动态压力水下迁移性沙层基土的充填稳定灌浆方法与流程

本发明涉及一种应用于压力动流水下具有迁移性沙层地基土的充填稳定的灌浆技术。

背景技术：

水泥灌浆通常用于岩层地基与软土地基的充填固结灌浆中，但由于沙层的结构特性，水泥浆体很难灌入。目前，对地下基土的灌浆加固目前仍是一个难题，特别是沙层受动流水的影响，出现液化迁移时，难度更大。这类迁移性沙层具有以下特点：

1、当沙层受压力动流水影响出现液化、随水发生迁移时，处于隧道结构基底下的沙层会出现迁移性流失，使结构产生不均匀沉降。

2、受压力动流水影响，被灌入的水泥浆体被稀释，带走，无法形成固结体，而影响加固效果。

3、受压力动流水影响和沙层松散自流性影响，在沙层中进行钻孔过程中，因塌孔、喷涌等造成成孔困难；

4、在投入运行使用的隧道结构，因受设施和结构净空影响，常规的大型设备无法进场施工。

5、建成后的运行隧道，因周边土体液化、泥化、水量增大，导致钻孔涌水、喷水，沙、土流失，极易对隧道结构产生不均匀沉降或引发次生灾害；

目前，对建成后的运行交通隧道结构出现压力动流水20～50L/min下液化泥化性土体及沙层的加固技术未见详细报道。

技术实现要素：

本发明为弥补现有技术的不足，提供一种动态压力水下迁移性沙层基土的充填稳定灌浆方法，该方法解决了压力动流水下，迁移性沙层难以成孔，难以灌注水泥浆进行充填稳定的技术难题。

本发明为达到其目的，采用的技术方案如下：动态压力水下迁移性沙层基土的充填稳定灌浆方法，用于交通隧道下方的沙层基土的灌浆加固，包括如下步骤：

1)在出现不均匀沉降的隧道结构部位进行布孔，钻孔至隧道结构下方的混凝土底板且不钻穿所述混凝土底板，在该孔中安装孔口套管；

2)自上而下分段钻孔灌浆：钻孔，且钻穿所述混凝土底板并钻入混凝土底板下方的沙层基土1～3m，作为第一施灌段，待第一施灌段成孔后，向其中灌入水泥浆体；待第一施灌段内的水泥浆体凝固后，在第一施灌段的下方进行钻孔，钻入深度为1～3m，为第二施灌段，待第二施灌段成孔后，向其中灌入水泥浆体，待第二施灌段内的水泥浆体凝固后，再在第二施灌段下方进行下一施灌段的钻孔灌浆操作，如此依次自上而下进行分段钻孔灌浆；每一施灌段在钻孔过程中出现喷涌或塌孔而无法成孔时，向钻孔位灌入早凝性稳定材料进行稳沙处理。

优选的，所述早凝性稳定材料包括稳定性水泥膏浆，其组成包括：普通硅酸盐水泥浆液(水灰比0.5:1～3:1)，按照水泥浆液重量3‰加入膨润土，按照水泥浆液重量3‰加入减水剂，按照水泥浆液重量3‰加入早强剂。

优选的，灌入早凝性稳定材料的施灌压力为0.1～0.5Mpa。

作为一种具体实施方式，步骤1)中，安装好所述孔口套管后，在孔口套管周围布置多个注浆孔，向注浆孔内注入EAA高渗透性亲水环氧灌浆材料对孔口套管进行埋管固封处理。

作为一种具体实施方式，步骤2)中所述水泥浆体为水泥膨润土浆液。

作为一种具体实施方式，所述水泥浆体的水灰比为0.5～3:1。

优选的步骤2)每一施灌段的施灌压力为比施灌段埋深深度水头差值大0.1～0.3Mpa。

优选的，步骤2)中，向每一施灌段灌入水泥浆体后，在所述孔口套管上安上灌浆防喷涌装置。

作为一种具体实施方式，所述灌浆防喷涌装置为与孔口套管外径匹配的套管盖帽。

本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：

本发明的方法解决了压力动流水下，迁移性沙层难以成孔，难以灌注水泥浆进行充填稳定的技术难题，可对建成后在运行的交通隧道结构的基地沙层进行加固。

附图说明

图1是本发明实施例中的布孔平面示意图；

图2是本发明实施例在施工过程中的剖面示意图。

图3是本发明实施例在施工过程中的钻孔灌浆示意图。

图4是本发明实施例在施工过程中在孔口安装孔口套管剖面示意图。

图5是本发明实施例在施工过程中在孔口套管周围布置的注浆孔平面示意图

图中部分附图标记说明：1、交通隧道，2、混凝土底板，3、沙层基土，4、自上而下钻孔灌浆不同施灌段的孔深度，41、第一施灌段；42、第二施灌段；43、第三施灌段；5、注浆孔，6、套管盖帽，7、孔口套管。

具体实施方式

本发明提供一种动态压力水下迁移性沙层基土的充填稳定灌浆方法，该方法用于交通隧道1下方的沙层基土3的灌浆加固，主要包括如下步骤：

1)在出现不均匀沉降的隧道1结构部位进行布孔，钻孔至隧道结构下方的混凝土底板2且不钻穿所述混凝土底板2，在该孔中安装孔口套管7，参见图1、4；

2)自上而下分段钻孔灌浆：钻孔，且钻穿所述混凝土底板并钻入混凝土底板下方的沙层基土1～3m，作为为第一施灌段，待第一施灌段成孔后，向其中灌入水泥浆体；待第一施灌段内的水泥浆体凝固后，在第一施灌段的下方进行钻孔，钻入深度为1～3m，为第二施灌段，待第二施灌段成孔后，向其中灌入水泥浆体，待第二施灌段内的水泥浆体凝固后，再进行下一施灌段的钻孔灌浆操作，如此依次自上而下进行分段钻孔灌浆；每一施灌段在钻孔过程中出现喷涌或塌孔而无法成孔时，向钻孔位灌入早凝性稳定材料进行稳沙处理。

其中早凝性稳定材料优选包括稳定性水泥膏浆，优选的，其组成包括：普通硅酸盐水泥浆液(水灰比0.5:1～3:1)，按照水泥浆液重量3‰加入膨润土，按照水泥浆液重量3‰加入减水剂，按照水泥浆液重量3‰加入早强剂。

通过本发明提供的充填稳定灌浆方法，主要解决了压力动流水下，迁移性沙层不易成孔，导致难以通过灌注水泥浆进行充填稳固的技术问题。该方法可以用于正在运行使用中的交通隧道结构下方的沙层基土的灌浆加固，无需大型设备即可进行施工，操作方便。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步说明：

某明挖地铁运行隧道1，埋深H为20m，紧邻两河道之间，投入使用多年，在运行列车振动影响和两河涨落潮水的影响，隧道1结构周边土体产生液化、泥化，隧道1结构出现不均匀沉降，为确保隧道结构的安全运行，需对隧道结构底部进行加固处理。参见图1～2。在加固处理时，按照如下步骤：

1)对出现不均匀沉降的隧道结构部位进行布孔，布孔平面示意图可参见图1，布孔孔距D在1.0～3.0m，图1中所示为孔距2m。参见图4，布孔后，钻孔至隧道1结构下方的混凝土底板2，且不钻穿混凝土底板2。在所钻孔中安装孔口套管7。在本实施例中，孔口套管7顶部外露于混凝土底板2的部分的高度大于15cm。在孔口套管周围布置多个注浆孔5，在本实施例中具体是在距孔口套管50～80mm处布置3个注浆孔，注浆孔孔径在8～10mm；优选的，三个注浆孔呈等三角布孔，注浆孔优选呈倾斜布置，且注浆孔和孔口套管之间的夹角优选在30°～45°。然后向注浆孔内注入EAA高渗透性亲水环氧灌浆材料(为本领域现有材料，可市场购买获得)，由此对孔口套管7进行埋管固封处理。

2)采用自上而下(可参见图2中箭头方向)的方式进行分段钻孔灌浆，具体操作是：

在孔口套管所在孔位内进行钻孔，钻穿混凝土底板2后继续钻入混凝土底板下方的沙层基土1～3m深，在钻孔过程中，当钻孔钻穿隧道1下方的混凝土底板2进入沙层基土3(1～3m深)时，孔内出水速率为20～50L/分，出水水头涌水约1.2～1.5m，约0.2Mpa水头；涌水带出沙粒和直径3.0～5.0cm的碎石块，灌浆钻孔因沙层喷涌坍塌而无法成孔。向其中注入水泥浆后，发现被严重稀释，随水流失，无法充填固结，扫孔时不见水泥浆样。因无法成孔，采用向其中灌注早凝性稳定材料，施灌压力为0.1～0.5Mpa。该早凝性稳定材料对流动沙层具有控水稳沙作用，起到稳沙效果。灌注了早凝性稳定材料后，钻孔并得以成孔，该段作为第一施灌段41。

然后在第一施灌段41内进行粘稠性水泥浆体的充填固结灌浆。

第一施灌段水泥浆体凝固后，在第一施灌段下方继续钻孔，钻入深度为1～3m；同样的，如果在该段钻孔过程中也出现塌孔，则向其中灌注早凝性稳定材料；待钻孔且成孔后，作为第二施灌段42，在第二施灌段内进行粘稠性水泥浆体的充填固结灌浆。

按照第二施灌段的钻孔灌浆方式继续进行第三施灌43的钻孔灌浆，不再赘述。

在每一施灌段进行灌浆后在孔口套管上安装灌浆防喷涌装置6，具体如和孔口套管7外径吻合的套管盖帽，从而避免浆液喷涌。待水泥浆体凝固后，或者下一施灌段钻孔作业前卸下该套管盖帽。所用粘稠性水泥浆体具体可采用现有的水泥-膨润土浆液(水灰比控制在0.5～3:1，本实施例中具体为控制在0.6:1～0.8:1)进行充填灌浆，不同施灌段的施灌压力为比施灌段埋深深度水头差值大0.1～0.3Mpa，图2所示为三个施工段，41～43依次为第一段、第二段、第三段。

本实施例采用上述灌浆方法，有效地控制了动流水沙粒的迁移。经过一年四季富水与枯水期的影响和结构隧道的跟踪监测，被加固的沉降结构部位、至今效果稳定。

该实施例中，所用的早凝性稳定材料为稳定性水泥膏浆，其组成包括：普通硅酸盐水泥浆液(水灰比0.5:1～1:1)，按照水泥浆液重量3‰加入膨润土，按照水泥浆液重量3‰加入减水剂，按照水泥浆液重量3‰加入早强剂。

文中未特别说明之处，均为本领域技术人员所掌握或知晓的公知常识或常规技术手段，对此不再一一赘述。实施例中所用材料若未特别说明，均可市场购买获得。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。