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软流塑地层暗挖隧道超前支护施工技术
摘要：
关键词：
1 简述
某地铁区间隧道为双洞单线，采用矿山法施工，单线全长1301.396m，隧道顶部覆土9～11.5m，区间隧道通过地段地面上3～7层楼房9栋，基础为条基或筏基，有给水、雨水、污水、电力、电信等多种管线，区间隧道穿越Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ类围岩，其中Ⅰ类围岩段全长648.4m，占区间隧道总长的49.8%，Ⅰ类围岩穿越软～流塑状粉质粘土层、淤泥质粉质粘土层及硬～软塑状粉质粘土层，该地层具有高压缩性、高灵敏度、强度低，易产生蠕动现象，开挖后土体自稳能力差，易坍塌，地面沉降难以控制，施工极为困难。
2 地层预加固施工方法和注浆材料性能简述
2.1 地层预加固施工方法
为确保施工安全和地面房屋、管线和道路行车安全，顺利通过该段地层施工，关键就在于对地层进行超前预加固，将需要开挖的土体进行加固处理，以提高其强度和抗剪切能力，有效控制地表沉降。
按照“注浆加固、挤压排水、提高强度、控制沉降”的总体思路，我们在具体施工中采用大管棚（花管）加超前小导管注浆，注浆材料选用HC—T凝结时间可调注浆材料，注浆方法为劈裂注浆，以提高地层的稳定性，减少地面沉降。掌子面则采用硬质PVC注浆管进行全断面注浆加固，采用分段注浆，以加固开挖轮廓线以内的软土。
2.2 材料性能简述
2.2.1 HC—T凝结时间可调注浆材料
HC—T可调超细注浆材料渗透性强，直径在4μ以下的颗粒为总量的50%以上，可灌入很细的裂岩缝隙，具有微膨胀性、结石强度高、渗透能力强，具有如下特性：
⑴ 使用方便，使用于大面积高富水渗漏、高压漏水、环境水腐蚀等环境下施工。
⑵ 渗透系数：可灌入渗透系数10-4—10-5的粉砂，砾砂层及淤泥。
⑶ 补偿收缩：一天膨胀系数0.02～0.04%，14天≤0.05%。
⑷ 凝结时间：可根据使用环境，初凝在几分钟到几十分钟内任意调节，终凝不大于3h。
2.2.2 硬质PVC注浆管
硬质PVC注浆管内径为φ42，每隔33.3cm钻一组射浆孔（即每米3组），外包橡皮套，注浆时通过加大压力，使浆液顶开橡皮套，挤破套壳料，在土体产生劈裂，并沿着裂缝扩散，达到加固土体的目的。
3 超前支护施工
3.1 大管棚施工工艺
3.1.1开挖管棚工作室
⑴　管棚工作室长6m，跨度约为8m,在软弱围岩中开挖,必须及时施作初期支护。为便于架设钻机,安设钢管，工作室应挖至区间隧道开挖轮廓线以外0.8m。
⑵　导向管是控制成孔方向使之不偏斜的主要手段，导向管长度不小于2.0m，采用ф127mm无缝钢管加工，经精确测量后焊接在钢拱架上并喷混凝土固定。
⑶　由于I类围岩段隧道较长且为弧线，根据现有水平孔钻进技术条件，隧道分段施作管棚。每排大管棚长度为40m，首先施工第一段管棚工作室，施作第一段管棚，注浆后进行隧道掘进。第一段管棚段开挖30.6m后，进行第二段管棚工作室施工及钻孔，管棚搭接长度3.0m。以此类推，完成管棚超前支护施工。
3.1.2 搭设平台、安装钻机、测定孔位
⑴　钻机平台采用枕木搭建，平台满铺松木板。根据管棚孔的位置，分层加高钻机平台。钻机平台搭设好以后进行钻孔,钻孔顺序由高孔位向低孔位进行, 可缩短移动钻机与搭设平台时间,便于钻机定位、定向。
⑵　安装钻机。进钻前，以坐标法在掌子面标定管棚孔位。钻机平台要稳固，钻机要安装牢固，防止施钻时钻机不均匀下沉、移动而影响钻孔质量。

否
合格
钻机就位
测量布孔
钻机大臂矫正
钻机固定
钻孔及接长钻杆
钻孔接长准备
管棚跟进
钻杆分节退下
撤管棚机
加工管棚及管节
注浆材料准备
注浆机准备
清孔
注浆
效果检查
注浆固结围岩
开挖管棚工作室

退机

长管棚施工工艺流程图
⑶　钻机定位。钻孔方位要求根据线路中线与管棚工作室的位置确定，必须精确核定钻机位置。架立钻机时用罗盘、挂线相结合的方法，确保钻机轴线与管棚设计轴线相吻合。
3.1.3 管棚孔钻进
⑴　管棚孔开孔：开孔前必须检查设备，保证设备状况良好，对组合好的钻具要检查丝扣联接是否紧密。由于考虑到钻孔时钻具下沉、线路曲线的影响及为后续管棚工作室预留出空间，必须计算管棚打设的仰角及外插角，具体计算图如上图所示。
α外插= X/L β仰= Y/L
L—为线路纵向相邻管棚工作室中心距离
在架好钻机、调整好孔位的水平偏角及仰角后，用翼片式螺旋钻进法钻进。
⑵　管棚孔钻进
a.为了保证钻孔精度，开孔段钻进是关键。钻进前10～20m时，要反复校核钻杆方向，调整钻机位置，并用罗盘及挂线检测偏斜无问题后方可继续钻进。
b.管棚管下入孔内前要先配管，保证管棚管的同心度。
c.加接钻杆和钢套管：当跟管钻进至钢套末端导向墙孔口
管棚施工示意图
约30cm时停钻，然后钻机反转收偏退钻、卸杆，动力头后退至末端加接钻杆或钢套管，此时应先拧紧钻杆，然后再拧紧联接套管。
3.2掌子面加固施工
3.2.1掌子面加固采用L=13m长硬质PVC管，注浆孔的布置采用等边三角形全断面布置，注浆的先后顺序：先四周，后中间，中间布置一排水孔，以利于软土地层中的滞水在注浆过程中受到挤压时顺利排出。
3.2.2掌子面加固施工主要施工步骤为：
（1）采用潜孔钻机钻孔，钻孔的垂直度误差控制在1%以内。
（2）孔内灌封闭泥浆，待钻孔到设计深度后从孔内灌入封闭水泥浆，其作用是封闭单向阀管和钻孔壁之间的孔隙，迫使从管浆孔内开环，压出的浆液挤破套壳料注入四周土层。
（3）在封闭泥浆达到一定的强度后，在单向阀管内插入双向密封注浆芯管进行分层注浆。
3.3注浆施工
3.3.1 大管棚及小导管注浆施工
⑴　注浆参数的选取
注浆扩散半径：0.3～0.4m；
注浆速度：30～50L／min；
凝结时间：30²～5²；
注浆终压：0.7～1.5MPa；
W／C： 1：1；
注浆材料： HC-T凝结时间可调注浆材料
单孔注浆量：
Q=π×R2×L×v×η×n
式中：Q—单孔注浆量（m3）；
L—注浆段长（m）；
R—浆液扩散半径（m）；
v—注浆段土层孔隙率；
η—浆液损失率；
n—浆液有效填充率。
⑵ 注浆采用分段后退式注浆，利用自制的注浆套管与管棚用套丝连接，注浆套管上准备由出气管与进浆管，由阀门来控制开关，如图所示。然后安装20mm塑料管作为排气管，连接注浆管等各种管路，利用锚固剂封闭掌子面与管棚间的孔隙，防止漏浆。
⑶　关闭孔口阀门，开启注浆泵进行管路压水试验，如有泄漏及时检修，试验压力等于注浆终压。
⑷　注浆时，采取低压力中流量注入，注浆过程中压力逐步上升，流量逐渐减少，当压力升至注浆终压时，继续压注10分钟，才结束注浆。
3.3.2掌子面加固注浆施工
在硬质PVC管内插入双向密封注浆芯管进行后退式注浆。首先增大压力使浆液顶开橡皮套，挤破套壳料，在土体产生劈裂，并沿着裂缝扩散，扩散范围受注浆压力、时间、浆液配比、土层特征等因素的影响。一般由里向外注浆，达到一定压力后，后退一段再注浆，这样重复进行。注浆完成后，清洗管内残留浆液，以便于第二次重复注浆（PVC管即留在注浆后的土层中）。
3.3.3注浆结束标准及效果检查
⑴ 单孔注浆结束标准：每段注浆都正常进行，注浆终压达到设计终压，注浆量达到设计注浆量的80％，或虽未达到设计终压，但注浆量已达到设计注浆量，即可结束本孔注浆。 ⑵ 全段结束标准：设计的所有注浆孔均达到结束标准，无漏注现象。
⑶ 注浆效果检查：采用分析法，注(压)水试验，开挖取样等方法进行。
⑷ 达不到结束标准，应补充重新注浆直到满足要求为止。
3.4安全保证措施
3.4.1 垫高钻机所使用的方木一定要稳固，防止产生沉降、位移及塌落。
3.4.2施工中使用的电力线(注意有否老化，漏电现象)、风管线、水管线要布置整齐，有条理。
3.4.3 施钻时，按机械操作规程操作，严防机械伤人。
3.4.4 注浆前严格检查机具、管路及接头处的牢靠程度，以防压力过大爆破伤人。
3.4.5 要注意及时排水，防止作业面泥泞。
3.4.6 注浆时，操作人员必须戴好口罩、胶皮手套等防护用品。
4.7 必须具备良好的照明条件。
4.8 施工时注意观察掌子面的情况。
5 质量要求
5.1 根据施工基准点，按管棚施工图布置管棚孔；孔位偏差不应大于100mm；管棚孔钻进深度误差为-0.2～+0.3m；钻孔偏斜率控制在0.8%以内。
5.2 钻孔应由高孔位向低孔位进行。
5.3 钻孔孔径应比钢管直径大30~40mm。
5.4 遇卡钻、坍孔时应注浆后重钻。
5.5 钻孔合格后及时安装钢管，其接长时连接必须牢固。
5.6 注浆浆液必须充满钢管及周围空隙，其注浆量和压力应根据试验确定。