文摘

地基处理的性能总是不稳定地层的隧道挖掘的关键。Laodongnanlu湘江隧道(长沙,中国)将构建在湘江的砂砾石地面的特点是松散的结构,广泛的孔隙度,提高灵敏度,稳定性差,地下水位较高。渗透注浆将用于提高承载力和减少地下水运动到开挖。为了寻找合适的注射参数和灌浆方法,进行现场试验的垂直注浆在砂砾石层在河的泛滥平原上。一系列测试关注灌浆材料、灌浆钻孔序列,注射压力、灌浆体积进行改善砂砾石质量的力量和减少水的渗透。考试的结果在水压测试和核心钻探成功完成灌浆试验表明,注入指定标准导致了预期的效果。灌浆控制方法的饱和砂砾石层测试后得出的结论,这将有助于未来预灌浆工作在隧道。

1。介绍

土木工程设计在自然地面或地层经常遇到软,破坏,或松散地层、有效的加固是必要的地面承载力时,强度和渗透率不能满足要求。一个普遍和有效的地基处理方法是灌浆1,2],最初在法国发明了在19世纪,逐步利用提高土壤/岩石质量和水泥浆的发明。在20世纪,大坝灌浆技术已经广泛应用于防水,治疗软弱地层,隧道围岩的加固。不同的灌浆方法,包括渗透灌浆,喷射灌浆,灌浆,实和裂缝灌浆,适用于不同岩土的情况。相比其他地层加固方法如强夯、排水固结法、和振动压实,灌浆优越的灵活性、设备设计、高效的应用程序,和更少的整体地层扰动(3]。灌浆设备配置和施工方法已逐渐改善,变得更加复杂(4- - - - - -10]。

灌浆加固岩层可能发生,一般土壤地层和砂砾石层。灌浆的岩石地层穿透裂纹定向灌满水,提供加固和堵水,已广泛工程应用开发的。在土层具有良好的均匀性,地面的力量可以很容易地提高了灌浆方法和许多相关的研究一直在进行土壤地层灌浆(11- - - - - -14]。一般来说,渗透注浆应用于加强砂砾石层,在灌浆可以很容易分散,难以控制。砂砾石层是一个类型的第四纪堆积组成的细沙,砾石、卵石,巨石,松散的结构,可怜的粘合性能,高孔隙度、高灵敏度,有时在地下水丰富。和灌浆的主要方法是提高地层强度(15,16]。

端午和冢本等。17,18]研究了灌浆的加固机理和力学变化规律金沙通过实验室测试;杨和Yu et al。19,20.)进行了一项实验室灌浆试验在典型砂卵石,回归方程对扩散半径的关系,注射压力、灌浆参数。歌曲和Bezuijen et al。21- - - - - -24]做了一个相关研究隧道盾构掘进通过砾石层和一个有效灌浆方案稳定层,降低灌浆进行结算。腾和张25)的新型灌浆材料均匀分散的能力作为一个柱状的形状。然而,这些研究通常集中在实验室实验和当地的小盾构隧道加固范围;一些研究已经进行灌浆参数和控制方法在自然water-enriched砂砾石层。垂直注浆的原位测试的典型河流漫滩砂砾石层的目的是探索合适的灌浆参数和控制规则,这将指导的水下隧道工程开挖Laodongnanlu湘江隧道。

2。工程概述

2.1。隧道的情况

Laodongnanlu湘江隧道,设计作为一种重要的城市道路连接岳麓区和Tianxin区,将穿过湘江和橘子群岛根据长沙市的城市规划。隧道设计为城市干道与两个独立的隧道钱伯斯平均35米的距离,一个规模4-lane双向,和长度4.01公里。设计速度为50公里/小时,最大纵坡为5.5%。河分为两个分支在宽度为1.3公里,震源深度8.5米(图1)。地质调查表明,这个网站特征与异常复杂的地层结构多样化的第四纪地层(26]。下伏基岩包含白垩纪系统集团和泥盆系白云岩相对稳定联系的面孔。上覆地层主要由泛滥平原堆积层和阶地9-40米的厚度。西岸的泛滥平原显然是厚。第四纪松散地层的系统包括普通填充,泥泞的粉质粘土、细砂、砂砾石、卵石,等等,而隧道的围岩等级初步计划安装几乎所有和。图2提供了一个地质剖面(27]。

2.2。砂砾石层的性格特征

这河滩砂砾石层几乎没有水泥材料,然而,完全不同于正常的砾石地层相关代码。砾石粒径组成主要是5-60毫米,0.5 - 2毫米的差距。几乎没有完整的核心样品的地质调查。颗粒级配曲线和典型的核心样本数据所示3和4。这砂砾石层是由冲积的组合效果和洪积行动,广泛分布在约旦河西岸的厚度不同7 - 28米,底部联系基础。地面渗透系数是2.3×10⁻⁴m / s及其地下水与河水。隧道部分的长度220米将在砂砾石层构造的钻探和爆破方法,在考虑开挖前应处理好的几个突发性地质灾害的风险如进水和崩溃。

3所示。实验设计和实施

3.1。测试的目的是

因为安全问题与隧道相关人员工作不稳定的地面条件下,地基处理的性能是至关重要的。预灌浆是一种有效的方法提高稳定性和减少水的渗透在开挖之前,但具体的注入参数和灌浆序列首先必须确定。获取在砂砾石地基灌浆参数,测试总是可以工作。为此,原位测试是必要的,以确定所需的注浆参数和地面的控制技术。田间试验的项目旨在解决如下:(1)选择合适的灌浆的地面条件。(2)每米灌浆所需的体积³的治疗。(3)设计的注浆量和注浆压力扩散半径。(4)注入序列的灌浆钻孔区域。

处理地面应满足工程施工的一般要求;地面承载力超过400 kPa的必须符合设计要求;与此同时地层的渗透系数应低于1×10⁻⁶米/秒(28- - - - - -30.]。垂直注浆是应用于注浆测试和评估治疗地面获得的岩心钻探和水测试完成后将提供。

3.2。测试网站和注射方法

测试站点位于湘江西岸漫滩,north-line隧道正上方的位置XK1 + 180,和它的平面位置和截面位置如图1和2。字段是典型的砂砾石覆盖着除了浅上层。这个网站是在靠近防洪堤坝,提供一个方便和快速路径材料运输和疏散在发生洪水。一个平台(图5),一架飞机的大小16 m×14 m,是建立在原地面测试的网站,以防止潜在的洪水造成河流水位上涨自雨季来了灌浆工作开始。高的灌浆压力可能导致地层扩张和大坝结构损伤,所以变形监测是灌浆期间执行。完全有85个钻孔的深度24米,直径91毫米。

所有的水井都拆分成2组根据他们的位置,周边组织与68年与17个水井,水井和内部集团分布式等边三角形(图6)。外围集团水井将首先被注入构成了窗帘,然后内部组钻孔将被注入形成一个统一的实体。

袖阀管注浆工法已广泛应用在松散地层加固31日- - - - - -34),也采用这个测试。袖的袖阀管由管和芯管。套筒管分为50部分,核心管将从底部抬起袖子管到地面,画画的时候部分注入目标灌浆体积,和这个循环会重复,直到整个部分井的注入。图8显示了过程和细节。洞崩溃开始时经常发生由于砂砾石的松散结构,这是解决在意大利Casa C6钻设备。灌浆泵类型KBY-50/70,混合两种浆。

3.3。最优混合浆液配方

水泥浆、复合砂浆、水泥、水玻璃混合浆通常采用灌浆砂和砾石的地面。然而,灌浆应该有一个良好的分散抵抗能力和凝胶时间短,因为砂砾石层在测试领域有丰富的地下水。水泥浆特性石率高,但凝胶化时间长和穷人antidispersion属性。复合砂浆具有高粘度但配置过程是复杂的,而且它是昂贵的。水泥和硅酸钠混合浆液的节约成本和满足操作要求粘度、凝胶时间,和良好的整合力量;因此,选择在这一领域测试基于整体的考虑因素和最佳混合浆液配方将决定在实验室实验。

灌浆凝胶时间45 - 70 s的适当的基于凝胶发生在泥浆扩散的理论预期的位置(34]。原材料P42.5 #复合硅酸盐水泥,51硅酸钠(稀释至不同浓度后,= 1.7 - -3.1),和饮用水。材料比例如下:cement-to-water质量比W: C = 0.8: 1 - 1: 1和硅酸cement-to-sodium体积比C: S = 1: 1。尝试不同的组合配方有8组进行,每组的凝胶化时间后将获得3次重复相同的实验。实验结果显示在表中1。

实验表明,反应速度增加而降低水灰比和水的减少玻璃密度。几组完成了指定的标准和组3号被选为现场试验由于其成本较低。混合比例在其余组存储用于储备。

3.4。灌浆计算

3.4.1。灌浆体积计算

渗透注浆采用与砂浆填补空白的粒子,巩固整个粒子实体且不破坏原安排条件(35- - - - - -37]。渗透注浆的一系列计算公式;其中一个是球形对称扩散的马格方程(35),但他们在实际工程几乎没有帮助。注入参数通常选择的经验公式或经验的基础上,在中国,和一个经验公式(36)是用来估计目标灌浆体积: 在哪里灌浆体积(m³),是收缩因子,其值在1.1 ~ 1.3范围砂砾石地面,地层孔隙度(%)填充率的值在70%和90%之间砂砾石地面,然后呢是治疗地面体积(m³)。

考虑所有因素的现场试验,是1.1,是0.3,是0.8。实现整个设计的强化测试区,目标灌浆体积

3.4.2。注射压力

静水压力,管道摩擦损失压力,孔隙阻力等等应该考虑在灌浆压力设置在这个审判。没有准确的计算结果可以被使用,但是一个经验公式可用于砂砾石灌浆压力如下(38]: 在哪里静水压力,管摩擦损失的压力灌浆管,和1 (0.5 MPa)是另一种压力。

在该测试中,0.2 MPa,为0.2 MPa,灌浆压力是0.9到1.4 MPa,所以0.5和1.5 MPa之间的灌浆压力将被采纳。灌浆前孔的间距是固定的,所以注浆压力和注浆量进行调整,以实现更均匀散布在钻孔。初步的灌浆参数表中列出2。

3.5。现场灌浆试验

3.5.1。外围的注射组

正式的灌浆前,所有的水井都叫如图9。几个水井注入首先根据设计参数。每个部分的注射压力和注浆量适应现场条件和所有信息记录来帮助找到最好的灌浆控制方法。

四个钻孔的外围组注射第一,下面的序列。在钻孔的不同部分,增加灌浆压力和一个常数注射压力一直试着独立。邻孔灌浆过程中被选为观察点。分析收集的数据在灌浆过程中,C1和A1有着相似的变化过程在两种灌浆压力如图10 ()和10 (b),而洞C2和C11有着相似的变化过程在两种灌浆压力下如图(11日)和11 (b)。以下收集的结果:(1)沙和砾石的地面较低的注射压力下很容易注入。灌浆速率与时间常数减少灌浆压力。(2)邻水井受到对方的影响。前钻孔灌浆体积大于相邻钻孔。(3)灌浆泄漏发生时,经常在邻近的孔、灌浆压力降低,灌浆工作必须停止。水井的C1和A1平均灌浆体积每个部分的280 L和水井C1和A1平均灌浆体积220 L的每个部分。(4)浆液扩散的时间预期的位置非常不同的在不同的灌浆压力,和恒压下的时间超过1.5 - 2倍增加灌浆压力。因此,灌浆增加注射压力是更有效。

信息从4钻孔、灌浆顺序应该安排由于相邻钻孔的交互影响。此外,如果一个洞灌浆,邻孔不能注射同样体积由于扩散效应从之前的漏洞;因此邻孔外围集团应该分别注射。剩下的孔外围组分为两组:A组和B组外围外围(图12),注入不同的控制命令。

外围集团将首先被注入在较低的注射压力的原则,其价值是0.5和0.8 MPa和一个常数之间的灌浆量280 L。总灌浆订单如下:D8。

外围B组会开始毕竟外围组织的水井都注入。这将是注射在体积恒定或一定的压力;如果灌浆量达到220 L在每个部分中,灌浆是停止和上层部分启动,如果数量没有达到220 L但灌浆压力已经达到1 MPa,灌浆也和上面的部分是启动停止。总灌浆顺序如下:B11B4C17。

3.5.2。注入的内部组织

中创建的灌浆帷幕是站点的周边地区内组注射之前,所以高喷射压力是必要的,以确保有效的填充。洞E1的典型注射过程记录和更改被显示在图13。很明显,内部组注射压力和注浆量大于外围组织。这些结果表明,注射压力和注浆量的增加400 L是适合每个部分。然而,考虑到位置和时间,灌浆越来越灌浆压力和中断结束2 MPa的压力是最好的控制方法。所以其余孔最大的内部组注射结束2 MPa的压力。最后灌浆序列如下:E10汽油。

3.5.3。灌浆工作的初步总结

测试是在4月10日和5月11日完成,总共有85个洞注入。灌浆体积和注射压力的相对性能在不同扩散直径成立一开始在每组可以有效的促进灌浆。浆总消费量是1085米³计算数量,安装好。灌浆在表3组的详细信息3。外围A组出现温和灌浆体积和最小的3组之间的灌浆压力由于大孔隙度和宽松的砂砾石地面的结构。外围B组是由一个常数灌浆体积或固定端压力,最小的平均注浆量和注浆压力大于第一组。内部组织了大型钻孔间距和最大孔灌浆体积下的最大注射压力。渗出浆灌浆工作,年底平台附近发生了一个明显的地面变为最后的灌浆孔,这表明,浆取得重大的设计压力下填充。

4所示。测试结果检查

4.1。核心无聊的检查

核心无聊的检查,包括核心完整率、泥浆充填率,和核心力量,被用来评估治疗。很难获得完整的核心样本碎石治疗由于存在大粒度的鹅卵石,和核心示例只允许一个定性评估通过观察而不是强度测试。有3钻洞,位于中间的3个灌浆孔灌浆相对难以到达的地方,名叫ZK1 ZK2, ZK3(图7)。在测试区域主要由砂和砾石、小silty-fine沙子。数据4和14代表了典型的砂砾石层的核心样本和细砾地层灌浆前和数字15和16代表核心样品后注入。

砾石展览一个松散的结构状态灌浆前,没有胶凝材料,主要由圆砾石(图2 - 4毫米14)。灌浆后的核心样品异常公司集成率超过80%(图15)。典型的沙和砾石核心示例显示一个宽粒度分布和更大的鹅卵石(图4);然后取心完整性的速度达到了大约45% ~ 60%的灌浆充填率40% ~ 45%后注入(图16)。这些结果表明浆液扩散半径取得所需的需求和地层的完整性和承载力明显提高。

4.2。水压试验

一个原位渗透测试是另一个重要指标来评估治疗。水压测试是用于确定地层渗透系数。这个测试可以得到特定的吸收水平,迫使水渗透使井壁周围岩石裂缝通过压力泵。计算公式如下(39]: 在哪里的长度是测试区(m),指的是头海拔(m),钻孔(m)的半径,是稳定流(m³)。

水压试验是在米的深度12日至22日进行的。获得的渗透系数是1.22×10之间⁻⁸m / s, 5.21×10⁻⁷m / s灌浆后(40),显著降低,大大低于1×10的指定值⁻⁶地下建筑的m / s。

4.3。监视防洪堤坝

灌浆不当往往会导致地层的扩张和威胁到周围建筑物的安全(41]。沉降监测岩脉是安排避免结构性破坏造成地层灌浆期间隆起。没有明显的地面隆起观察直到最后阶段,可能7 - 10,当最后一个内部集团的薮猫洞被注射(图17)。的最大地表沉降是+ 7.1毫米和当地裂缝出现在堤5月8日。事情继续在灌浆速度减慢在剩余的洞。大多数监视点提出最大垂直沉降小于5毫米,这表明堤就呆在安全的状态。

5。结论

最终结果表明,指定注射标准不同的群孔可以满足钢筋和水进入要求。总结这原位测试的垂直注浆在典型河流漫滩砂砾石层,得到以下结果:(1)渗透注浆方法和袖阀管注浆技术可以应用于治疗砂砾石地面。硅酸cement-sodium二进制泥浆,混合浆液比例的W: C(质量比)为1:1,C:年代(体积比)1:1,PC 42.5水泥、波美度水玻璃30,和凝胶时间47.5秒,可以应用于注入饱和砂砾石地面。(2)地基处理的设计计划:注射第一和周围的洞内洞下被证明是正确的。外围组孔的典型注射过程表明,该砂和砾石的地面可以很容易在较低的注射压力和注射灌浆泄漏频繁发生在邻孔注入压力增加时超过0.8 MPa。内部组注射后的孔;较高的注射压力是更适当的考虑到灌浆帷幕已经创建。时间储蓄和灌浆的有效性的因素考虑在内,指定的注入在这个测试标准如下:洞边缘集团首先被注射注射压力低的原则,其价值在范围0.5 ~ 0.8 MPa和一个常数灌浆成交量为280 L。洞在外围B组注入恒定体积的220 L或某一结束1 MPa的压力。内群孔灌浆越来越灌浆压力和结束2 MPa的压力。(3)核心无聊的检查结果表明,地层的完整性和稳定性明显提高,并完成灌浆试验的渗透系数小于1×10⁻⁶m / s,满足地下工程防水和地基承载力的要求,和保护堤坝灌浆期间处于安全状态。(4)选择的经验公式预测要求灌浆体积很适合实际情况。指定的注射标准包含注射压力、灌浆体积,灌浆顺序和叶洞的三组获得整个领域的贡献足够的强度。此外,这些有效的注入标准和控制方法将提供有价值的参考预灌浆工作在隧道施工阶段。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这个工作是财政专项资金支持的长安大学中央高校基本科研(批准号310821165011),头脑风暴项目在社会发展陕西省科学技术厅(没有。2016 sf - 412),关键工业研究陕西省科学技术厅项目(批准号2015 gy185)。