāng)漿液對(duì)土體的壓力超過啟裂壓力時(shí)，漿液就會(huì)在土體的裂縫中流動(dòng)，劈裂面發(fā)生在阻力最小的小主應(yīng)力面。在漿液的作用下，土體層會(huì)沿著已有的軟弱破裂面逐漸破裂，漿液就會(huì)順著新形成的裂縫流動(dòng)。如果土體層面比較均勻，初始劈裂面就會(huì)顯示為垂直的效果。

2.3 注漿材料的選擇

注漿材料的種類較多，而且不同種類的注漿材料性能差異較大。在當(dāng)前，以水泥系和無毒的硅酸鹽系漿材比較流行。但施工隧道土層大多是淤泥質(zhì)黏土，穩(wěn)定性較差，一般的注漿材料很難起到理想的加固效果。此外，隧道底部注漿對(duì)漿液后期的強(qiáng)度要求比較高，在多方面比較后，選擇了水泥水玻璃雙液注漿作為注漿材料。如果采用水泥漿液、水泥黏土漿液進(jìn)行注漿，注漿過程中土體受壓后會(huì)很快固結(jié)，不能進(jìn)行進(jìn)一步的加固，而且在后面的固結(jié)過程中，漿液中多余的水分在黏土中不能拍排除，只有通過黏土中劈開的裂隙中慢慢溢出，溢出的過程很有可能發(fā)生跑漿的問題。采用水泥水玻璃材料就可以避免這些問題，水泥水玻璃反應(yīng)后結(jié)石率達(dá)到100%,無水排出。水泥水玻璃漿液混和后黏度變稠,流動(dòng)性差,用濃稠的漿脈擠壓土體,使周圍的土再固結(jié)。因此注漿材料選用水泥水玻璃漿液。水泥漿水灰比W/C=1∶1;水玻璃的加量為3%,水玻璃為非堿性水玻璃,濃度為 25°Be′～35°Be′,模數(shù)為 2.5～3.0。以上數(shù)據(jù)可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行微調(diào)。

2.4 注漿壓力的設(shè)定

由于隧道頂部距離地面很淺，在進(jìn)行注漿時(shí)，漿液沿水平剪切方向流動(dòng)會(huì)在地表出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象,因此劈裂注漿的極限壓力值須滿足下式:

表1 加固土體和原狀土的物理力學(xué)指標(biāo)比較表

圖1 注漿壓力曲線圖

式中,為注漿孔深度。實(shí)際注漿過程中,考慮注漿管道的壓力損耗、注漿端頭漿體堵塞等影響,現(xiàn)場調(diào)整后采用的注漿壓力初壓為 0.5～1.0MPa,終壓為 2.0MPa,大于計(jì)算的劈裂注漿的極限壓力。

2.5 注漿量的設(shè)定

式中,為單孔注漿量 (m3);L為注漿段長(m),取全孔長減去孔口段(1m左右);R為漿液擴(kuò)散半徑(m),取0.75; 為注漿段土層孔隙率,取54.3%;為漿液損失率,取1.25。該數(shù)據(jù)也可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行微調(diào)。

2.6 注漿效果

在本次注漿過程完成后，對(duì)加固土體進(jìn)行開挖，觀察記錄了注漿加固的范圍?？梢钥吹綕{脈分布較為明，,注漿孔周圍有明顯的擠密土體。采取物理力學(xué)指標(biāo)對(duì)加固后的土體進(jìn)行檢測后，加固效果非常明顯，相關(guān)的物理力學(xué)指標(biāo)檢測結(jié)果如表1所示：

結(jié)語

從本次工程實(shí)踐的結(jié)果可以看到，在對(duì)淤泥質(zhì)黏土地層土質(zhì)的隧道實(shí)施開挖的工程中，在正式開挖前，采用的超前預(yù)注漿來對(duì)淤泥質(zhì)黏土進(jìn)行加固具有很強(qiáng)的操作性，可以有效的完成軟流塑地層的加固作業(yè)，避免了施工時(shí)洞內(nèi)涌泥的問題，有效的降低了地面沉降和隧道周邊變形等安全隱患。為了獲得更好的加固效果，在注漿的過程中，施工人員要充分了解施工場地的土層條件、注漿孔布置、凝膠時(shí)間等現(xiàn)場施工條件。在進(jìn)行施工設(shè)計(jì)時(shí)，要注重理論與實(shí)際的結(jié)合；在施工過程中，要做好相關(guān)的施工管理和現(xiàn)場監(jiān)督工作，尤其要注意注漿過程中一些參數(shù)（如注漿壓力、注漿速率和注漿量）的設(shè)定，在施工時(shí)，要根據(jù)實(shí)際的施工情況不斷對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

[1]王夢(mèng)恕.地下工程淺埋暗挖通論[M].合肥:安徽教育出版社,2004.

[2]關(guān)寶樹.隧道工程施工要點(diǎn)集[M].北京:人民交通出版社,2003.

[3]張旭芝,符飛躍,王星華.軟流塑淤泥質(zhì)地層劈裂注漿加固試驗(yàn)研究 [J].地下空間,2003,23(4):405-408.

[4]鄺健政,咎月穩(wěn),王杰.巖土注漿理論與工程實(shí)踐[M].北京:科學(xué)出版社,2001.