一种运营期隧道基底松散层注浆地基处理方法与流程

本发明涉及隧道地基处理，尤其涉及一种运营期隧道基底松散层注浆地基处理方法。

背景技术：

1、松散层指第四系与新近系地层，由土质、砂、砾石、卵石层等组成，其强度远不如一般岩层，不会产生层状效应。松散层土层承载能力差，压缩性大，无法直接作为结构物的地基来使用。隧道基底的松散层若不经处理而直接施工，通常会导致隧道沉降大，易出现开裂、变形、位移等病害。目前常用于处理松散层地基的方法有换填法和夯实法两种，回填法需要大量的空间堆放挖出的土壤和换填新的土壤，而隧道施工作业工作面小、施工危险系数高，无论开挖还是回填都难以实施；夯实法通常需要使用冲击锤或堆放重物，显然在有限的隧道施工空间中也无法使用。

2、在隧道施工过程中往往采用注浆的方法对基底松散层进行加固，但由于松散层土体孔隙率较大，无法对注浆浆液进行有效约束，浆液在土体中自由扩散，难以有效控制注浆范围，也就不能保证隧道基地松散层的加固效果，承载力不足导致地基下沉等病害频发。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种运营期隧道基底松散层注浆地基处理方法，解决现有隧道施工过程注浆无法对注浆浆液进行有效约束，浆液在土体中自由扩散，难以有效控制注浆范围的技术问题。常用的注浆加固方法的注浆区域呈辐射状、注浆密度低，地层承载力提高效果不明显。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种运营期隧道基底松散层注浆地基处理方法，将注浆地基划分为封堵区和灌注充填区，封堵区设置在灌注充填区的两侧，先对封堵区进行钻孔注浆，然后再对灌注充填区进行注浆填充。

4、进一步地，封堵区范围为注浆区域左右两侧，钻孔采用预成孔技术，封堵区起到限制浆液扩散，提高注浆效果的作用，注浆材料需要快速固结从而阻挡填充区浆液扩散，注浆材料为水泥-水玻璃双液浆或者化学浆液。

5、进一步地，灌注充填区分为浅层低压注浆区和深层复成孔高压注浆区，浅层低压注浆区取隧道二衬基底至基底以下5m的范围，深层复成孔高压注浆区取浅层低压注浆区以下、基岩或不透水层以上的范围，注浆材料采用单液浆，通过注浆充填区隧道底部岩块的空隙，浆液具有流动性，因此浆液能充满填充区。

6、进一步地，浅层低压注浆区注浆范围为中部浅层填充区，从路面开始向下打孔，浅层低压注浆区注浆材料采用具有流动性、造价低廉的水泥浆或者水泥砂浆，浅层低压注浆区的浅层低压灌浆的作用在于一方面预加固基底松散层，使深层注浆钻设的复成孔塌孔，降低施工难度，另一方面预加固浅层的松散层，可避免后续的高压注浆导致基底隆起或开裂的次生病害；

7、深层复成孔高压注浆区注浆范围为中部深层填充区，注浆材料可采用水泥浆或者水泥砂浆等，深层复成孔高压注浆区的复成孔高压注浆的作用在于使浆液充填松散层的孔隙，提高注浆工程质量。

8、进一步地，设计钻孔平面布置时，中央注浆孔间隔根据注浆材料的渗透半径r计算，假设渗透半径为r，注浆孔间隔为d，重合区域宽度取值为s＝2r-d(s＞0)，注浆渗透半径重合区域比例k,

9、

10、k取20％，由于注浆范围横截面为梯形，梯形两翼需要额外的注浆孔，因此注浆孔布置为两侧密，中间疏，两侧注浆孔间隔取中央注浆孔间隔的一半d/2。

11、进一步地，设计注浆孔深度布置或者注浆孔高度布置时，注浆深度用注浆后承载力计算，按规范要求计算注浆后地基承载力满足需求，注浆孔下方应有不透水层，注浆孔打至不透水层，防止浆液在垂直方向扩散。

12、进一步地，钻孔时，灌浆孔直径控制在2-10cm以内，灌浆管采用直径2-10cm的钢花管，注浆孔底部超过基底松散层50cm，灌浆孔钻二衬时不允许采用冲击钻，应采用回旋钻，钻孔过程中碰到钢筋挪移灌浆孔位置。

13、进一步地，注浆时，注浆过程中采用跳孔注浆的方式，利用相临孔作为排气孔，注浆采用四序孔原则，四序孔原则是将单排单号孔作为一序先进行注浆，然后对双排双号孔作为二序孔进行注浆，之后对单排双号孔作为三序孔进行注浆，最后对双排单号孔作为四序孔进行注浆。

14、进一步地，灌浆时，自下而上分段灌浆，将钻孔一次钻到设计孔深，然后自下而上逐段安装灌浆塞进行灌浆，采用自下而上灌浆时，灌浆塞在预定的位置塞不住时，对位置塞进行上移或下移，直至找到可以塞住的位置，当灌浆段长度大于10m时，采取补救措施，补救措施是在旁布置检查孔，通过检查孔查看影响程度数据，同时可进行补灌。

15、进一步地，施工过程为：

16、步骤1：施工前进行浆液室内配合比试验以及原位施工工艺试验，并根据试验结果确定注浆压力、水灰比、浆液配合比的参数；

17、封堵区可采用水泥水玻璃双液浆双管注浆，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比1:0.75，水玻璃采用模数2.2～3.4，浓度38～43°be’，水玻璃与水1∶2体积混合后形成混合液，水玻璃混合液∶水泥浆体积比＝1∶1，凝固时间控制在120～150s，封堵区的注浆压力控制在0.6～1mpa。

18、充填区可采用42.5级普通硅酸盐水泥浆，浅层低压注浆及深层复成孔高压注浆的水灰比均为1:0.75。

19、步骤2：封堵区围合，首先按照从小桩号和大桩号两端向中部用回旋钻钻孔，孔位于两侧拱脚处，角度为10°到45°斜向下，孔直径为50mm的注浆孔，钻至设计深度，局部塌孔采用套管跟进钻进，钻孔完成后，由大桩号和小桩号两端对称向中部跳孔注浆，直径为42mm的钢花管插入已打好的孔洞中，一次性由下向往上分段灌浆，注浆压力采用控制在

20、0.6～1mpa

21、，注浆采用水泥-水玻璃双液浆，如果钻孔时使用套管，灌浆过程中应对套管进行拔管，注浆完成后，浆液在松散层扩散围合形成注浆边界；

22、步骤3：浅层灌浆时，浅层孔低压注浆区为隧道二衬基底标高往下5m的范围，待完成封堵区施工，浆液形成强度后，进行浅层钻孔，放入注浆管，进行浅层低压注水泥浆浆液，低压注浆压力控制在0.2～0.5mpa，并稳压不小于30min，注浆过程中应记录注浆量情况，注浆由两端向中部进行跳孔注浆；

23、步骤4：复成孔高压区钻孔时，浅层低压注浆完成待浆液形成强度后，进行复成孔高压区试钻孔，钻孔时，按照从小桩号和大桩号两端向中部进行钻孔，局部遇塌孔采用套管跟进钻进，多次钻孔不成孔时，对塌孔的钻孔进行复注浆再进行钻孔；

24、步骤5：高压注浆时，钻孔完成后，由大桩号和小桩号两端对称向中部跳孔注水泥浆浆液，注浆采用钢花管一次性由下向往上分段灌浆，如果钻孔时使用了套管，灌浆过程中应对套管进行拔出，注浆压力控制在1-2mpa。

25、在注浆加固领域使用边界约束。

26、横向上，在注浆范围两侧设置封围区约束浆液；深度方向上，在松散层上部进行灌注，既加固浅层基底，保护仰拱避免受到后续高压注浆的影响产生次生病害，同时又降低复成孔的塌孔概率，为后续钻孔施工提供便利；下部约束则巧妙利用了不透水地层约束浆液向下方流走，如粘土层、基岩等。

27、本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

28、(1)本发明相较于常规注浆加固注浆呈辐射形渗透存在浆液的浪费，本技术给注浆施加了边界约束，将填充区所有的浆液充分利用；

29、(2)相较于常规注浆加固单纯靠渗透扩散，距注浆中心越远注浆密度越低，本方法在两侧和浅层灌浆的约束下填充区采用高压注浆，使得隧道基底的梯形承力区得到均匀的高密度注浆；

30、(3)相较于传统的衬砌大规模拆换，本技术方法对地层的扰动小，不需要破坏拱圈且提前对浅层填充区灌浆加固仰拱，安全高效且可以在隧道里的狭小空间施工；

31、(4)本技术对隧道运营影响小，施工期间可分车道、分段施工，管控得当可不封或者少封隧道在做好安全措施的情况下，单车道低速通过隧道。

32、(5)主要施工工艺简单，小型机械设备即可完成，施工方便，工期短。