中铁十一局集团城市轨道工程有限公司湖北省武汉市 430074
摘要：随着社会的发展以及技术水平的不断提高，在施工中又出现了一种新型的隧道施工技术，地铁暗挖施工技术。隧道的拱部就会形成一道拱墙，这道拱墙具有加固、防渗、防坍塌的作用，它的存在为后期隧道的开挖奠定了扎实的基础。本文主要对地铁隧道地层注浆预加固施工技术进行了简要的分析。
关键词：地铁隧道；地层注浆；预加固；施工技术
1地铁隧道地层注浆预加固概述
1.1隧道预加固的机理
预加固的原理就是通过加固措施提前对围岩进行加固或者支护，从而保证隧道开挖过程中的安全，一般情况下，围岩强度较差，岩层破碎、围岩自稳能力不足时，为了保证隧道开挖后有一定的时间进行初期支护的施做，采取一定的预加固措施来保证围岩稳定，保证施工安全。目前采取的预加固措施主要包括注浆法和管棚（小导管）预加固。同时配合分步开挖、减小开挖尺寸等方式。对于注浆法来说，其加固机理是通过提高原开挖掌子面核心土的围岩力学参数（如提高粘聚力）等，从而提高围岩强度，增强自稳能力。管棚预加固的加固机理如图1所示。σ1为开挖面前方土体单元竖向应力，σ3为水平应力。从图中可以看出，开挖前土体处于静力平衡状态，当掌子面核心土开挖以后，改变了隧道围岩的原有力学状态，产生了二次应力，沿隧道纵向的围岩应力得以释放，这相当于围岩在三向应力状态下，围岩压力降低。当采取了管棚预支护措施以后，支护结构承担了一部分因隧道开挖而产生的围岩压力。原有围岩的竖向应力σ1得到降低，变相的提高了围岩的承载能力。
图1预支护加固机理（1为初始应力，2为未加固应力状态，
3为加固后应力状态）
1.2地层地层注浆预加固机理
在隧道埋深符合地层注浆要求的前提下，考虑采取进行地层注浆进行预加固。地层注浆加固机理是通过袖阀管将注浆浆液从地表注入到隧道洞周一定范围内，注浆过程中通过压力使得浆液进入围岩空隙，填围岩孔隙的同时并与围岩中的介质产生凝结反应，从而改变围岩性质，提高围岩强度，达到注浆加固的效果。
注浆的目的是通过注浆，改良岩体的现有的性质或从根本上改变岩体的物理化学性质。注浆之所以能达到目的，主要依靠下述作用：
（1）化学胶结作用。水泥浆液将土体颗粒凝聚到一起，经过胶结作用后加强土体的整体性。
（2）惰性填充作用。水泥浆填充了围岩及土体的孔隙后，注浆浆液硬化后在一定程度上改变了土体及围岩受外力后的变形机制，提高了围岩的粘聚力。
（3）离子交换作用。注浆浆液与土颗粒中的某些元素产生离子交换作用，生成新的材料。通过注浆，可以对软弱破碎围岩进行预加固，提高隧道开挖掌子面前方地层的围岩强度，从而保证施工过程中的安全。
2地层注浆预加固施工方法
2.1钢花管加固方法
在地层注浆预加固施工过程中，钢花管加固是十分重要的施工环节，施工人员应当注重超前小导管的选择。通常情况下，施工人员可选择管壁厚度为4mm的热轧无缝钢管作为基础加固材料，并在加固中将该钢管的前端制成锥形。这主要是为了方便实际施工过程中的插打操作，避免出现浆液前冲的问题。同时，施工人员还应在钢管的中点设置Φ10mm的溢浆孔，并将溢浆孔的排列形状设置成梅花状，保持各个溢浆孔之间的距离在150mm，这主要是为了避免出现注浆死角。另外，施工人员还应在钢管末端焊接Φ6环形箍筋，避免实际施工过程中出现钢管端部开裂的情况，造成注浆管连接受到限制。
2.2钢花管注浆加固的范围与布设方法
施工人员在进行钢花管注浆加固范围设置时，应将其控制为Φ42×4，L=3．5m，且环向间距为0．35m，拱部范围为120°。而钢管从钢架中穿过，并将仰角与外插角的大小控制为5°～7°。若角度低于范围，则可能对钢架架设质量造成影响，导致侵限问题的出现。同时，当角度过大时，则难以达到底层加固以及支撑的效果。施工人员应当积极采用水泥浆注浆的方式开展施工，同时选择TY28手风钻设备对小导管进行钻孔处理。并在钻孔操作的过程中使用一般钻杆，钻头则选择合适的钎头，这主要是为保证钻孔后形成的钻孔直径大小要比钢花管直径超出3～5mm。另外，施工人员在钻孔过程中应严格遵循提前设定好的孔位，进行有针对性地钻孔，实时就钻杆的方向以及外插的角度进行控制，保证最终钻孔的完成能够完全满足预定的钻孔设计要求。只有这样，小导管才能在实际施工过程中发挥重要的支护作用。钻孔人员在实际钻孔操作中，应尽可能地将钻孔深度控制在超出设计深度10cm左右。此外，施工人员在进行小导管安装时应当采用锤击、钻机顶入方式来开展，若采用钻机顶入的方式安装，则应当将顶入深度控制在设计深度的95%以上。同时，在安装结束后，施工人员还应利用高压风对钢管中的砂石进行清理，并使用塑胶泥来进行封口与填隙处理。而为了避免出现工作台坍塌的问题，施工人员还可通过喷射混凝土的方式来进行处理。至此，方完成小导管的安装施工。
2.3钢花管注浆操作方法
通常，施工人员应选择水泥砂浆作为钢花管注浆操作的原材料，并严格按实验室配合比进行水泥砂浆的调配。在实际注浆操作过程中，将注浆压力控制为0．6～1．0MPa，具体应根据地铁轨道施工要求进行确定。同时，施工人员在进行注浆操作时，还应实时掌控掌子面围岩状态，当吸浆量、注浆压力两者中的一个条件满足施工设计规定，即完成相应的注浆工作。另外，注浆所用的水泥砂浆拌制应当尽可能地在施工现场进行实时拌制，并严格对水泥用量、用水量进行称量与控制。水泥砂浆拌制完成后，及时进行导出与应用，以此保证注浆施工的连续性。而当注浆施工过程中发生串孔、漏浆问题时，施工人员可在一段时间后再进行补注操作。另外，为了保证注浆施工的速度得到提升，施工人员在实际施工过程中可选择群管注浆的方式进行注浆操作。但是应将注浆导管的数量控制在3～5根，避免注浆质量受到影响。此外，施工人员在注浆操作过程中还应严格遵循由下至上、由无水到有水的注浆方式开展相应的注浆操作。并且，在连接注浆管后，施工人员应通过压水实验的方式来对注浆管的通畅性进行检测，确保管路通畅后再启动注浆泵，利用小导管将水泥砂浆导入到地层当中。
3结语
隧道施工时每一环在开挖前都必须进行严格注浆，并保证足够的凝结时间，确保砂层有效固结。在实际施工过程中，应不断摸索改进经验，根据地质情况的变化，选择适当的注浆方法，及时调整浆液参数，协调解决注浆加固方法在不同地质中的经济适应性，充分考虑成本、质量、安全及进度之间的关系，保证工程顺利实施。
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论文作者:李敬
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/10
标签：围岩论文; 注浆论文; 隧道论文; 地层论文; 钻孔论文; 施工人员论文; 过程中论文; 《建筑学研究前沿》2017年第35期论文;