李永林

(中鐵十四局集團(tuán)第四工程有限公司，山東 濟(jì)南 250002)

1 概述

本工程盾構(gòu)隧道下穿長(zhǎng)江大堤時(shí)，大堤的允許沉降量必須滿足水利及相關(guān)部門(mén)的驗(yàn)收要求，且取水隧道設(shè)計(jì)圖紙中也對(duì)施工過(guò)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(guò)長(zhǎng)江大堤時(shí)不對(duì)其造成有害影響[2]，須對(duì)長(zhǎng)江大堤進(jìn)行預(yù)加固處理，并在盾構(gòu)施工過(guò)程中從隧道內(nèi)進(jìn)行壓密注漿施工，從而達(dá)到有效保證大堤安全的目的。盾構(gòu)隧道在穿越長(zhǎng)江大堤前需要對(duì)長(zhǎng)江大堤采取預(yù)加固措施：1)隧道頂部采用高壓旋噴樁對(duì)長(zhǎng)江大堤進(jìn)行預(yù)加固處理；2)對(duì)隧道下部的第四淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層采用壓密注漿技術(shù)進(jìn)行預(yù)加固處理，加固層厚度為5 m。預(yù)加固施工順序?yàn)橄仁┕好茏{加固部分，然后施工高壓旋噴樁部分。同時(shí)為進(jìn)一步保證盾構(gòu)隧道過(guò)長(zhǎng)江大堤時(shí)不對(duì)其產(chǎn)生有害影響[2]，施工中將在隧道內(nèi)通過(guò)同步注漿，進(jìn)一步加固地層，防止大堤產(chǎn)生不均勻沉降。

2 工程概況

江蘇常熟發(fā)電2×1 000 MW機(jī)組擴(kuò)建工程取水系統(tǒng)位于擴(kuò)建工程場(chǎng)地西北角，主要包括循環(huán)水泵房1座、進(jìn)水隧道2條和14根垂直頂升立管。循環(huán)水泵房位于長(zhǎng)江大堤內(nèi)側(cè)，最近距離長(zhǎng)江大堤防護(hù)林約12 m，取水隧道起始于循環(huán)水泵房北側(cè)進(jìn)水間，穿越長(zhǎng)江大堤后延伸至長(zhǎng)江水道內(nèi)約870 m。

3 預(yù)加固壓密注漿

在大堤頂面及迎水面預(yù)加固施工前需對(duì)表面的鋪砌塊和漿砌片石護(hù)坡進(jìn)行清理，工程完工后按要求恢復(fù)。

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(guò)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(jié)固化等方式，將土體膠結(jié)成一個(gè)整體，形成一個(gè)強(qiáng)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(shí)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(gòu)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(nèi)，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(xiàng)目采取先引管后倒退提管注漿，再進(jìn)行孔口段復(fù)注的施工方法。工藝流程圖見(jiàn)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(qiáng)為0.2 MPa～0.5 MPa。

3.2.4施工要點(diǎn)

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(yán)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(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)，檢測(cè)合格后方能使用。4)壓漿孔進(jìn)行編號(hào)并做好原始記錄。5)壓力表定期校驗(yàn)，確保壓漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值。6)注漿前做好準(zhǔn)備工作，包括機(jī)械器具、儀表、管路、注漿材料的檢查檢驗(yàn)。7)本工程注漿范圍較深(24.3 m)，在實(shí)際施工中，對(duì)于注漿管無(wú)法振入至設(shè)計(jì)標(biāo)高的，采用引孔的方式把注漿管引至-8.3 m標(biāo)高，再使用振動(dòng)器將注漿管振入至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

4 預(yù)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(jī)把帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)土層預(yù)定位置后，利用高壓設(shè)備使?jié){液、水或空氣成為高壓射流從噴嘴中噴射出來(lái)，沖切、擾動(dòng)、破壞土體，同時(shí)鉆桿以一定速度逐漸提升，將漿液與土粒強(qiáng)制攪拌混合，漿液凝固后，在土中形成一個(gè)圓柱狀固結(jié)體(即旋噴樁)，以達(dá)到加固地基的目的。高壓旋噴樁加固沿盾構(gòu)過(guò)大堤軸線方向進(jìn)行。加固范圍為盾構(gòu)隧道頂部1 m以上至大堤頂面2.5 m以下，寬度為盾構(gòu)中軸線左右兩側(cè)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(jì)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(shù)參數(shù)

本工程采用無(wú)錫XP-20型高壓旋噴樁機(jī)進(jìn)行二重管法施工，成樁直徑0.7 m。漿液采用P.O42.5級(jí)(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(zhuǎn)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(jiàn)圖2。

4.3 常見(jiàn)問(wèn)題的處理

4.3.1壓力上不去，流量正常

產(chǎn)生原因：安全閥和管路接頭處密封圈不嚴(yán)；泵閥損壞，油管破裂漏油；安全閥的安全壓力過(guò)低，或吸漿管內(nèi)留有空氣或密封圈泄露；栓塞油泵調(diào)壓不夠。

防治處理方法：停機(jī)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(dāng)造成的原因，重新調(diào)試設(shè)備；維修后壓力自然上升，以清水進(jìn)行調(diào)壓試驗(yàn)，以滿足壓力要求。

4.3.2壓力驟然上升，流量為零，停機(jī)壓力仍不變動(dòng)

產(chǎn)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(jī)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(yīng)打開(kāi)接頭進(jìn)行疏通，待堵塞消失后再進(jìn)行旋噴施工。

4.3.3壓力稍有下降，流量正常

產(chǎn)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(wú)明顯破損則應(yīng)停機(jī)拔出注漿管進(jìn)行檢查。

4.3.4不冒漿或冒漿過(guò)大

產(chǎn)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(guò)大，提升和旋轉(zhuǎn)鉆桿速度過(guò)慢，或有效噴射范圍與注漿量不匹配，造成冒漿過(guò)大。

防治處理方法：在噴漿過(guò)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(dāng)冒漿量小于注漿量的20%時(shí)，是正?，F(xiàn)象，超過(guò)20%或完全不冒漿時(shí)，應(yīng)查明產(chǎn)生的原因，然后進(jìn)行處理。

4.3.5旋噴體強(qiáng)度不夠

產(chǎn)生原因：使用受潮、過(guò)期或不合格的水泥；噴射時(shí)水泥漿未攪拌均勻，產(chǎn)生了沉淀；噴射時(shí)壓力、流量不均勻或操作方法不當(dāng)，鉆桿提升和旋轉(zhuǎn)速度不均勻。

防治處理方法：選用新鮮無(wú)結(jié)塊、活性良好的合格水泥；水泥漿應(yīng)拌均勻；加強(qiáng)操作控制，使壓力、流量、鉆桿提升速度和旋轉(zhuǎn)速度均勻，符合工藝性試驗(yàn)總結(jié)要求。

5 盾構(gòu)掘進(jìn)同步注漿

為進(jìn)一步保證盾構(gòu)隧道過(guò)長(zhǎng)江大堤時(shí)不對(duì)其產(chǎn)生有害影響[3]，施工中將在隧道內(nèi)通過(guò)同步注漿及時(shí)填充縫隙，減少推進(jìn)引起的地面沉降。

5.1 注漿材料制備

雙液固結(jié)漿，由A,B液組成。A液由水泥、優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土和其他外加劑加水?dāng)嚢瓒桑珺液為水玻璃。

水泥漿液初凝時(shí)間30 s，硬化后強(qiáng)度不低于原土體的抗壓強(qiáng)度，1 h抗壓強(qiáng)度大于0.05 MPa，1 d抗壓強(qiáng)度大于0.7 MPa。

5.2 注漿量控制

根據(jù)盾構(gòu)及隧道幾何尺寸，計(jì)算出每推進(jìn)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(shí)際施工時(shí)，根據(jù)大堤沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，及時(shí)調(diào)整注漿量。

5.3 盾構(gòu)施工注漿

漿體制備：同步注漿材料經(jīng)場(chǎng)地拌漿機(jī)制備，通過(guò)管道進(jìn)入泥漿轉(zhuǎn)駁車，然后運(yùn)入隧道內(nèi)，并通過(guò)轉(zhuǎn)駁車自帶的注漿泵經(jīng)管片注漿孔向外注出；雙液漿因?yàn)楣探Y(jié)需要，不能提前制備，A液只能在隧道內(nèi)或沉井內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)攪拌再與B液經(jīng)混合器混合后經(jīng)管片注漿孔向外注出。

注漿時(shí)間：本工程盾構(gòu)施工采用同步壓力注漿，即在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行注漿，掘進(jìn)停止后，注漿停止。注漿量或注漿壓力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，可采取二次補(bǔ)漿方法繼續(xù)注漿。

注漿位置：當(dāng)開(kāi)始掘進(jìn)當(dāng)前環(huán)(第n環(huán))時(shí)，第n-3環(huán)已從盾構(gòu)機(jī)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(gè)注漿孔，過(guò)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(shí)不考慮使用。為使?jié){液能充填空隙的各個(gè)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(yīng)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(wú)法壓出，壓力太大有可能把漿液沿隧道外壁壓入盾構(gòu)網(wǎng)格或從穿墻套管處竄出，均不可取。二次補(bǔ)漿的施工方法與同步注漿基本相同，不再重復(fù)說(shuō)明。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)盾構(gòu)隧道進(jìn)行預(yù)加固以及盾構(gòu)施工工程中的同步注漿，最終根據(jù)監(jiān)控量測(cè)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(guān)部門(mén)的驗(yàn)收要求，確保了大堤安全。國(guó)內(nèi)小直徑穿越長(zhǎng)江大堤施工案例相對(duì)較少，本文在解決本工程技術(shù)問(wèn)題的同時(shí)也可為其他盾構(gòu)隧道特別是小直徑盾構(gòu)隧道穿越大堤施工提供一定的參考。