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1、隧道基底類病害整治施工技術方案總結1 引言隧道基底類病害按其所屬線路的性質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、翻漿冒泥等現象。基床病害容易導致線路幾何狀態難以保持，制約列車提速，危及行車安全，嚴重時甚至會造成列車在隧道內脫軌傾覆。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，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、小導管注漿和旋噴樁加固等。多年來，北京中鐵瑞威基礎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聯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、優選整治方案、合理引用國外和自行研發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目，取得了滿意的施工效果，得到了用戶和管理部門的好評。2 既有線隧道基底病害整治施工技術方案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：當基底為軟弱層（如風化的基巖、斷層破碎帶、超挖部分為浮碴填充層）時，由于其強度低、結構松散，容易被水浸泡軟化或被水沖刷流失，列車動載的反復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節（如中心及側水溝）等處涌向道床，形成翻漿冒泥，進而使基底局部淘空，造成道床斷裂。另外，還有軟巖膨脹底鼓等原因。2.2病害檢測在進行病害整治3、前，首先采取物探與現場原狀土取樣化驗相結合的方法，確定病害成因，確定病害規模與分布范圍。即采用地質雷達、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查明填料的種類及孔隙率以及是否鋪設墊層，為制定整治方案提供依據。這樣做會使整治方案更具有針對性，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有效的地下水排導系統、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，主要針對病害較為嚴重的路段；2、T漿液+化學漿的組合注漿法，一般針對病害相對較輕的路段。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段與水隔絕，確保灌漿質量，然后在封閉的灌漿區段進行基底灌漿，從而達到基底完全固結填實的目的。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 錨樁設計l 樁徑d：取決于鉆機成孔直徑，一般取d=120150mm；l 樁長L：L=道床厚度+鋪底厚度+嵌巖深度（0.25m）；l 樁間距a：按承載力計算結果，同時滿足a3d，并采用錯位梅花排列；l PMC聚合物混凝土：灌樁材料性能具有在15、m/s的涌水沖刷下不離散、30分鐘抗壓強度8MPa，抗折強度在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摩阻力。2.3.1.2 注漿設計專用于隧道基底和道床病害整治的灌漿料符合以下幾點要求：30分鐘的抗壓強度8MPa；可操作時間（用于灌漿操作的時間）介于1012分鐘之間；漿液粘度小（10分鐘的凈漿流動度250mm），可灌性好。試驗工程檢驗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，其突出特點是：在小水灰比（w/c=0.37）的情況下，漿液流動性好，直至初凝前12分鐘流動性仍保持穩定；初、終凝間隔時間短，只有23分鐘，從而在保證灌漿后6、有30分鐘限定時間的同時，為可操作時間留出了1012分鐘的時間，也為終凝后的強度快速達到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度強度高的優勢支撐“吊空”，以群樁承載方式傳遞列車荷載至基巖，達到穩定基床、消除軌道狀態變化的目的。施工工序為：鉆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120mm金剛石巖芯鉆頭，孔位中心點距水溝墻邊16cm，鉆至基巖下2025cm。 清孔采用風水聯合法，將風壓機的風管伸入已成孔的錨樁孔內將孔內的沉渣吹起，再用鉗式或鏟式清孔器將風壓吹不起來的大塊巖芯取出，并壓水沖洗，以保證施工質量。 支模板是針對病害“7、吊空”嚴重地段，即成孔后發現錨樁孔與中、側溝相串通，通過支模板避免灌注錨樁的砼沿“吊空”流失。在灌注砼時進行有效的搗固，盡量使砼在錨樁孔底端向周邊“吊空”位置擴散，并保證填充密實。（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”破損現象，列車通過時有“抽吸”現象，故采用TGRM混凝土和聚合物混凝土鑿補結合的方法進行處理，對無“抽吸”現象而比較穩定的邊溝，可以采用普通525#水泥制備的混凝土對“爛底”進行鋪底處理。溝墻封閉的施工工序為：清理溝墻（清溝、洗刷、鑿毛）支模板灌注混凝土搗固拆模。 中溝大8、量的淤泥、砂、石徹底清理干凈后，再用鋼絲刷洗刷溝墻，對溝墻鑿毛，使“吊空”充分暴露，以保證灌注時填滿“吊空”位置。 考慮到病害的嚴重程度存在差異，病害嚴重處吊空深度達90cm，為使PMC聚合物砼能夠更有效地進入吊空位置，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”部分填滿后再進行第二次立模加高，這樣即保證了“吊空”部位充分填滿，又達到了堵漿的目的。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。施工工序為：鉆孔沖孔灌漿補漿。 布孔：布孔的原則是先疏后密，中間插孔，依據施工經驗，在每一整治段的中、邊溝每隔3米布孔一個，布置在擋碴墻外側，深1.3m9、傾斜30度角與深1.6m、傾斜50度角交錯分布，這樣可有效保證道床中間和靠中、邊溝側“吊空”部分均能有漿液到達。 沖孔：用壓風機沖孔，將孔內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的設計水灰比通過高速攪拌機制漿，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”結束前30分鐘結束，以保證其凝結強度。2.3.2 T漿液+化學漿的組合注漿法（以雞公山隧道病害整治項目為例）所謂T漿液+化學漿的綜合注漿法是指，在基底表層通過深層滲透注漿方式，使用化學漿液形10、成漿脈穩固土體結構，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，同時在基床底層形成一個隔水層，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，同時形成密實的漿液固結體，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是“天窗”時間短，既要求漿液的可灌性好，在“天窗”時間內有較快的工作進度，又要漿液瞬時凝固，在終凝后盡快達到列車通過時荷載要求的抗壓強度。否則，基底灌漿將被擠出，不能達到充填“吊空”的目的。加固型11、TGRM水泥具有以下特點：在水灰比為0.370.45的條件下，可操作時間為912分鐘，初凝時間為10.514.5分鐘，終凝時間為12.517.5分鐘；漿液流動度為220250 mm，可采用低壓灌注，并且有良好的自密實性；終凝后通過硬化可產生大量的硫鋁酸鈣，30分鐘齡期抗壓強度可達到8MPa以上。因此，采用TGRM水泥做為灌漿材料，既可加快施工進度，又可保證列車通過時的強度。l 化學漿液：采用水溶性聚氨脂。該漿液無毒、無污染、對人體無害，具有優良的親水性，與水產生化學反應后，借助緩慢膨脹及持續壓力，可將聚氨酯滲透至微細縫隙。該漿液與混凝土等材料粘結力強，混合后可形成高強度固結體。（2）注漿孔的布12、置由于是在既有線條件下施工，要特別防止灌漿對基床的“抬動”。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灌漿孔，從擋碴墻鉆入基床，并沿垂線傾斜4560，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4530.30.50.5:1TGRM灌漿料（3）鉆孔施工順序施工順序為：B排13、孔A排孔C排孔D排孔。每排孔施工須按照跳孔施工作業。（4）施工流程埋盒鉆孔下管灌漿補漿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，在保證成孔的同時還要保證行車安全。在天窗點內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。l 鉆孔：根據設計方案，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，再從孔底利用止漿塞分段壓漿后退至孔口，壓漿完成后孔口用水泥砂漿抹平。漿液水灰比一般為0.5，灌漿壓力控制在0.30.5 MPa。14、l 補漿：灌漿完成后，每100m隨機鉆取3個孔檢查壓漿效果，如仍有明顯的空洞和孔隙，應重新補漿。3 新建線隧道基底病害整治施工技術方案隨著我國鐵路的高速發展，對鐵路線形要求更加嚴格，造成了鐵路隧道數量日益增多，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條件比較差。此外，根據隧道“早進晚出、保護環境”的原則，隧道明洞應盡可能加長，這就增加了隧道存在軟弱地基的幾率。在隧道設計過程中，我們經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，滿足隧道襯砌設計要求。隧底病害常用的整治方法主要包括以下幾種：3.1 基底換填隧道基底換填是一種比較簡便、快15、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），換填應深入基巖不小于0.5m。但基底換填有一定的局限性，當隧道基底軟弱基礎層較厚，基底換填量就會比較大，有時開挖基底邊坡需要采用臨時防護措施，從安全性和經濟性考慮，換填就不太合適。一般情況下，當隧道基底黏土層換填深度為2.0 m5.0m為宜。隧道基底換填設計如圖4所示。圖4 隧道基底換填橫斷面圖3.2 小導管（鋼花管）注漿小導管（鋼花管）注漿是利用導管導入漿液，注漿孔均勻分布，高壓漿液強行擠壓孔周，使黏土層劈裂成縫并充填凝結于其中，從而對黏土層起到擠壓加固和增加高強夾層加固作16、用（稱為“劈裂注漿”）。在軟弱黏土層中增加的高強夾層，將黏土分割加固，使其整體性和強度大幅提高。小導管（鋼花管）注漿適合于隧道基底黏土層或全風化巖層厚（地下水不發育地層）大于5.0m地段，小導管（鋼花管）注漿對于隧道洞身段小型滑坡體也有很好的加固作用。小導管（鋼花管）注漿在黏土層地段有很好的加固效果，加固深度相對基底換填較深，操作方便，地層強度提高大。但是在地下水發育地段效果較差，漿液流失嚴重，固結較慢，根據工程經驗，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計如圖5所示。圖5隧道基底小導管注漿橫斷面圖小導管（鋼花管）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17、距為1.5 2.5m；水泥漿液水灰比常采用1:1.01:1.5（或根據現場試驗確定），注漿壓力為0. 51.2MPa。單根鋼花管注漿量可參考下式計算： (1)其中，Rk為漿液擴散半徑，取Rk=0.6L0，m；為鋼花管中心間距，m；為鋼花管長，m；為注漿飽滿系數，取0. 85；為空隙率，巖石破碎帶取5%8%、砂土取4060%、黏土取2040%計算。3.3 旋噴樁加固旋噴樁是利用鉆機將旋噴注漿管及噴頭鉆置于樁底設計高程，將預先配制好的漿液通過高壓發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，直接破壞土體，噴射過程中，鉆桿邊旋轉邊提升，使漿液與土體充分攪拌18、混合，在土中形成一定直徑的柱狀固結體，從而使地基達到加固。旋噴樁加固對處理淤泥、淤泥質土、黏性土、粉土、砂土、人工填土和碎石土等有良好的效果，而且施工簡便、漿液集中（流失較少）、價格低廉。適合于山嶺鐵路隧道加固層較深、地下水發育地段。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為旋噴樁設計直徑），噴射漿液水灰比一般為1:11.5:1。旋噴樁的復合地基承載力可根據現場荷載試驗確定，當無試驗條件時，也可按照下式計算且結合當地情況與其土質相似工程經驗確定。 (2)其中，為復合地基承載力標準值，kPa；為1根樁承擔的處理面積，m2；為樁的平均截面積，m19、2；為樁間天然地基土承載力標準值，kPa；為樁間天然地基土承載力折減系數, 可根據實驗確定，在無實驗資料時，可取0. 20. 6；當不考慮樁間軟土的作用時，可取0；為單樁豎向承載力標準值，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，然后向下鉆孔至設計深度，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，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險，加快施工進度。地表注漿平臺厚度一般約為30cm，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20、，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（或根據現場試驗確定），注漿壓力為0.51.2MPa。單根管注漿量根據現場試驗確定，當無試驗條件時可采用式(1)計算。3.5 袖閥管注漿加固（以雪峰山隧道基底病害整治項目為例） 袖閥管注漿工藝的機理及特點袖閥管注漿的機理是通過封管和注漿兩種材料進行分次封孔和注漿，以此來實現分次注漿的可能。由于地下工程的地質條件、顆粒粒徑、透水性和不同地層之間交互層疊，導致不均勻地層各層漿液的可注入性不同，通過注漿所達到的效果也不盡相同，有針對性地對注漿地層進行分析，可以有針對性地靈活調整漿液配比和注漿終壓，有效填補21、地層的空隙，達到理想效果，使地層趨向各向同性。袖閥管注漿工藝的主要特點如下：l 能有效按注漿工程的設計要求，確定注漿的位置和范圍；l 不易產生注漿盲區和薄弱區，適合高風險注漿施工，通過水囊式止漿塞停留的時間可以實現空隙的地層多注，密實的地層少注；l 注漿的位置可根據實際情況上下調整，靈活變動，這點通過水囊式止漿塞的移動就能輕易實現；l 同一注入點可以采用不同的注漿材料、不同的漿液配比進行注漿；l 注入后，可根據地層的實際情況非常方便的再次注入，保證注漿質量。3.5.2 注漿加固設計一般根據設計擴散半徑和垂直鉆孔的加固方式來保證注漿加固效果，設計圖如下所示。 圖6 開孔孔位布置圖（單位：cm） 22、圖7 注漿擴散效果示意圖（單位：cm）3.5.3 施工工序圖8 袖閥管注漿施工工序鉆孔 下套殼料 施作袖閥管開始注漿 施作第一段注漿 施作第二段注漿圖9 注漿施工示意圖3.5.4 注漿參數普通水泥漿水灰比為0.61:1，注漿壓力控制在45MPa左右。綜合考慮現場其它因素影響，根據現場監測數據及注漿實驗確定注漿參數，如表2所示。表2 注漿參數表序號參數名稱設定參數1擴散半徑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）1.6:1:16袖閥管注漿分段長度0.51.0m3.5.5 止漿工藝袖閥管施作完成后，下入水囊式止漿塞，向注漿管周23、邊孔內投入套殼料，套顆料采用水泥和膨潤土混合液，配合比為水泥:膨潤土:水=1:1:1.5。當套顆料填至離仰拱1.6m高的位置時，改為向孔壁內灌注水漿，水泥漿可適當添加速凝劑，將注漿管上部1.6m范圍內孔口封堵，防止冒漿。漿液通過注漿管沖開閥套進入需注漿加固的地層中。當注漿指標達到技術要求時，停止注漿后退一段，進行下一階段注漿。同時，剛注過漿的閥套會收縮，緊緊抱住套管防止剛注過的漿液回流到鋼性袖閥管中，在需要時，可在套管的適當位置重新下入注漿塞，進行重注。3.5.6 注漿順序（1）注漿方式施工時采用后退式分段注漿，注漿分段步距50100cm，注漿速度10100L/min，注漿壓力45MPa。每孔24、首次注漿完畢后立即用清水沖洗注漿管，確保再次注漿時管道暢通，當首次注漿由于串漿、漏漿，注漿量未達到注漿效果時要進行二次注漿，提高注漿壓力使漿液在地層中均勻擴散。（2）注漿順序為了達到注漿效果，應合理安排注漿順序，由外向內進行注漿，使整個加固范圍內漿液擴散更加均勻。（3）注漿控制注漿時采用注漿壓力和注漿量雙重控制。注漿過程中，若出現每步距注漿量能滿足設計，而注漿壓力太低，可采用間歇注漿和減小漿液膠凝時間，同時將漿量增至設計量的兩倍，以保證注漿效果。（4）注漿參數注漿參數應根據地層進行試驗確認，并在現場施工中不斷完善調整。注漿過程中，若出現注漿壓力能滿足設計，而注漿量不能滿足設計時，可在此步距上、下兩段各增加1倍的注漿量，以保證此段注漿效果。注漿應結合注漿壓力變化情況，以現場動態調整優化注漿參數。