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1、南京地铁软—流塑淤泥质地层劈裂注浆试验研究摘要:针对南京地铁南北线一期工程某区间隧道软—流塑地层的大管棚加小导管超前注浆预加固工程,对软—流塑淤泥质地层劈裂注浆加固的机理及主要影响因素进行了分析,对注浆效果、浆体材料及配比进行了试验研究。现场试验表明,采用劈裂注浆加固是可行的,且效果显著。关键词:软—流塑淤泥质地层;劈裂注浆;水泥-水玻璃双液;初凝时间;现场试验 南京地铁南北线一期工程珠江路站—鼓楼站和鼓楼站—玄武门站两区间隧道,设计采用矿山法修建,而在软—流塑淤泥质粘土中采用矿山法修建隧道,必须对土体进行预加固。软—流塑淤泥质粉质粘土具有含水量
2、大、透水性差、可注性差等特点,普通注浆不能解决问题,须采用压力注浆。本文结合工程需要,对劈裂注浆加固的原理、浆体材料、浆液配比及注浆效果等进行试验研究。1 工程概况两区间隧道施工困难地段为珠江路站北端与玄武门站南端。在珠江路站北端段,隧道穿过地层为软—流塑状粉质粘土,覆土厚度约9m,地面有2栋7层楼房、1栋4层楼房和1条700污水管;在玄武门站南端段,隧道穿过地层为软—流塑状淤泥质粉质粘土,覆土厚度约8m,地面有2栋2层楼房、3栋5层楼房和1条Φ900污水管。以上两段软—流塑粉质粘土、淤泥质粉质粘土,强度低,灵敏度高,开挖后自稳能力极差,易产生塌方
3、,地面沉降难以控制,严重时可能发生涌泥现象,使施工无法进行。2 施工方案经工程调研和论证[1],决定采用台阶分步开挖法施工,同时采用大管棚+小导管超前预注浆的辅助工法(图1、图2)。长管棚结合小导管注浆和掌子面超前图1 大管棚+小导管超前注浆示意图Ⅰ—小导管超前注浆;Ⅱ—掌子面封闭注浆;Ⅲ—台阶开挖;Ⅳ—下台阶开挖;Ⅴ—大管棚支护;Ⅵ—下台阶初期支护;Ⅶ—拱部初期支护预注浆法,是在隧道拱部打设长管棚和小导管注浆,对拱部进行加固和超前支护,并对隧道掌子面的地层进行注浆改良,然后在管棚和加固拱圈的保护下进行开挖、支护与衬砌。为进一部控制地表沉降,保护地
4、面环境,在开挖及一次支护完成后,即初期支护封闭成环后,在其背后及时进行回填和固结注浆。该方法使用图2 掌子面注浆孔布置图4大管棚超前支护,以提高地层的稳定性,减少地面的沉降,小导管主要用于补遗和加强;长管全断面一次注浆,以加固开挖轮廓线以内的软土,防止发生洞内涌泥;长管注浆的先后顺序是从四周向中间挤压,中间预留排水孔排水,以提高注浆加固的效果,同时根据注浆时的跑浆情况,必要时进行二次注浆。3 劈裂注浆加固原理劈裂注浆是目前应用最广的注浆方法之一,它既可适应于渗透性较好的砂层,又可适应于渗透性差的粘土层[2]。劈裂注浆采用高压注浆工艺,将水泥或化学浆
5、液等注入土层以改善土层性质。在注浆过程中,注浆管出口的浆液对周围地层施加了附加压应力,使土体发生剪切裂缝,而浆液则沿着裂缝从土体强度低的地方向强度高的地方劈裂,劈入土体中的浆体便形成了加固土体的网络或骨架。由于浆液在劈入土层过程中并不是与土颗粒均匀混合,而是呈两相各自存在,所以从土的微观结构分析,土除受到部分的压密作用外,其他物理力学性能的变化并不明显,故其加固效果应从宏观上来分析,即应考虑土体的骨架效应[2,3]。4 注浆材料隧道所通过的地层为淤泥质粉质粘土,含水量大,透水性差,在此土层中采用劈裂注浆法加固时,不但存在土体受压后固结问题,还存在浆
6、液本身的固结问题,浆液固结后如有多余的水分,它在粘土内无法排出,只能靠粘土中被劈开的裂隙排出,因此采用水泥浆液或水泥粘土浆液时会造成到处跑浆现象。水泥-水玻璃双液不仅具备水泥浆的特点,而且还兼有某些化学浆液的特点,如浆液胶凝时间可在几秒至几十分钟之间准确控制,结石体抗压强度高,结石率可达98%～100%,可注性比纯水泥浆明显提高[4]。采用水泥-水玻璃双液可克服注浆过程中的跑浆现象,有效提高固结土体早期强度,也有利于浆脉周围被挤压土体的再固结和整个地层强度的提高。4.1.1 水泥-水玻璃浆液性能(1)凝胶时间 水玻璃能显著加快水泥浆的凝胶作用,短时
7、间内使浆液变稠,流动性变差。浆液凝胶时间随水玻璃浓度、水泥浆浓度、水玻璃与水泥浆的体积比以及温度等因素的变化而变化。一般情况下,在一定范围内,水玻璃浓度变小,凝胶时间缩短,两者呈直线关系;水灰比越小,水泥与水玻璃的反应越快,凝胶时间越短。总的来说,水泥浆越浓,反应越快,水玻璃越稀则反应越快。(2)抗压强度 对于水泥-水玻璃浆液,决定其浆液结石体抗压强度的主要因素是水泥浆的浓度,其他条件一定时,水泥浆越浓,其抗压强度越高;当水泥浆浓度较大时,随水玻璃浓度的增大,抗压强度增高;水泥浆浓度较小时,随水玻璃浓度的增加,抗压强度降低;但当水泥浆浓度处于中间状
8、态时,水玻璃浓度对其抗压强度影响不大[5]。水泥浆与水玻璃的体积比对抗压强度也有较大影响。一般情况,浓水泥浆需要浓水玻璃,
