動態壓力水下遷移性沙層基土的充填穩定灌漿方法與流程

本發明涉及一種應用于壓力動流水下具有遷移性沙層地基土的充填穩定的灌漿技術。

背景技術：

水泥灌漿通常用于巖層地基與軟土地基的充填固結灌漿中，但由于沙層的結構特性，水泥漿體很難灌入。目前，對地下基土的灌漿加固目前仍是一個難題，特別是沙層受動流水的影響，出現液化遷移時，難度更大。這類遷移性沙層具有以下特點：

1、當沙層受壓力動流水影響出現液化、隨水發生遷移時，處于隧道結構基底下的沙層會出現遷移性流失，使結構產生不均勻沉降。

2、受壓力動流水影響，被灌入的水泥漿體被稀釋，帶走，無法形成固結體，而影響加固效果。

3、受壓力動流水影響和沙層松散自流性影響，在沙層中進行鉆孔過程中，因塌孔、噴涌等造成成孔困難；

4、在投入運行使用的隧道結構，因受設施和結構凈空影響，常規的大型設備無法進場施工。

5、建成后的運行隧道，因周邊土體液化、泥化、水量增大，導致鉆孔涌水、噴水，沙、土流失，極易對隧道結構產生不均勻沉降或引發次生災害；

目前，對建成后的運行交通隧道結構出現壓力動流水20～50L/min下液化泥化性土體及沙層的加固技術未見詳細報道。

技術實現要素：

本發明為彌補現有技術的不足，提供一種動態壓力水下遷移性沙層基土的充填穩定灌漿方法，該方法解決了壓力動流水下，遷移性沙層難以成孔，難以灌注水泥漿進行充填穩定的技術難題。

本發明為達到其目的，采用的技術方案如下：動態壓力水下遷移性沙層基土的充填穩定灌漿方法，用于交通隧道下方的沙層基土的灌漿加固，包括如下步驟：

1)在出現不均勻沉降的隧道結構部位進行布孔，鉆孔至隧道結構下方的混凝土底板且不鉆穿所述混凝土底板，在該孔中安裝孔口套管；

2)自上而下分段鉆孔灌漿：鉆孔，且鉆穿所述混凝土底板并鉆入混凝土底板下方的沙層基土1～3m，作為第一施灌段，待第一施灌段成孔后，向其中灌入水泥漿體；待第一施灌段內的水泥漿體凝固后，在第一施灌段的下方進行鉆孔，鉆入深度為1～3m，為第二施灌段，待第二施灌段成孔后，向其中灌入水泥漿體，待第二施灌段內的水泥漿體凝固后，再在第二施灌段下方進行下一施灌段的鉆孔灌漿操作，如此依次自上而下進行分段鉆孔灌漿；每一施灌段在鉆孔過程中出現噴涌或塌孔而無法成孔時，向鉆孔位灌入早凝性穩定材料進行穩沙處理。

優選的，所述早凝性穩定材料包括穩定性水泥膏漿，其組成包括：普通硅酸鹽水泥漿液(水灰比0.5:1～3:1)，按照水泥漿液重量3‰加入膨潤土，按照水泥漿液重量3‰加入減水劑，按照水泥漿液重量3‰加入早強劑。

優選的，灌入早凝性穩定材料的施灌壓力為0.1～0.5Mpa。

作為一種具體實施方式，步驟1)中，安裝好所述孔口套管后，在孔口套管周圍布置多個注漿孔，向注漿孔內注入EAA高滲透性親水環氧灌漿材料對孔口套管進行埋管固封處理。

作為一種具體實施方式，步驟2)中所述水泥漿體為水泥膨潤土漿液。

作為一種具體實施方式，所述水泥漿體的水灰比為0.5～3:1。

優選的步驟2)每一施灌段的施灌壓力為比施灌段埋深深度水頭差值大0.1～0.3Mpa。

優選的，步驟2)中，向每一施灌段灌入水泥漿體后，在所述孔口套管上安上灌漿防噴涌裝置。

作為一種具體實施方式，所述灌漿防噴涌裝置為與孔口套管外徑匹配的套管蓋帽。

本發明提供的技術方案，具有如下有益效果：

本發明的方法解決了壓力動流水下，遷移性沙層難以成孔，難以灌注水泥漿進行充填穩定的技術難題，可對建成后在運行的交通隧道結構的基地沙層進行加固。

附圖說明

圖1是本發明實施例中的布孔平面示意圖；

圖2是本發明實施例在施工過程中的剖面示意圖。

圖3是本發明實施例在施工過程中的鉆孔灌漿示意圖。

圖4是本發明實施例在施工過程中在孔口安裝孔口套管剖面示意圖。

圖5是本發明實施例在施工過程中在孔口套管周圍布置的注漿孔平面示意圖

圖中部分附圖標記說明：1、交通隧道，2、混凝土底板，3、沙層基土，4、自上而下鉆孔灌漿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、注漿孔，6、套管蓋帽，7、孔口套管。

具體實施方式

本發明提供一種動態壓力水下遷移性沙層基土的充填穩定灌漿方法，該方法用于交通隧道1下方的沙層基土3的灌漿加固，主要包括如下步驟：

1)在出現不均勻沉降的隧道1結構部位進行布孔，鉆孔至隧道結構下方的混凝土底板2且不鉆穿所述混凝土底板2，在該孔中安裝孔口套管7，參見圖1、4；

2)自上而下分段鉆孔灌漿：鉆孔，且鉆穿所述混凝土底板并鉆入混凝土底板下方的沙層基土1～3m，作為為第一施灌段，待第一施灌段成孔后，向其中灌入水泥漿體；待第一施灌段內的水泥漿體凝固后，在第一施灌段的下方進行鉆孔，鉆入深度為1～3m，為第二施灌段，待第二施灌段成孔后，向其中灌入水泥漿體，待第二施灌段內的水泥漿體凝固后，再進行下一施灌段的鉆孔灌漿操作，如此依次自上而下進行分段鉆孔灌漿；每一施灌段在鉆孔過程中出現噴涌或塌孔而無法成孔時，向鉆孔位灌入早凝性穩定材料進行穩沙處理。

其中早凝性穩定材料優選包括穩定性水泥膏漿，優選的，其組成包括：普通硅酸鹽水泥漿液(水灰比0.5:1～3:1)，按照水泥漿液重量3‰加入膨潤土，按照水泥漿液重量3‰加入減水劑，按照水泥漿液重量3‰加入早強劑。

通過本發明提供的充填穩定灌漿方法，主要解決了壓力動流水下，遷移性沙層不易成孔，導致難以通過灌注水泥漿進行充填穩固的技術問題。該方法可以用于正在運行使用中的交通隧道結構下方的沙層基土的灌漿加固，無需大型設備即可進行施工，操作方便。

下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案做進一步說明：

某明挖地鐵運行隧道1，埋深H為20m，緊鄰兩河道之間，投入使用多年，在運行列車振動影響和兩河漲落潮水的影響，隧道1結構周邊土體產生液化、泥化，隧道1結構出現不均勻沉降，為確保隧道結構的安全運行，需對隧道結構底部進行加固處理。參見圖1～2。在加固處理時，按照如下步驟：

1)對出現不均勻沉降的隧道結構部位進行布孔，布孔平面示意圖可參見圖1，布孔孔距D在1.0～3.0m，圖1中所示為孔距2m。參見圖4，布孔后，鉆孔至隧道1結構下方的混凝土底板2，且不鉆穿混凝土底板2。在所鉆孔中安裝孔口套管7。在本實施例中，孔口套管7頂部外露于混凝土底板2的部分的高度大于15cm。在孔口套管周圍布置多個注漿孔5，在本實施例中具體是在距孔口套管50～80mm處布置3個注漿孔，注漿孔孔徑在8～10mm；優選的，三個注漿孔呈等三角布孔，注漿孔優選呈傾斜布置，且注漿孔和孔口套管之間的夾角優選在30°～45°。然后向注漿孔內注入EAA高滲透性親水環氧灌漿材料(為本領域現有材料，可市場購買獲得)，由此對孔口套管7進行埋管固封處理。

2)采用自上而下(可參見圖2中箭頭方向)的方式進行分段鉆孔灌漿，具體操作是：

在孔口套管所在孔位內進行鉆孔，鉆穿混凝土底板2后繼續鉆入混凝土底板下方的沙層基土1～3m深，在鉆孔過程中，當鉆孔鉆穿隧道1下方的混凝土底板2進入沙層基土3(1～3m深)時，孔內出水速率為20～50L/分，出水水頭涌水約1.2～1.5m，約0.2Mpa水頭；涌水帶出沙粒和直徑3.0～5.0cm的碎石塊，灌漿鉆孔因沙層噴涌坍塌而無法成孔。向其中注入水泥漿后，發現被嚴重稀釋，隨水流失，無法充填固結，掃孔時不見水泥漿樣。因無法成孔，采用向其中灌注早凝性穩定材料，施灌壓力為0.1～0.5Mpa。該早凝性穩定材料對流動沙層具有控水穩沙作用，起到穩沙效果。灌注了早凝性穩定材料后，鉆孔并得以成孔，該段作為第一施灌段41。

然后在第一施灌段41內進行粘稠性水泥漿體的充填固結灌漿。

第一施灌段水泥漿體凝固后，在第一施灌段下方繼續鉆孔，鉆入深度為1～3m；同樣的，如果在該段鉆孔過程中也出現塌孔，則向其中灌注早凝性穩定材料；待鉆孔且成孔后，作為第二施灌段42，在第二施灌段內進行粘稠性水泥漿體的充填固結灌漿。

按照第二施灌段的鉆孔灌漿方式繼續進行第三施灌43的鉆孔灌漿，不再贅述。

在每一施灌段進行灌漿后在孔口套管上安裝灌漿防噴涌裝置6，具體如和孔口套管7外徑吻合的套管蓋帽，從而避免漿液噴涌。待水泥漿體凝固后，或者下一施灌段鉆孔作業前卸下該套管蓋帽。所用粘稠性水泥漿體具體可采用現有的水泥-膨潤土漿液(水灰比控制在0.5～3:1，本實施例中具體為控制在0.6:1～0.8:1)進行充填灌漿，不同施灌段的施灌壓力為比施灌段埋深深度水頭差值大0.1～0.3Mpa，圖2所示為三個施工段，41～43依次為第一段、第二段、第三段。

本實施例采用上述灌漿方法，有效地控制了動流水沙粒的遷移。經過一年四季富水與枯水期的影響和結構隧道的跟蹤監測，被加固的沉降結構部位、至今效果穩定。

該實施例中，所用的早凝性穩定材料為穩定性水泥膏漿，其組成包括：普通硅酸鹽水泥漿液(水灰比0.5:1～1:1)，按照水泥漿液重量3‰加入膨潤土，按照水泥漿液重量3‰加入減水劑，按照水泥漿液重量3‰加入早強劑。

文中未特別說明之處，均為本領域技術人員所掌握或知曉的公知常識或常規技術手段，對此不再一一贅述。實施例中所用材料若未特別說明，均可市場購買獲得。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明做任何形式上的限制，故凡未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。