地铁隧道砂砾地层预注浆加固技术

地铁隧道砂砾地层预注浆加固技术1工程概况xx地铁一号线十四标中小区间位于xx市大东区小东路段，地表建筑物密集，地下管网密布。线路沿小东路东西走向，全长约585m，双洞马蹄形断面，断面约33㎡，线间距13~14m，结构顶板埋深8~17m，其中65米下穿地下人防工程，隧道顶距其基础仅7m，左线76m斜下插东北文化城，隧道顶与其基础垂直距离仅2m。水位埋深8~9m，坑外井群降水，井距6~8m。中小区间所处地层为中粗砂，夹杂砾石，强透水，自稳性较差，I类场地。台阶法人工开挖，设计初支采用拱部超前小导管预注浆+拱架+网喷联合支护，拱架距离50~75cm/榀，无轨运输，垂直提升。2注浆材料的的选择2．1单液水泥浆单液水泥浆操作简便，料源广泛，物价低廉，结石强度较高，但凝固时间较慢，不利于隧洞快速掘进，单液水泥浆主要用于后注浆。曾用水泥浆+喷砼用速凝剂试验，速凝剂为水泥掺量5%时，5min左右浆液凝固，打开凝固体内部未结固，速凝剂为水泥掺量8%、10%时，1h后两者均未见结固。2．2水泥-水玻璃双液浆（C-S浆）C-S浆是工程中常用的材料，价格便宜，结石强度高，结石率大，无毒污染，缺点是结石体稳定性差，干燥地层易风化崩解，而且在施灌中应加入缓凝剂等外加剂并严格控制混合液比例，方能避免堵管等现象。试验发现，凝胶时间对混合液比例十分敏感，混合液配比的变化直接影响浆液可灌性。2．3HSC水泥-水泥双液型注浆材料（A、B型特种水泥）HSC（highstrengthcement）特种注浆材料主要由特制硫铝酸盐水泥、专用外加剂组成，该材料由唐山北极熊特种水泥有限责任公司制造，由A、B两种组分构成，A组分为硫铝酸盐水泥+絮凝剂，B组分为硅酸盐水泥+速凝剂，两组分分别调成水灰比为0.5~0.6浆液后，再按1：1比例用双液注浆泵注入岩体(双液双系统法)，该注浆材料的主要性能为早期强度较高，后期强度不降低，而且凝胶时间在35s-40min可调，0.5小时后抗压强度可达4MPa，28d可达37MPa，流动性大，具有良好的可注性，而且对流水有一定的堵截作用。中小区间施工前期采用该浆材进行地层预注浆加固，取得了较好的效果，但因该材料可注性极强，渗透能力大，而且价格偏高，每循环用量很大，后停止使用，经实验主要采用水泥+固砂剂双液浆进行预注浆地层加固。3水泥浆+BH-M75型固砂剂双液浆3．1BH-M75型固砂剂加固机理BH-M75型固砂剂由辽宁北四达企业生产的一种化学型液态地层加固液，呈淡黄色或乳白色，无味，由载体水玻璃（SiO2·nH2O）、缓凝剂磷酸氢二钠（Na2HPO4）、助剂组成，质量稳定，不需现场调配，可直接与水泥浆混合施灌即可。BH-M75型固砂剂+水泥浆加固地层机理如下：1、水泥的水化与水解反应。水泥主要成分为硅酸三钙3CaO·SiO2、硅酸三钙2CaO·SiO2、铝酸三钙3CaO·AL2O3和铁铝酸四钙4CaO·AL2O3·Fe2O3，水泥配置浆液时，不断水解和水化成氢氧化钙Ca（OH）2和其他水化物，其主要化学与物理方程式为：3CaO·SiO2+6H2O=3CaO·SiO2·3H2O+3Ca(OH)2，2(2CaO·SiO2)+4H2O=3CaO·SiO2·3H2O+Ca(OH)2，3CaO·Al2O3+6H2O=3CaO·Al2O3·6H2O2、水玻璃加速水泥的水化反应。水玻璃能加速水泥水化反应的原理是水玻璃能与水泥水化析出的Ca(OH)2反应生成具有一定强度的胶凝体即水化硅酸钙，其反应机理如下：Ca(OH)2+Na2O·nSiO2+mH2O→CaO·nSiO2·mH2O+NaOH。水泥水化反应析出的Ca(OH)2在水中溶解度不高，很快就达到饱和，从而抑制了硅酸三钙与硅酸二钙的水化，加入水玻璃后，水玻璃与浆液体系中的氢氧化钙反应，消耗了氢氧化钙，使溶液中的氢氧化钙达不到饱和，促使硅酸三钙与硅酸二钙的水化，这在宏观上表现为水泥浆初凝加快。3、缓凝剂磷酸氢二钠的缓凝作用。缓凝剂磷酸氢二钠在浆液体系中扮演很重要的角色，它本身并不参与水玻璃和氢氧化钙的反应，而是抑制水泥水化，其原理是磷酸氢二钠与氢氧化钙反应生成磷酸钙，磷酸钙包裹在水泥颗粒表面，对水泥颗粒的水化产生屏蔽作用，阻止了硅酸三钙与硅酸二钙的水化，反应机理为：Na2HPO4+Ca(OH)2→Ca2PO4+NaOH。最4肢、通过水垮玻璃和烧磷酸氢二渡钠划对水泥水狡化反应的终一正一负贷作用，控窝制两者掺淘量来调节够浆液的凝套胶时间。庙BH-M袍7具5没型固砂剂让与水泥颗捷粒大小相爽匹配，同竞属颗粒型朵注浆材料煮，直径一晃般厚在太40~1毯0酷0广微米，中否小区间地粱层以中粗胸砂为主浩（匆渗透系数我达匪1×10鹊-2棉cm/旗s俊以上岁）寒，镇浆液系统得中渠颗粒很容熄易进入高掏渗透介质舒，非水泥与水强玻璃权在砂体空亦隙中堤反应连续腿发生，胶黄质体的强欠度不断提霉高，君从而将地绍层的空隙搜结构为改竞良为镶嵌宾结构。组3湖．腹2饮邪预注浆地歼层加固实逐验悔200殃7雨年专1岗月岁1扯5我日，在试武验室作水禾泥歉浆峡+精固砂剂试网验，巾当拣1以：束1.累2腥水泥浆与蚊固砂剂配利比控制在辣约乳2束：帝1剂（体积比道）突左右时，树凝胶时间欠可控制依在肺3mi任n筛左右许。谈200泪7莫年粒1劝月辞1赚6律日蓝19:3溪0待分在右俩洞阔DK18循+67草0阳拱部用水硬泥蔬浆光+哄固砂剂作悟地层预加么固实验。嚼1床、浆液：翼水吊泥泼+耗固砂剂双懒液浆泛浆液配吓比稿C:W:挎S=1溪：把1.2宴：米1些，水泥浆妻密奔度比1.38伞kg/冶l谁，固砂载剂星1.25扇kg/澡l鸟。技2岔、单根导邮管理论注借浆量纲按公哲式定V=3.不14R图2盯Lna戏b脂。式氏中志R滚为浆液扩拌散半径案取蒙0.15眠m汗（取相邻风小导管间派距呢的机1/捐2武）促；挡L磨为注浆管叮有效长度肠取铁1.5多m纹，亩秃n廊为地层孔谢隙率宰取丙0.闪3绍（干砂实荣测孔隙铜率肆0.4径2臂，考虑施强工降水砂污体自密、薯地层扰动案等蛋取嚼0.冶3臂计算）预；缝a丝为浆液填斤充系数融取料0.迹7咸；奥b瞒为浆液消方耗系数个取仁1.世1禾，单根导词管理论注招浆倘量柴24皆L仆。球3放、注浆机酒械、配套乳设施、人妇员安排伏自制牛角茎泵，容申量侄50运L归左右，空佳压夸机累1混台，取浆侄桶丈2蜘个，容量厅均橡为笼18L尤,河备浆容袄器住1斗个旺（泊110×产65×5喘0c盼m榴）。工作乳面酸2齿人，取盘浆锄2难人，操作轰牛角淋泵蹦1真人，钟共周5让人。兰4俭、注浆压旁力挤：腰0.4M虾Pa~0释.5MP使a跨。赠5马、注浆过胜程多单根导管哨注浆时先宅将一桶水馆泥浆（虑约抽16订L惰，）倒入叛牛角泵，行马上将预闪备好滔的愿8旦L富固砂剂倒宾入泵内混胶合，加压宰至规定压串力，一次信性将混合周液压入导雪管，拔管荒并用绵纱赴堵塞导管灾口，完成走一根导管暮注浆，试芽验过程中亭未见堵管暴，每注完雅一根导管泼均将胶皮博管内残余旺物冲洗干俩净循。前20:5纯0邻分注浆结夹束，共用鼻水盘泥腰4刘包导（平200K鸟g姓）你,惰固砂么剂椒4站桶衡（驻200K剧g刷），共注符导什管碑3柳0壁根，（单给长定2奇m词）。克6进、注浆效且果损最后一根谊导管注浆刃后究3驳0叛分钟开挖编，明显可岗见浆液渗络入导管之借间的砂体顿，结石率肌较好，结继石体强度驾不高，但舰加固后围纳岩有较强雷自稳性，驼导管外房裹糖15~2酬5c绢m贼固结体，愈有手抠固妹结体较硬茎，导管内宅有固结体彩，导管孔窑空隙中无棒结固体（愁系注液全怨部进入岩贝体孔隙）拖，本循环心中未见局镰部坍塌。斩3刑．贝3素铸渗透性能事实验订为合理确绑定导管间种距咽，屑200艳7隔年源1趋月烦2慢2聋日趣、改2外3醋日在左读线趋DK18苍+64魄4胆、般DK18向+64突1名上导核心瓜土作单管关注浆地层稿渗透性实惭验，按水净泥缘浆壮+养固砂剂地汇层预加固精注浆实验鉴中注浆参页数操作，专挖开土体请后，导管跨周围皇有投20~3坐0c歌m概包裹体，站在导管爱口物30c需m丧左右距离瓶包裹体外蛋径较大，健系高压风抱造孔时对火该范围内翼土体干扰艰较大，围翁岩松散程律度高，浆析液渗透力挎强。辱4足嫌砂卵地层挣中的预注蛛浆加固应蔬用轻4派．并1墨注浆工艺导管安装导管安装封闭工作面堵孔注浆封口浆液配制导管加工造孔波1母、成孔与轨安装注浆帖导管：因衬隧道处于蓄砂卵地层植，用高压芝风造孔，勇然后将超赶前小导管贿打入孔内勿。导管安营设好后，详再用高压倡风冲出管皮内砂土，编保证出浆胶畅通。超羽前小导管豆采猾用休Φ恋2搂5闭钢管，壁典厚数2.5m烤m捆，环间铜距站0.3寇m者。托2联、堵孔：榜超前小导卵管和定向池钢管之间场空隙应封数堵，以防倾浆液从空材隙溢出。很3妖、浆液备倚制：采用套水液泥哀+浆固砂剂浆街液。水泥寨强度等级贝为酬32.指5竹及以上的丙硅酸盐水虫泥。水泥犹浆水灰比搂为皮1:耗1屡，水泥粘浆笋:眼固砂剂运为赠2紫：建1棚（可按体纸积调配）诊4娃、注浆：灾注浆时相臭邻孔位应喘错开交叉迁进行，注埋浆顺序由网下而上间替隔对称注屿浆。注浆循压力控制族在捏0.4~畜0.5M常P寒a宰。互5为、注浆机惧械：牛角欧泵（自制柱）。回4.2选充在地层预粗加固过程乌中需要注阔意的问题罩地层预加灾固是关系究到隧洞施昏工安全与嗽施工进度抱的关键工派序，如何妈在施工中临防塌是预蒸加固的根与本目的，业因此加强民注浆效果放十分重要原，在施工爸中还需重今视如下问塞题：没1语、增加喷萌射混凝土敢的密实度辩。掌子面喜与格栅交偿界处和外园露导管四谊周是喷浆呀薄弱环节兔，交界处慎喷宽涝为夕20c脏m巷的混凝怒土狂3~5c存m某封闭，外僵露导管四刺周的喷浆阳应变换喷轨浆角度。启2币、每根导蓄管注浆完隆毕拔出注洋浆管应立剖即用绵纱厌堵塞，防孤止导管内程浆液外跑每，以加强痛导管刚度萄。浴3沈、导管间稍距与角度素需严格控运制，角度警和间距过拼大岩体中家存在浆液谢渗透盲区拐，间距过吵小存在交桌叉注浆，察效果不好智。倍4肠、浆液配六比严格控消制，各种挥材料称量扩偏差控制驴在施5剥%桑以内。过5要跪经济效益寄中小区间挤采用水泥俯浆射+激固砂剂进暮行拱部超猎前小导管广预注浆加摄固，工程瑞进度与施卷工安全得粗到了保证掘，单洞日不进尺由原累来坝的零1.5心m赴左右提高虾至味2.5m裳~3谱m笋左右，有锤效防止拱嚼部局部坍四穴的形成冲，有利于美控制地表敞沉降与周亡边既有管届网、既有申建筑物的膨安全。采州用避HS率C后特种水泥欺双液浆，疲平均每循据环防（蛛0.帆5团m留~0.7宁5m纲/窑循环）忍需按400K威g子（榆140昂0漂元艰/咐吨），采确用水泥隆+姻固砂剂双衬液浆，平技均每循环消需于200K垦g侄普硅水泥敞（松33厘0闻元表/迹吨）柳，雨250K甜g幕固砂剂供（默110谊0逮元站/轿吨），单盗循环可垫省义2薪2南0搜元左右施。挤HS佣C响特种水泥启双液浆需外双液注浆匹泵，水泥誓+宽固砂剂注音浆可用自托制牛角泵陆（双液单蒸系统）樱即可满足转施工要求仅，省机械酱费星3繁万元左右拣。6小结荣采用牛角舞泵作注浆雨压力机械颜，操作简疯单，施工吗工序不算肯复杂，一患般旺在尘50mi代n由内可进行记一个循环软的注浆作怨业，而且碗凝胶时间患满足操作圈需要，能洽达到隧道选快速掘进他的要求。匀注浆完后再马上开挖肚，能明显梨看到浆材弟渗入砂体捉，导管周赴围有一定付大小的包顾裹体，有杂时能看到犯