隧道基底類病害整治施工技術(shù)方案總結(jié)

1、隧道基底類病害整治施工技術(shù)方案總結(jié)1 引言隧道基底類病害按其所屬線路的性質(zhì)一般可分為既有線隧道基底病害和新建線隧道基底病害。既有線鐵路隧道的基床病害主要指由于隧道基底病害和滲漏水等引起的道床下沉、開裂、翻漿冒泥等現(xiàn)象?；膊『θ菀讓?dǎo)致線路幾何狀態(tài)難以保持，制約列車提速，危及行車安全，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐闪熊囋谒淼纼?nèi)脫軌傾覆。新建線隧道基底病害則一般是指由于隧底存在軟弱地層（淤泥層、粘土層、濕陷性黃土）等不良地質(zhì)，造成隧底沉降超限而形成的病害，整治措施一般包括基底換填、小導(dǎo)管注漿和旋噴樁加固等。多年來，北京中鐵瑞威基礎(chǔ)工程有限公司一直與北方交大隧道中心及各鐵路局在路內(nèi)聯(lián)合開展各類隧道病害整治工作，致

2、力于深入研究分析病害成因、優(yōu)選整治方案、合理引用國外和自行研發(fā)新材料等方面的工作，成功完成了一批鐵路隧道的病害整治項(xiàng)目，取得了滿意的施工效果，得到了用戶和管理部門的好評(píng)。2 既有線隧道基底病害整治施工技術(shù)方案2.1既有線隧道基底病害的主要成因基床病害的成因主要包括：當(dāng)基底為軟弱層（如風(fēng)化的基巖、斷層破碎帶、超挖部分為浮碴填充層）時(shí)，由于其強(qiáng)度低、結(jié)構(gòu)松散，容易被水浸泡軟化或被水沖刷流失，列車動(dòng)載的反復(fù)作用使基底泥水多沿邊墻縫、人行道與道床的接縫或其它薄弱環(huán)節(jié)（如中心及側(cè)水溝）等處涌向道床，形成翻漿冒泥，進(jìn)而使基底局部淘空，造成道床斷裂。另外，還有軟巖膨脹底鼓等原因。2.2病害檢測(cè)在進(jìn)行病害整治

3、前，首先采取物探與現(xiàn)場(chǎng)原狀土取樣化驗(yàn)相結(jié)合的方法，確定病害成因，確定病害規(guī)模與分布范圍。即采用地質(zhì)雷達(dá)、電法等物探手段，查明基床的充泥充水、空穴等狀況，再采用原狀土取樣化驗(yàn)查明填料的種類及孔隙率以及是否鋪設(shè)墊層，為制定整治方案提供依據(jù)。這樣做會(huì)使整治方案更具有針對(duì)性，從而有效保障整治效果。2.3病害整治方案通常，隧道基底和道床的病害整治可視病害程度和具體情況采用加設(shè)有效的地下水排導(dǎo)系統(tǒng)、道床翻修、換填、置換、道床基底注漿等措施。中鐵瑞威公司針對(duì)此類病害采取的整治方法主要有以下兩種：1、錨樁+注漿加固法，主要針對(duì)病害較為嚴(yán)重的路段；2、T漿液+化學(xué)漿的組合注漿法，一般針對(duì)病害相對(duì)較輕的路段。2.

4、3.1 錨樁+注漿加固法（以大瑤山隧道病害整治項(xiàng)目為例）這是一種采用聚合物砼灌注錨樁加固和封閉水溝墻及與基底灌漿相結(jié)合的方法，使斷裂和“吊空”被錨固、充填，通過溝墻封閉將灌漿區(qū)段與水隔絕，確保灌漿質(zhì)量，然后在封閉的灌漿區(qū)段進(jìn)行基底灌漿，從而達(dá)到基底完全固結(jié)填實(shí)的目的。圖1 錨樁平面布置示意圖圖2 錨固樁立面布置示意圖 圖3 道床基底注漿示意圖2.3.1.1 錨樁設(shè)計(jì)l 樁徑d：取決于鉆機(jī)成孔直徑，一般取d=120150mm；l 樁長(zhǎng)L：L=道床厚度+鋪底厚度+嵌巖深度（0.25m）；l 樁間距a：按承載力計(jì)算結(jié)果，同時(shí)滿足a3d，并采用錯(cuò)位梅花排列；l PMC聚合物混凝土：灌樁材料性能具有在1

5、m/s的涌水沖刷下不離散、30分鐘抗壓強(qiáng)度>8MPa，抗折強(qiáng)度在>6MPa，耐沖擊性好的特性。由于材料的粘接特性較好，大幅提高了樁身的側(cè)摩阻力。2.3.1.2 注漿設(shè)計(jì)專用于隧道基底和道床病害整治的灌漿料符合以下幾點(diǎn)要求：30分鐘的抗壓強(qiáng)度>8MPa；可操作時(shí)間（用于灌漿操作的時(shí)間）介于1012分鐘之間；漿液粘度?。?0分鐘的凈漿流動(dòng)度250mm），可灌性好。試驗(yàn)工程檢驗(yàn)和正式施工使用均證明，加固型TGRM水泥基特種灌漿料可滿足基床病害的整治要求，其突出特點(diǎn)是：在小水灰比（w/c=0.37）的情況下，漿液流動(dòng)性好，直至初凝前12分鐘流動(dòng)性仍保持穩(wěn)定；初、終凝間隔時(shí)間短，只有2

6、3分鐘，從而在保證灌漿后有30分鐘限定時(shí)間的同時(shí)，為可操作時(shí)間留出了1012分鐘的時(shí)間，也為終凝后的強(qiáng)度快速達(dá)到8MPa/30分鐘以上提供了保證。2.3.1.3 施工工藝（1）鉆孔灌注錨樁主要利用其抗壓強(qiáng)度強(qiáng)度高的優(yōu)勢(shì)支撐“吊空”，以群樁承載方式傳遞列車荷載至基巖，達(dá)到穩(wěn)定基床、消除軌道狀態(tài)變化的目的。施工工序?yàn)椋恒@孔清孔放鋼筋籠支模板灌注砼搗固。 鉆孔采用小型工程鉆機(jī)120mm金剛石巖芯鉆頭，孔位中心點(diǎn)距水溝墻邊16cm，鉆至基巖下2025cm。 清孔采用風(fēng)水聯(lián)合法，將風(fēng)壓機(jī)的風(fēng)管伸入已成孔的錨樁孔內(nèi)將孔內(nèi)的沉渣吹起，再用鉗式或鏟式清孔器將風(fēng)壓吹不起來的大塊巖芯取出，并壓水沖洗，以保證施工質(zhì)

7、量。 支模板是針對(duì)病害“吊空”嚴(yán)重地段，即成孔后發(fā)現(xiàn)錨樁孔與中、側(cè)溝相串通，通過支模板避免灌注錨樁的砼沿“吊空”流失。在灌注砼時(shí)進(jìn)行有效的搗固，盡量使砼在錨樁孔底端向周邊“吊空”位置擴(kuò)散，并保證填充密實(shí)。（2）溝墻封閉施工溝墻封閉施工分為中溝墻封閉和邊溝墻、溝底封閉。因中心水溝中水的流量較水，中溝封閉需使用PMC聚合物砼；邊溝窄而淺，且存在著“爛底”破損現(xiàn)象，列車通過時(shí)有“抽吸”現(xiàn)象，故采用TGRM混凝土和聚合物混凝土鑿補(bǔ)結(jié)合的方法進(jìn)行處理，對(duì)無“抽吸”現(xiàn)象而比較穩(wěn)定的邊溝，可以采用普通525#水泥制備的混凝土對(duì)“爛底”進(jìn)行鋪底處理。溝墻封閉的施工工序?yàn)椋呵謇頊蠅Γㄇ鍦?、洗刷、鑿毛）支模板灌?/p>

8、混凝土搗固拆模。 中溝大量的淤泥、砂、石徹底清理干凈后，再用鋼絲刷洗刷溝墻，對(duì)溝墻鑿毛，使“吊空”充分暴露，以保證灌注時(shí)填滿“吊空”位置。 考慮到病害的嚴(yán)重程度存在差異，病害嚴(yán)重處吊空深度達(dá)90cm，為使PMC聚合物砼能夠更有效地進(jìn)入吊空位置，施工中采用兩次支模的方法，即先在溝底以上2030cm高立模一次，將“吊空”部分填滿后再進(jìn)行第二次立模加高，這樣即保證了“吊空”部位充分填滿，又達(dá)到了堵漿的目的。灌注搗固同錨樁。（3）基底灌漿基底灌漿采用TGRM水泥基特種灌注料。施工工序?yàn)椋恒@孔沖孔灌漿補(bǔ)漿。 布孔：布孔的原則是先疏后密，中間插孔，依據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，在每一整治段的中、邊溝每隔3米布孔一個(gè)，布置

9、在擋碴墻外側(cè)，深1.3m、傾斜30度角與深1.6m、傾斜50度角交錯(cuò)分布，這樣可有效保證道床中間和靠中、邊溝側(cè)“吊空”部分均能有漿液到達(dá)。 沖孔：用壓風(fēng)機(jī)沖孔，將孔內(nèi)沉碴淤泥徹底清理干凈；通過沖孔，可了解孔位之間的連通關(guān)系，從而確定哪些作為壓漿孔，哪些作為通氣孔。 灌漿：首先將TGRM水泥基特種灌注料按W/C=0.4的設(shè)計(jì)水灰比通過高速攪拌機(jī)制漿，而后將制好的灌漿料放入貯漿桶，再通過壓力泵由管線將漿液送至工作面，壓漿工序在“天窗”結(jié)束前30分鐘結(jié)束，以保證其凝結(jié)強(qiáng)度。2.3.2 T漿液+化學(xué)漿的組合注漿法（以雞公山隧道病害整治項(xiàng)目為例）所謂T漿液+化學(xué)漿的綜合注漿法是指，在基底表層通過深層滲透

10、注漿方式，使用化學(xué)漿液形成漿脈穩(wěn)固土體結(jié)構(gòu)，吸收孔隙水，從而降低土體的含水率，降低土體再次液化翻漿冒泥的可能，同時(shí)在基床底層形成一個(gè)隔水層，阻止地下水再次滲入。在基底底層通過擠密注漿方式，注入TGRM漿液，提高路基的承載力，同時(shí)形成密實(shí)的漿液固結(jié)體，使斷裂和“吊空”被錨固、充填，提高基床承載能力。圖1 T漿液+化學(xué)漿的綜合注漿法整治原理示意圖2.3.2.1 施工方案（1）漿液材料的選擇l T漿液：隧道基床病害整治最突出的難點(diǎn)是“天窗”時(shí)間短，既要求漿液的可灌性好，在“天窗”時(shí)間內(nèi)有較快的工作進(jìn)度，又要漿液瞬時(shí)凝固，在終凝后盡快達(dá)到列車通過時(shí)荷載要求的抗壓強(qiáng)度。否則，基底灌漿將被擠出，不能達(dá)到充

11、填“吊空”的目的。加固型TGRM水泥具有以下特點(diǎn)：在水灰比為0.370.45的條件下，可操作時(shí)間為912分鐘，初凝時(shí)間為10.514.5分鐘，終凝時(shí)間為12.517.5分鐘；漿液流動(dòng)度為220250 mm，可采用低壓灌注，并且有良好的自密實(shí)性；終凝后通過硬化可產(chǎn)生大量的硫鋁酸鈣，30分鐘齡期抗壓強(qiáng)度可達(dá)到8MPa以上。因此，采用TGRM水泥做為灌漿材料，既可加快施工進(jìn)度，又可保證列車通過時(shí)的強(qiáng)度。l 化學(xué)漿液：采用水溶性聚氨脂。該漿液無毒、無污染、對(duì)人體無害，具有優(yōu)良的親水性，與水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)后，借助緩慢膨脹及持續(xù)壓力，可將聚氨酯滲透至微細(xì)縫隙。該漿液與混凝土等材料粘結(jié)力強(qiáng)，混合后可形成高強(qiáng)度

12、固結(jié)體。（2）注漿孔的布置由于是在既有線條件下施工，要特別防止灌漿對(duì)基床的“抬動(dòng)”。灌漿壓力不得超過0.6 MPa，為避免灌漿孔穿透道渣，由路肩兩枕木頭端部鉆設(shè)灌漿孔，從擋碴墻鉆入基床，并沿垂線傾斜45°60°，間隔1m，行距為40cm，以使灌漿孔穿越道床中心，使路基下方病害路基得到全面加固，詳見下面的圖表。 圖2注漿孔布置圖 圖3注漿孔布置剖面圖表1 注漿孔參數(shù)表孔位角度（°）孔深（m）注漿壓力（MPa）水灰比材料選擇備注A排序孔4530.30.50.5:1TGRM灌漿料B排序孔6020.30.51聚氨脂C排序孔6020.30.51聚氨脂D排序孔4530.30.

13、50.5:1TGRM灌漿料（3）鉆孔施工順序施工順序?yàn)椋築排孔A排孔C排孔D排孔。每排孔施工須按照跳孔施工作業(yè)。（4）施工流程埋盒鉆孔下管灌漿補(bǔ)漿l 掏碴埋盒：因道碴中無法成孔，故注漿孔須在鋪底面向下施鉆。為此，需采用掏碴埋盒的方式，在保證成孔的同時(shí)還要保證行車安全。在天窗點(diǎn)內(nèi)用專用工具把道碴挖至鋪底面，再埋入160*5的PVC管，最后搗固密實(shí)。l 鉆孔：根據(jù)設(shè)計(jì)方案，施做30mm鉆孔，孔深23m，間距1m，行距40cm。l 下管：鉆孔完成后下入注漿鋼管，并進(jìn)行清孔和封孔。l 灌漿：壓漿方式采用后退式壓漿，即一次鉆至壓漿孔底，再從孔底利用止?jié){塞分段壓漿后退至孔口，壓漿完成后孔口用水泥砂漿抹平。

14、漿液水灰比一般為0.5，灌漿壓力控制在0.30.5 MPa。l 補(bǔ)漿：灌漿完成后，每100m隨機(jī)鉆取3個(gè)孔檢查壓漿效果，如仍有明顯的空洞和孔隙，應(yīng)重新補(bǔ)漿。3 新建線隧道基底病害整治施工技術(shù)方案隨著我國鐵路的高速發(fā)展，對(duì)鐵路線形要求更加嚴(yán)格，造成了鐵路隧道數(shù)量日益增多，有些鐵路工程的隧線比甚至超過50%，受鐵路線位影響，一些隧道基底的地質(zhì)條件比較差。此外，根據(jù)隧道“早進(jìn)晚出、保護(hù)環(huán)境”的原則，隧道明洞應(yīng)盡可能加長(zhǎng)，這就增加了隧道存在軟弱地基的幾率。在隧道設(shè)計(jì)過程中，我們經(jīng)常需要處理一些隧道基底的軟弱地層( 如黏土層) ，以提高隧道基底地層承載力，滿足隧道襯砌設(shè)計(jì)要求。隧底病害常用的整治方法主要

15、包括以下幾種：3.1 基底換填隧道基底換填是一種比較簡(jiǎn)便、快速的隧道軟弱基底處理措施，在隧道洞口及洞身淺埋段中應(yīng)用比較廣泛，一般鐵路隧道采用C20片石混凝土換填軟弱地基（黏土等），換填應(yīng)深入基巖不小于0.5m。但基底換填有一定的局限性，當(dāng)隧道基底軟弱基礎(chǔ)層較厚，基底換填量就會(huì)比較大，有時(shí)開挖基底邊坡需要采用臨時(shí)防護(hù)措施，從安全性和經(jīng)濟(jì)性考慮，換填就不太合適。一般情況下，當(dāng)隧道基底黏土層換填深度為2.0 m5.0m為宜。隧道基底換填設(shè)計(jì)如圖4所示。圖4 隧道基底換填橫斷面圖3.2 小導(dǎo)管（鋼花管）注漿小導(dǎo)管（鋼花管）注漿是利用導(dǎo)管導(dǎo)入漿液，注漿孔均勻分布，高壓漿液強(qiáng)行擠壓孔周，使黏土層劈裂成縫并

16、充填凝結(jié)于其中，從而對(duì)黏土層起到擠壓加固和增加高強(qiáng)夾層加固作用（稱為“劈裂注漿”）。在軟弱黏土層中增加的高強(qiáng)夾層，將黏土分割加固，使其整體性和強(qiáng)度大幅提高。小導(dǎo)管（鋼花管）注漿適合于隧道基底黏土層或全風(fēng)化巖層厚（地下水不發(fā)育地層）大于5.0m地段，小導(dǎo)管（鋼花管）注漿對(duì)于隧道洞身段小型滑坡體也有很好的加固作用。小導(dǎo)管（鋼花管）注漿在黏土層地段有很好的加固效果，加固深度相對(duì)基底換填較深，操作方便，地層強(qiáng)度提高大。但是在地下水發(fā)育地段效果較差，漿液流失嚴(yán)重，固結(jié)較慢，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，一般鋼花管注漿加固深度在10m左右為宜，鋼花管注漿加固基底設(shè)計(jì)如圖5所示。圖5隧道基底小導(dǎo)管注漿橫斷面圖小導(dǎo)管（鋼花管

17、）注漿一般采用42或50鋼花管，平面采用梅花形布置，橫縱向間距為1.5 2.5m；水泥漿液水灰比常采用1:1.01:1.5（或根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定），注漿壓力為0. 51.2MPa。單根鋼花管注漿量可參考下式計(jì)算： (1)其中，Rk為漿液擴(kuò)散半徑，取Rk=0.6L0，m；為鋼花管中心間距，m；為鋼花管長(zhǎng)，m；為注漿飽滿系數(shù)，取0. 85；為空隙率，巖石破碎帶取5%8%、砂土取4060%、黏土取2040%計(jì)算。3.3 旋噴樁加固旋噴樁是利用鉆機(jī)將旋噴注漿管及噴頭鉆置于樁底設(shè)計(jì)高程，將預(yù)先配制好的漿液通過高壓發(fā)生裝置使液流獲得巨大能量后，從注漿管邊的噴嘴中高速噴射出來，形成一股能量高度集中的液流，直接

18、破壞土體，噴射過程中，鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊提升，使?jié){液與土體充分?jǐn)嚢杌旌?，在土中形成一定直徑的柱狀固結(jié)體，從而使地基達(dá)到加固。旋噴樁加固對(duì)處理淤泥、淤泥質(zhì)土、黏性土、粉土、砂土、人工填土和碎石土等有良好的效果，而且施工簡(jiǎn)便、漿液集中（流失較少）、價(jià)格低廉。適合于山嶺鐵路隧道加固層較深、地下水發(fā)育地段。山嶺鐵路隧道基底采用旋噴樁加固， 樁直徑一般為0.60.8m，樁間距一般取L= (23)d（d為旋噴樁設(shè)計(jì)直徑），噴射漿液水灰比一般為1:11.5:1。旋噴樁的復(fù)合地基承載力可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)確定，當(dāng)無試驗(yàn)條件時(shí)，也可按照下式計(jì)算且結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r與其土質(zhì)相似工程經(jīng)驗(yàn)確定。 (2)其中，為復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值

19、，kPa；為1根樁承擔(dān)的處理面積，m2；為樁的平均截面積，m2；為樁間天然地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；為樁間天然地基土承載力折減系數(shù), 可根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定，在無實(shí)驗(yàn)資料時(shí)，可取0. 20. 6；當(dāng)不考慮樁間軟土的作用時(shí)，可取0；為單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kN。3.4 地表注漿地表注漿是在地面修建一定厚度注漿平臺(tái)，然后向下鉆孔至設(shè)計(jì)深度，插入孔口管，通過靜壓注漿的一種加固地表和地基方法。當(dāng)隧道洞口段為松散堆積體或可治理的小型滑坡體，隧道洞頂覆蓋層有一定厚度，明洞難以施工時(shí)，通過地表注漿能很好的改善地層條件，增加隧道基底承載力，降低暗洞施工難度及施工風(fēng)險(xiǎn)，加快施工進(jìn)度。地表注漿平臺(tái)厚度一般約為30cm，

20、以保證注漿過程中漿液不溢出地表。注漿孔口管為89（50）鋼管，注漿孔平面采用梅花形布置，橫縱向間距為1.02.5m；水泥漿液水灰比常采用1:1.01:1.5（或根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定），注漿壓力為0.51.2MPa。單根管注漿量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，當(dāng)無試驗(yàn)條件時(shí)可采用式(1)計(jì)算。3.5 袖閥管注漿加固（以雪峰山隧道基底病害整治項(xiàng)目為例） 袖閥管注漿工藝的機(jī)理及特點(diǎn)水囊式水囊式3.5.2 注漿加固設(shè)計(jì)一般根據(jù)設(shè)計(jì)擴(kuò)散半徑和垂直鉆孔的加固方式來保證注漿加固效果，設(shè)計(jì)圖如下所示。 圖6 開孔孔位布置圖（單位：cm） 圖7 注漿擴(kuò)散效果示意圖（單位：cm）3.5.3 施工工序圖8 袖閥管注漿施工工序圖9 注漿施工示意圖3.5.4 注漿參數(shù)表2 注漿參數(shù)表序號(hào)參數(shù)名稱設(shè)定參數(shù)1擴(kuò)散半徑1m2注漿終壓45MPa3注漿速度10100L/min4漿液配比（水:灰）0.61:15套殼料配比（水:灰:土）1.6: