CN101749031A - 海底隧道穿越富水砂层复合注浆加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海底隧道穿越富水砂层复合注浆加固方法。所述方法包括：第一注浆步骤，针对隧道拱部地层，在到达富水砂层之前和结束之后，在预设长度范围内，采用导管开始注浆施作和结束注浆施作；所述注浆施作用于加固所述拱部地层；第二注浆步骤，与所述第一注浆步骤同步进行，针对掌子面地层进行注浆；锁脚锚管注浆步骤，在每榀拱架两侧边墙分别设置注浆锁脚锚管以进行注浆。本发明充分利用各种注浆材料和注浆方式的优点，既满足高强度加固堵水要求，又可保证开挖施工容易。

Description

海底隧道穿越富水砂层复合注浆加固方法

技术领域

本发明涉及隧道地下建筑工程技术领域，尤其涉及一种海底隧道穿越富水砂层复合注浆加固方法。

背景技术

随着城市发展的需要，我国沿海地区将有多处修建海底隧道。与传统隧道相比，海底隧道的水灾害防治更具有挑战性。海底隧道施工中的突涌水事故多发生在不良地质段及地层结构界面的位置。富水砂层松散，无粘聚力，自稳能力很差，在该地层中开挖隧道极易发生涌水、涌砂、塌方等工程灾害。

钻爆法修建海底隧道穿越富水砂层，主要问题在于对富水砂层的支撑、加固和堵水，增大其自稳性，确保隧道穿越砂层段的施工质量和安全。目前国内外经常采用的工程措施有：强行穿越法、注浆法、冻结法、旋喷加固等。

(1)强行穿越法，这是最常用的传统方法，其特点是支撑护顶，随挖随砌。根据工程经验，短段掘砌、喷锚支护、超前支架、侧壁导坑等方法较为常用。

(2)注浆法，这是人工充填富水砂层的一种方法，在一定的注浆压力作用下，浆液被挤压入砂层。沿砂层孔隙流动扩散，由于其充填和水化作用，在孔隙内成为具有一定强度和低透水性的结石体，从而达到堵塞孔隙、截断水路和加固地层的目的。注浆在海底隧道中对防止涌水及加强围岩是必不可少的。注浆法在国外钻爆法施工的海底隧道修建中被普遍采用。

(3)冻结法，这是用冷媒传递冷量使含水地层降温冻结的方法，依靠冻土的强度达到承受地压的目的，使开挖和衬砌处在冻土保护之下安全进行。国内外一般都将冻结法用于其它方法不适用的地层，尤其对注浆法不能实现的系数小于10^-4cm/s的软弱地层。冻结法常常被认为是最后采取的一种昂贵的地层加固办法。

(4)水平旋喷加固，是由高压喷射注浆技术演变发展而来的地基加固新技术，就是在土层中水平钻机成孔，或作小角度的俯、仰和外斜钻进，随后进行高压喷射注浆。国外很多工程实例已经证明，在软弱地层中应用水平或倾斜钻孔旋喷注浆技术形成拱棚或墙柱，能防止坑道坍塌，有效控制地面沉陷，使隧道顺利开挖。

以上方法各具特点，在实际工程中为了合理地选用穿越富水砂层的技术方法，必须综合考虑富水砂层的规模、特性、水文地质条件等情况，在此基础上进行方案设计。注浆是隧道穿越富水砂层的主要手段。

目前已有对富水砂层的注浆技术、机制和材料进行了探讨，这些研究无疑丰富了注浆在富水砂层中加固、堵水方面的技术和工艺，但是针对富含海水砂层注浆的研究还是空白。海底隧道富水砂层复杂的地质条件和特殊的水边界使得单一注浆经常无法达到防水和加固的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海底隧道穿越富水砂层复合注浆加固方法。该方法采用多种注浆方式或注浆材料，根据具体地层条件按照一定的时空顺序对被注载体进行注浆，从而达到最大适用地层范围和最佳加固效果的新型注浆技术。

本发明一种海底隧道穿越富水砂层复合注浆加固方法，其包括如下步骤：第一注浆步骤，针对隧道拱部地层，在到达富水砂层之前和结束之后，在预设长度范围内，采用导管开始注浆施作和结束注浆施作；所述注浆施作用于加固所述拱部地层；第二注浆步骤，与所述第一注浆步骤同步进行，针对掌子面地层进行注浆；锁脚锚管注浆步骤，在每榀拱架两侧边墙分别设置注浆锁脚锚管以进行注浆。

上述复合注浆加固方法中，优选所述第一注浆步骤中，注浆压力控制在0.5～1.0Mpa；注浆方式为富水砂层渗透注浆，注浆材料为水泥-水玻璃双液浆。

上述复合注浆加固方法中，优选所述第二注浆步骤中，注浆导管按照梅花型布置，注浆压力控制在0.5～1.0Mpa，注浆方式为渗透注浆，注浆材料为水泥水-玻璃双液浆。

上述复合注浆加固方法中，优选所述锁脚锚管注浆步骤中，注浆压力控制在1.0～1.5Mpa，注浆方式为劈裂式注浆，注浆材料为普通水泥浆。

上述复合注浆加固方法中，优选在所述锁脚锚管注浆步骤后，还设置有如下步骤：补偿注浆步骤，在距掌子面1.0～2.5m范围内进行初支背后补偿注浆，以实现初期支护与围岩的密贴。

上述复合注浆加固方法中，优选所述补偿注浆步骤中，注浆压力控制在0.5Mpa以下，注浆方式为充填注浆，注浆材料为HSC水泥浆。

上述复合注浆加固方法中，优选所述第一注浆步骤前，还设置有如下步骤：止浆维护施作步骤，在隧道拱部富水砂层及掌子面弧形开挖面内采用挂钢筋网、喷混凝土封闭开挖面，以形成止浆围护结构。

上述复合注浆加固方法中，优选在所述锁脚锚管注浆步骤前，还设置有如下步骤：支护施作步骤，采用交叉中隔墙法开挖隧道，支护钢支撑采用工字钢，喷射混凝土采用挂双层钢筋网，喷至少30cm厚度强度在C25之上混凝土。

在本发明中，本发明的有益效果是：第一、适用于海底隧道洞身上部穿越富水砂层，或洞身在砂层下伏、厚薄不一的全风化花岗岩地层穿过时在洞内进行复合注浆加固，该方法施工效率高，费用低，隧道开挖方式宜采用为交叉中隔墙法。第二、充分利用各种注浆材料和注浆方式的优点，既满足高强度加固堵水要求，又可保证开挖施工容易。第三、第一注浆步骤和第二注浆步骤目的是对砂层进行固结处理，增大自稳性，保证开挖过程中拱部砂层不塌落。第四、锁脚锚管注浆能增加了洞身下部土体密实度，形成持力层，有效控制初支钢支撑脚底沉降。

另外，本发明还可以通过网喷混凝土封闭开挖面，有效限制洞室开挖后土体的位移，且为后续的注浆加固围岩提供止浆层，能提高复合注浆效果；另外，及时进行初支背后补偿注浆能有效抑制地层后续沉降，加固初支背后的砂层，抑制海水对衬砌的腐蚀作用。

附图说明

图1为本发明底隧道穿越富水砂层复合注浆加固方法实施例的步骤流程图；

图2为本发明洞室支护沿隧道轴向剖面图；

图3为本发明超前小导管注浆加固隧道拱部孔位布置剖面图；

图4为本发明超前小导管注浆加固掌子面孔位布置平面图；

图5为本发明锁脚锚管注浆孔位布置图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例作进一步详细的说明。

参照图1，图1为本发明海底隧道穿越富水砂层复合注浆加固方法实施例的步骤流程图，包括如下步骤：

第一注浆步骤110，针对隧道拱部地层，在到达富水砂层之前和结束之后，在预设长度范围内，采用超前小导管开始注浆施作和结束注浆施作；所述注浆施作用于加固所述拱部地层；

第二注浆步骤120，与所述第一注浆步骤同步进行，针对掌子面地层进行超前小导管注浆；

锁脚锚管注浆步骤130，在每榀拱架两侧边墙分别设置注浆锁脚锚管以进行注浆。

其中，在所述锁脚锚管注浆步骤后，还设置有补偿注浆的步骤，即，在距掌子面1.0～2.5m范围内进行初支背后补偿注浆，以实现初期支护与围岩的密贴，注浆压力控制在0.5Mpa以下，注浆方式为充填注浆，注浆材料为HSC(高强度水泥，High Strength Concrete)水泥浆。

并且，第一注浆步骤前，还设置有止浆维护施作步骤，在隧道拱部富水砂层及掌子面弧形开挖面内采用挂钢筋网、喷混凝土封闭开挖面，以形成止浆围护结构。在所述锁脚锚管注浆步骤前，还设置有支护施作步骤，采用交叉中隔墙法开挖隧道，支护钢支撑采用工字钢，喷射混凝土采用挂双层钢筋网，喷至少30cm厚度强度在C25之上混凝土。

下面结合图2至图5对上述各个步骤进行详细的说明。需要说明的是，本实例采用了本发明的技术方案进行施工，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不局限于下述的实例。

以沿海某海底隧道海滩围堰部分穿越富水砂层区为例，该隧道设双向六车道，采用三孔形式穿越海域，两侧为行车主洞，中间一孔为服务隧道，采用矿山法施工。左线主隧道毛洞跨径为14.674m，高9.85m，沿隧道轴线共有155m富水砂层侵入隧道开挖面，侵入砂层厚度0～6米不等。隧道某里程富水砂层侵入隧道开挖面厚度h＝3m，浅滩富水砂层直接接受海水补给，隧道开挖易发生突水、涌砂等事故。

为保证隧道安全穿越富水砂层，采用了复合注浆的方法，具体施工步骤如下：

步骤1：止浆维护施作步骤，如图2所示，在隧道1拱部富水砂层及掌子面弧形开挖面内及时采用挂钢筋网、喷混凝土封闭，喷射混凝土采用C25或者强度大于C25的喷射混凝土，喷射厚度至少为8cm，用来封闭开挖面，防止隧道拱部及掌子面砂层塌落，形成止浆围护结构3。

步骤2：第一注浆步骤，如图3所示，针对隧道拱部地层，在到达富水砂层之前和结束之后各5m范围开始和结束注浆。导管4采用φ42×3.5mm注浆超前小导管，钻孔深度为3m，每2.1m一个循环，搭接长度0.9m，外插角为10°，隧道剖面环向加固角度为140°，环向间距30cm；注浆压力控制在0.5～1.0Mpa，注浆方式为富水砂层渗透注浆，注浆材料为超细水泥一水玻璃双液浆。

步骤3：第二注浆步骤，与所述第一注浆步骤同步进行，针对掌子面地层进行注浆。如图4所示，先后在交叉中隔墙的上台阶的2个工作面进行，在到达富水砂层之前和结束之后各5m范围开始和结束注浆。导管5采用φ42×3.5mm注浆小导管，钻孔深度3.9m，每2.4m一个循环，搭接长度1.5m，环向间距30cm；水平钻孔，超前小导管5距周边初期支护边缘1m，按照1.0×1.0m梅花型布置，注浆压力控制在0.5～1.0Mpa。注浆方式为渗透注浆，注浆材料为超细水泥-水玻璃双液浆。

步骤4：支护施作步骤，参照图2，沿隧道开挖轴线进行初期支护。隧道开挖方式为交叉中隔墙法(即CRD法)，支护钢支撑6采用I 20b工字钢，间距0.5m，喷射混凝土采用挂双层φ8@20钢筋网，喷30cm厚度C25混凝土。需要说明的是，这里选用30cm厚度C25混凝土是出于实用且经济的角度。事实上，所喷混凝土的厚度大于30cm，强度大于C25混凝土也是可以的。

步骤5：锁脚锚管注浆步骤，如图5所示，在每榀拱架两侧边墙各设置6根φ42×3.5mm注浆锁脚锚管7，钻孔深度为3.9m，沿拱部中心线偏角分别为70°、80°，钻孔深度为3m，沿拱部中心线9偏角分别为35°、50°；注浆压力控制在1.0～1.5Mpa，注浆方式为劈裂式注浆，注浆材料为普通水泥浆，上台阶施工时要及时施作锁脚锚管并严格注浆，杜绝初期支护结构的整体沉降。

步骤6：补偿注浆步骤，在距掌子面1.0～2.5m范围内进行初支背后补偿注浆，以实现初期支护与围岩的密贴；在初支喷射混凝土施工过程中要预埋补充注浆导管8，并尽早进行补偿注浆。导管按照2.0×2.0m梅花型布置，钻孔深度为0.2h，注浆压力控制在0.5Mpa以下，注浆方式为充填注浆，注浆材料为HSC(High StrengthConcrete)超细水泥浆。

上述实施例具有如下优点：

第一、适用于海底隧道洞身上部穿越富水砂层，或洞身在砂层下伏、厚薄不一的全风化花岗岩地层穿过时在洞内进行复合注浆加固，该方法施工效率高，费用低，隧道开挖方式宜采用为交叉中隔墙法。

第二、复合注浆充分利用各种注浆材料和注浆方式的优点，既满足高强度加固堵水要求，又可保证开挖施工容易。

第三、网喷混凝土封闭开挖面，能有效限制洞室开挖后土体的位移，且为后续的注浆加固围岩提供止浆层，能提高复合注浆效果。

第四、第一注浆步骤和第二注浆步骤目的是对砂层进行固结处理，增大其自稳性，保证开挖过程中拱部砂层不塌落；

第五、锁脚锚管注浆，能增加洞身下部土体密实度，形成持力层，有效控制初支钢支撑脚底沉降；

第六、补偿注浆，及时进行初支背后补偿注浆能有效抑制地层后续沉降，加固初支背后的砂层，抑制海水对衬砌的腐蚀作用。

以上对本发明所提供的一种海底隧道穿越富水砂层复合注浆加固方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种海底隧道穿越富水砂层复合注浆加固方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一注浆步骤，针对隧道拱部地层，在到达富水砂层之前和结束之后，在预设长度范围内，采用导管开始注浆施作和结束注浆施作；所述注浆施作用于加固所述拱部地层；

第二注浆步骤，与所述第一注浆步骤同步进行，针对掌子面地层进行注浆；

锁脚锚管注浆步骤，在每榀拱架两侧边墙分别设置注浆锁脚锚管以进行注浆。

2.根据权利要求1所述的复合注浆加固方法，其特征在于，所述第一注浆步骤中，注浆压力控制在0.5～1.0Mpa；注浆方式为富水砂层渗透注浆，注浆材料为水泥-水玻璃双液浆。

3.根据权利要求1所述的复合注浆加固方法，其特征在于，所述第二注浆步骤中，注浆导管按照梅花型布置，注浆压力控制在0.5～1.0Mpa，注浆方式为渗透注浆，注浆材料为水泥水-玻璃双液浆。

4.根据权利要求1所述的复合注浆加固方法，其特征在于，所述锁脚锚管注浆步骤中，注浆压力控制在1.0～1.5Mpa，注浆方式为劈裂式注浆，注浆材料为普通水泥浆。

5.根据权利要求1所述的复合注浆加固方法，其特征在于，在所述锁脚锚管注浆步骤后，还设置有如下步骤：

补偿注浆步骤，在距掌子面1.0～2.5m范围内进行初支背后补偿注浆，以实现初期支护与围岩的密贴。

6.根据权利要求5所述的复合注浆加固方法，其特征在于，所述补偿注浆步骤中，注浆压力控制在0.5Mpa以下，注浆方式为充填注浆，注浆材料为HSC水泥浆。

7.根据权利要求1所述的复合注浆加固方法，其特征在于，所述第一注浆步骤前，还设置有如下步骤：

止浆维护施作步骤，在隧道拱部富水砂层及掌子面弧形开挖面内采用挂钢筋网、喷混凝土封闭开挖面，以形成止浆围护结构。

8.根据权利要求1所述的复合注浆加固方法，其特征在于，在所述锁脚锚管注浆步骤前，还设置有如下步骤：

支护施作步骤，采用交叉中隔墙法开挖隧道，支护钢支撑采用工字钢，喷射混凝土采用挂双层钢筋网，喷至少30cm厚度强度在C25之上混凝土。

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