第五章 辅助工法的应用与效果评价
第一节 注浆堵水技术
一、地面注浆堵水及加固技术
18标地面注浆堵水及加固技术主要有：袖阀管注浆、深层搅拌桩等。
左线ZSK31+695.3～+710.235，右线YSK31+646.9～+666.2、YSK31+589.7～+628段隧道地质条件较差，从上至下分别为填土层、粉细砂层、粉质黏土层、中粗砂层、残积土层，黏土层在隧道顶部50cm，层厚在50～100cm，杂填土中存在的空隙水、水囊对隧道开挖产生严重的影响。
明挖渡线段开挖时引起碧海湾小区房屋沉降，为控制小区沉降，在明挖段至盾构始发井之间左线隧道（ZSK31+695.3～+710.235）开挖前地面采用袖阀管注浆形成止水帷幕堵水。
对碧海湾小区11栋房屋基础、左线隧道ZK32+192塌方处、盾构硬岩处理段、明挖段18m隧道（YSK31+646.9～654.9）均采用地面袖阀管注浆加固。
对明挖渡线段至右线始发井之间暗挖隧道未开挖部分（YSK31+654.9～666.2），明挖渡线段至左线始发井之间暗挖隧道（ZSK31+695.3～710.235），均采用深层搅拌桩地面加固。
对周边管线及房屋进行调查，对需要保护管线进行保护，注浆过程中监测管线及房屋是否受注浆影响，以监测数据控制注浆压力。
1.深层搅拌桩加固
根据同类地层加固成功经验，选用水泥土搅拌桩对未开挖隧道进行预加固改良地层。加固深度至隧道底板下1m，以提高地层自稳能力。加固范围为隧道开挖外轮廓线外1m。搅拌桩直径为ф550@400，水泥渗入量为9％～12％。采用四搅二喷工艺。如图1-20所示。
图1-20 加固范围平面布置图
（1）施工工艺流程
搅拌桩施工工艺流程如图1-21所示。
图1-21 搅拌桩施工工艺流程图
（2）施工工艺及方法
1）施工准备：搅拌桩施工前，备齐施工机械机具和材料，接通电力，施工人员进场，进行需施作喷浆作业地点的地面表皮清除，查明地下线路管道情况后进行场地平整，桩位放线，一切准备就绪后，进行搅拌桩作业。
①场地清理：施工前，应按技术规范要求进行场地清理。清理后的场地应整平，填写报验单，经监理工程师验收合格签字确认后，方可进行下道工序施工。
②布桩图：开工前，根据施工设计图画出布桩图。布桩图上应编号并注明施工顺序，验收确认后方可施工。
③测量放样：对设计单位移交的导线点、水准点，施工前会同甲方和监理工程师进行复核，确认无误后使用。测量人员按施工设计图，进行搅拌桩桩位、原地面标高、孔口标高等有关测量放样工作，测量放样记录及布桩图等，应报请甲方和监理工程师复核抽查，并填写测量放样报验单，经甲方和监理工程师审查签认。
④材料：搅拌桩施工采用加固料为水泥，其质量、规格应符合设计要求，并具有出厂质保单及出厂试验报告，确保在有效期内使用，严禁使用过期、受潮、结块、变质的劣质水泥。运到工地的加固料（水泥），应对水泥质量进行抽样检验，抽样试验频率根据规范要求及监理工程师意见定，一般要求每批量100t最少抽检1组。试验结果报监理工程师签认后方可投入使用。
⑤水泥土强度试验：施工前应详细了解各施工现场的地质情况，选取有代表性的土层位置，钻孔取出一定数量的试样土进行必要的软土物理性质、含水量、有机质含量试验和水泥土配合比强度试验，以验证软土的性质和设计的水泥土（搅拌桩）强度能否达到要求。试验结果均应及时以书面报告形式提交甲方及监理工程师审查核实，如与原地质钻探资料和设计要求不符，应通知设计方。
⑥施工工艺试桩
a.搅拌桩施工前必须分区段进行工艺试桩，以掌握适用该区段的成桩经验及各种操作技术参数。成桩工艺试验桩不宜少于5根。
b.工艺试桩前，书面通知监理部门派员参加。工艺试桩结束后，提交工艺试桩成果报告，并经监理工程师审查批准后，作为该区段搅拌桩施工的依据，无监理工程师的指令，不得任意更改。工地技术人员在搅拌桩施工时应向机组下达操作指令，并负责监督执行。
c.工艺试桩应达到如下目的：
（a）获取操作参数：包括钻机钻进与提升速度，钻进持力层时孔底电流值，送浆时管道压力，搅拌的叶片旋转速度，喷停浆时间等。
（b）喷浆和搅拌的均匀性。
（c）钻进、提升阻力情况及特殊情况施工处理措施等。
d.在施工过程中若需要更换电流表、喷浆计量仪等影响施工技术参数的设备时，必须以书面报告形式提交甲方和监理工程师。并在监理工程师的监督下试桩，重新确定施工技术参数，指导下阶段施工。
2）钻机就位及调直
组装架立搅拌桩机。检查主机各部的连接，液压系统、电气系统、粉喷系统各部分安装试调情况及浆罐、管路的密封连接情况是否正常，做好必要的调整和紧固工作，排除异常情况后，方可进行操作。浆罐装满料后，进料口加盖密封。安装钻机时，将钻机对准桩位，调平桩机机身以保证桩的垂直度。
3）钻进
桩机调正后，启动主电机钻进，待搅拌钻头接近地面时，启动空压机送气。钻深由深度尺盘确定，其数值应等于设计加固深度和桩机横移槽距地面高度之和。
4）钻至设计标高
当深度尺盘达到预定数量后，停止钻机，钻头反转，但不提升，等待送料。
5）送料
打开送料阀门，关闭送气阀门，喷送加固浆液。
6）提升钻头确认加固浆液已到桩底后提升搅拌钻头，一般在桩底停滞2～4min，即可保证加固浆液到达桩底，提升到设计标高时停止喷浆，停止喷浆深度应结合搅拌提升的速度确定。在尚未喷桩的情况下严禁进行钻机提升工作。
7）停止提升
打开送气阀门，然后关闭送料阀，保持空压机运转，搅拌钻头提升到桩顶时停止提升，在原位转动2min，以保证桩头的均匀密实。
8）重复搅拌
将搅拌钻头边旋转边向下钻至设计桩底深度，然后再提升出地面进行第二次搅拌。
9）停机
将搅拌钻头提升到地面以上，停止主电机，停止空压机，填写施工记录。
10）桩机移位：利用桩机液压系统，将桩机移到下一个桩位施工。
（3）加固效果评价
搅拌桩机械设备笨重，场地要求较高，在填石层中无法施工，需换填，适用于砂层或黏土层中，进度较快，成本较低，加固效果一般。
2.地面袖阀管注浆加固
如果路面塌陷或空洞，先回填材料主要为石粉渣。石粉渣较松散，采取从地面注浆对回填的石粉渣进行充填密实，使石粉渣与水泥浆形成一个固结整体。在需要注浆加固位置下花管，不需要加固范围下实管。用水泥浆填充松散土体或地下空洞。
如果是地面注浆，袖阀管应当下至基坑或（隧道）底板下2～4m。
采用袖阀管垂直后退式注浆，浆液选用水泥浆，主要是对回填的松散体充填密实。
（1）灌浆孔布置
注浆孔布置应在需要注浆范围内进行布置，间距应根据需要加固地段地质条件、围岩的松散程度、透水性等因数，考虑注浆扩散半径布置。地面注浆加固间距在0.8～1.2m为宜。如果要达到止浆墙效果，应当设双排咬合为宜，一般间距为0.5m。具体情况具体布孔。
（2）袖阀管构造
袖阀注浆管为每节长4m、直径48mm的硬质塑料管，由钙塑聚丙烯制造而成。注浆管内壁光滑，接头有丝扣，端头有斜口。注浆管分为A、B两种。A注浆管上未开设溢浆孔。B注浆管上每环开有8mm的溢浆孔12个，每组小孔间距33cm，其构造如图1-22所示。
图1-22 袖阀管结构示意图
在溢浆孔外部紧紧地套着抗爆压力为4.5MPa的橡皮套，橡皮套在灌浆过程中起到逆止阀门的作用。
为防止橡皮套上下错位，可在橡皮套两边焊以定位环圈，其直径约5mm左右。袖阀管不应有较大的弯曲，其内壁必须圆滑，橡皮套应紧贴花管。
（3）注浆参数
根据注浆材料及地质条件，结合类似工程的施工经验，选用表1-5所示注浆参数，在施工中坚持先试后作的原则，通过试注浆对各项参数进行修正。
表1-5 注浆参数表
（4）注浆顺序
注浆顺序采取由外到内约束-开放型方式，即先注塌陷深坑最外侧后注中心，隔孔交替进行，以控制浆液扩散范围，保证注浆效果。
其中边排孔采用定量注浆，中排孔到设计灌浆压力后，地层的注浆流量小于1～2L/min作为结束标准。
（5）袖阀管注浆施工工艺流程如图1-23所示。
（6）注浆材料
注浆材料：水玻璃（35～38Be’）及P·O42.5R普通硅酸盐水泥，按体积比1∶1进行注浆。
（7）注浆机具设备选择及性能比较
注浆设备主要采用FY-50/70型及W150型单液注浆机。
（8）注浆效果评价
袖阀管注浆不需要大型机械设备，灵活性高，在砂层成孔困难，填石层需下套管，成本比较高，注浆管可以重复注浆，效果比较好。
图1-23 袖阀管注浆施工工艺流程
二、洞内周边注浆堵水技术
隧道围岩较差时，需要在拱部设ф42超前注浆小导管对地层进行补强注浆，浆液选用水泥-水玻璃双液浆。
1.施工步骤
画出小导管位置→钻眼→插入小导管→连接注浆管→堵塞孔口空隙→注浆→关闭导管口、拆除注浆系统。
2.施工方法及工艺
采用YT-28钻机沿开挖轮廓线钻孔，外插角度20°。
其工艺流程如图1-24所示。
3.注浆工艺
（1）注浆施工准备
①按照机具设备配套表配齐钻机、搅拌机、注浆泵、管路、储浆桶以及各种应急材料。
②对注浆泵进行试运转，并对操作人员进行上岗培训。
图1-24 超前小导管施工工艺流程图
③按每循环使用量配齐所有注浆材料。
④进行洞内注浆施工人员技术交底和技术培训。
（2）注浆管加工
按设计材料购置注浆管，将其加工成各类围岩要求的设计长度。注浆管如图1-25所示。
图1-25 超前小导管加工方法示意图
将前端加工成尖锥状，尾部焊ф6加肋筋。除尾部10cm外，管壁四周钻ф8的压浆孔，以便向围岩内压注浆液。
（3）配浆：小导管注浆用1∶1的水泥-水玻璃双液浆。
（4）注浆参数
根据常规砂层的注浆经验，一般注浆参数初步确定如下：
①注浆扩散半径：拱部为0.5m，边墙及底部为0.65m；
②注浆速度：30～50L/min；
③凝结时间：30～50s；
④注浆终压：0.4～1.0MPa；
⑤配合比：1∶1～1∶0.3（水泥浆∶水玻璃）；
⑥单孔注浆量：以现场实验为准，设计数量为参考。
（5）注浆
①按注浆要求安设注浆设备、注浆管路和制作注浆泵站。
②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。
③将注浆泵吸管放入浆液中（吸头有D80滤网包紧），进行正式注浆。
④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5min，即可结束注浆。
（6）移至下一个孔口重新开始注浆，注浆时间隔进行，以保证浆液扩散效果。
（7）注浆效果评价
小导管注浆：容易堵管，不可重复注浆，在砂层中注浆效果较好。
三、上软下硬地层土石界面处理技术
（1）施工上台阶时，超前小导管注浆必须注密实，达到设计要求，使加固地层达到一定效果。
（2）上台阶两侧拱脚处增设纵梁：为防止隧道两侧拱脚收敛变形，在上台阶拱脚上5cm设两道纵梁，拱脚位置下垫5cm厚的木板。纵梁将钢格栅连接成整体，有效提高初支结构的抗变形能力。纵梁在拱架定位后及时施作，钢筋现场制安，纵梁喷射混凝土与初支喷射混凝土同时进行。纵梁主筋采用4根Φ22钢筋，箍筋采用ф6.5圆钢，间距10cm。纵梁主筋与格栅钢架主筋焊接，预留搭接接头，接头采用焊接，长度不小于10d，确保纵梁纵向连成整体。
（3）增加临时仰拱，临时仰拱采用I20b工字钢（间距与拱架间距一致）+纵向连接筋+25cm厚C20喷射混凝土，纵向连接筋采用Φ22@800mm，通长焊接，将工字钢连接成整体。临时仰拱紧跟掌子面，距离2m（紧跟核心土）。在下台阶边墙及仰拱完成后拆除。临时仰拱与拱脚连接处施工方法如图1-26所示。
图1-26 临时仰拱与拱脚纵梁施工方法示意图
第二节 井点降水
根据降水井布设原则和本段隧道地面放线及管线情况，距隧道外轮廓线两侧1.5～2m布设，纵向间距5m，隧道两侧布设成梅花形布置。
降水井深度：井深因地层而定，对于地层较差地段，井深应为隧道底深6～7m，对于地层较好、打井困难地段，井底应进入中风化地层2～3m。根据本区间段详勘地质报告，降水井深度约为24m，即入隧道底板。
降水井管径确定：因大型钻机占用施工场地较大，宝安大道、新湖路及辅道道路难于进行交通疏解及封闭道路施工，为此，采用地质钻机（XY-100型）进行降水井成孔，一是减少占地面积，二是可减少泥浆排放量，少量泥浆存放在泥浆钢池内。降水井直径ф300，井管采用ф150PVC管加工，地面以下5m在管壁上钻孔，直径ф20，呈梅花形布置，间距300×300mm。周边采用豆石滤料填充密实。