CN108843345A - 一种城市隧道拱顶沉陷后分层分序注浆加固处治方法 - Google Patents
一种城市隧道拱顶沉陷后分层分序注浆加固处治方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种城市隧道拱顶沉陷后分层分序注浆加固处治方法，利用路面下各种管线之间的间隙，在隧道沉陷区范围的路面上施工钻孔，利用不同位置的钻孔深度和孔内止浆深度，通过在止浆深度下的围岩内注浆，把隧道拱顶到路面的围岩分成浅部阻浆层、中间加固层、拱顶加固层和拱顶止浆层；分别按照浅部阻浆层、拱顶止浆层、拱顶加固层和中间加固层先后4个序次，在不同可控浆液初凝时间和注浆终压下逐层注浆，实现对隧道上部地层的整体系统加固。
Description
技术领域
本发明涉及一种城市隧道拱顶及路面沉陷后分层分序注浆加固处治方法，属于城市隧道围岩注浆加固、城市隧道拱顶沉降或隧道上方路面沉陷后的注浆加固治理领域。
技术背景
在城市隧道修建过程中，当遇到松散层、含水的松散破碎层或杂填土层时，隧道开挖后及施工中的扰动会破坏隧道上覆围岩的稳定，在地层应力的重新分布下，隧道拱顶围岩会产生变形，拱顶沉降，甚至出现隧道拱顶沉降超限引发塌陷事故；城市隧道上覆地层具有湿陷性时，路面下的地下管线(污水、雨水或热力等)的泄漏以及地下水会不断侵蚀这些地层，地层会失去自稳能力而发生沉降甚至陷落。地层发生沉陷后，隧道初支结构会在地层突然沉陷的巨大动载荷作用下，极易产生沉降、断裂甚至垮塌，酿成较大工程事故，有突水突泥伴生时，还可能出现人身事故。
隧道拱顶和其上地层发生沉陷后，若在隧道内进行打钻注浆治理，施工中的扰动会增加隧道顶部围岩再次失稳带来的安全风险；隧道出现陷落等地质灾害后，要对隧道拱顶初支结构采取支护措施后封闭危险区域。因此隧道内可施工钻孔的深度、钻孔可控精度以及钻孔可控范围难以达到要求，而且隧道内空间狭小，限制了钻探设备、注浆设备、供电设备的数量，而且这些设备拥挤在有限的空间内，施工环境恶劣，并且难以同时进行多孔打钻，多孔注浆，钻探及注浆效率低下，难以适应抢险救灾对工期和质量的急迫要求。因此往往选用在病害隧道上方的路面上施工地面钻孔，利用地面钻孔对隧道拱顶致灾围岩进行注浆加固的方案。这种方案可以较好规避隧道内施工的风险和技术难度。
但是利用地面钻孔对隧道拱顶失稳围岩进行打钻注浆时，存在的安全风险是钻探扰动和注浆压力还可能会加剧拱顶围岩的失稳，注浆压力作用在拱顶围岩上，会叠加在围岩自重压力上，加剧引发隧道垮塌的风险；注浆浆液在极其松散的空隙裂缝较大的失稳围岩中，会分别向地表和隧道内漏浆，出现浆液从地表冒出，从隧道拱裂缝处漏失。甚至会沿路面下的管线空隙扩散，封固住相应管线，影响管线的正常运行，造成其他事故。如何消除打钻注浆给失稳围岩带来的二次扰动和破坏，如何提高施工效率并在保证安全的前提下，提高注浆加固质量，是面临的核心技术难题。
发明内容
为有效解决上述技术难题，本发明提出了一种城市隧道拱顶沉陷后分层分序注浆加固处治方法；该方法在提高施工效率并在保证安全的前提下，提高注浆加固质量。
本发明采用的技术方案如下：
一种城市隧道拱顶沉陷后分层分序注浆加固处治方法，如下：
利用路面下各种管线之间的间隙，在隧道沉陷区范围的路面上施工钻孔，利用不同位置的钻孔深度和孔内止浆深度，通过在止浆深度下的围岩内注浆，把隧道拱顶到路面的围岩分成浅部阻浆层、中间加固层、拱顶加固层和拱顶止浆层；分别按照浅部阻浆层、拱顶止浆层、拱顶加固层和中间加固层先后4个序次，在不同可控浆液初凝时间和注浆终压下逐层注浆，实现对隧道上部地层的整体系统加固。
进一步的，所述的浅部阻浆层注浆施工，包括以下步骤：
步骤1-1：在隧道正上方的路面上设置孔位；钻孔孔位布置及钻孔施工应避开路面下的各种管线；沿隧道走向方向的钻孔形成列，垂直隧道走向方向的钻孔形成排；钻孔应按照排、列有规律的均匀布置；
步骤1-2：采用注浆装置进行注浆，控制浆液初凝时间和注浆终压。
进一步的，所述的拱顶止浆层施工包括以下步骤：
步骤2-1在隧道正上方的路面上设置孔位；钻孔孔位应布置在浅部阻浆层钻孔形成的列上；拱顶止浆层钻孔的列数和排数应与浅部阻浆层钻孔的列数、排数相同；钻孔列数、排数以及排间距要求同浅部阻浆层钻孔的列数、排数及排间距相同；
步骤2-2，利用注浆装置进行注浆，要求最终浆液初凝时间比浅部阻浆层短，注浆终压比浅部阻浆层小。
进一步的，所述的拱顶加固层施工包括以下步骤：
步骤3-1在隧道正上方的路面上设置孔位；钻孔孔位应布置在浅部阻浆层钻孔形成的列上；拱顶加固层钻孔的列数和排数应与浅部阻浆层钻孔的列数、排数相同；钻孔列数、排数以及排间距要求同浅部阻浆层钻孔的列数、排数及排间距相同；
步骤3-2利用注浆装置进行注浆，该层注浆终压比拱顶止浆层注浆终压要高、浆液初凝时间要长。
进一步的，所述的中间加固层的施工包括以下步骤：
步骤4-1在隧道正上方的路面上设置孔位；钻孔孔位应布置在浅部阻浆层钻孔形成的列上；中间加固层钻孔的列数和排数应与浅部阻浆层钻孔的列数、排数相同；钻孔列数、排数以及排间距要求同浅部阻浆层钻孔的列数、排数及排间距相同；
步骤4-2利用注浆装置进行注浆，通过注浆，在最外侧两列钻孔内隧道两侧形成注浆帷幕，防止内部的浆液向两侧扩散；其注浆终压高于拱顶加固层的注浆终压。
进一步的，钻孔列数、列长；钻孔排数的确定如下：
钻孔列数由隧道宽度、路面宽度和地下管线行数及其影响范围确定；钻孔列长由形成沉陷的隧道走向和路面走向长度及两端各增加10m的总长度确定；钻孔排数由同类型钻孔孔间距及其数量确定。
进一步的，各层的钻孔间距要求如下：
同列内相邻的浅部阻浆层钻孔的间距为2m，同排间相邻钻孔的间距由排间距确定；
同列内相邻的拱顶止浆层钻孔的间距为2m，拱顶止浆层钻孔和浅部阻浆层相邻钻孔间距为0.5m；同排间相邻拱顶止浆层钻孔的间距与钻孔所处位置的排间距相同；
同列内相邻的拱顶加固层钻孔的间距为2m，拱顶加固层钻孔和相邻的拱顶止浆层钻孔间距为0.5m；同排间相邻拱顶加固层钻孔的间距与该处的浅部阻浆层排间距相同；
同列内相邻的中间加固层钻孔的间距为2m，中间加固层钻孔和相邻的拱顶加固层钻孔间距为0.5m。同排间相邻中间加固层钻孔的间距与该处的浅部阻浆层排间距相同。
进一步的，各层钻孔深度和加固厚度要求如下：
浅部阻浆层设计深度要避开路面以下埋藏的各种管线，钻孔内止浆深度要在地下管线以下；
所述的拱顶止浆层紧靠沉降的隧道初支结构，其形状与弧度与隧道拱顶一致，其垂向横断面为一定厚度的拱形；两侧钻孔深度一般到隧道起拱线深度，其它钻孔深度由钻孔孔位所处位置的垂下线与隧道初支结构的外缘的交点深度确定；钻孔止浆深度由该孔孔位处的垂下线与拱顶止浆层钻孔止浆深度控制线的交点深度确定；拱顶止浆层注浆加固厚度由该层钻孔深度与止浆控制线深度差值确定。
所述的拱顶加固层位于拱顶止浆层上部，与拱顶止浆层相接；其形状与隧道拱顶止浆层形状基本一致，其垂向横断面为一定厚度的拱形；拱顶加固层深度由拱顶止浆层钻孔止浆深度控制线确定。
所述的中间加固层位于拱顶加固层和浅部阻浆层之间，为上三序次注浆后剩余的地层；其厚度由浅部阻浆层深度和拱顶加固层注浆钻孔止浆深度控制线深度确定。
进一步的，各层钻孔止浆深度以及要求如下：
在所述的浅部阻浆层、拱顶止浆层、拱顶加固层以及中间加固层的注浆钻孔均为垂直孔，在相应层的注浆段距内注浆管上的相应位置割花眼，花眼在管壁展开面上呈梅花形布置；钻孔内利用双液膨胀止浆器止浆；
浅部阻浆层的止浆深度由浅部阻浆层钻孔止浆深度控制线确定；拱顶止浆层的孔内止浆深度由该孔位处垂下线与拱顶止浆层注浆钻孔止浆深度控制线的交点深度确定；拱顶加固层的孔内止浆深度由该孔位处垂下线与拱顶加固层注浆钻孔止浆深度控制线的交点处的深度确定；中间加固层的孔内止浆深度由该孔位处垂下线与浅部阻浆层钻孔深度控制线确定。
进一步的，在所述的浅部阻浆层、拱顶加固层、拱顶止浆层的全部钻孔内以及中间加固层两侧的两列钻孔内注浆均选用C-GT浆液。
浅部阻浆层的水泥浆水灰比控制在0.8:1～1:1之间，水泥浆密度约为1.6-1.5g/cm3左右，GT浆液密度控制在1.3g/cm3左右。水泥浆和GT浆液的体积比控制在2:1～3:1之间，最终浆液初凝时间控制在20-30秒。注浆终压不超过0.3Mpa；
拱顶止浆层的水泥浆水灰比控制在0.8:1～1:1之间，水泥浆密度约为1.6-1.5g/cm3左右，GT浆液密度控制在1.3g/cm3左右。水泥浆和GT浆液的体积比控制在3:1～4:1之间，最终浆液初凝时间控制在15-20秒。注浆终压不超过0.2MPa；
拱顶加固层的水泥浆水灰比控制在1:1左右，水泥浆密度约为1.5g/cm3左右，GT浆液密度控制在1.2g/cm3左右。水泥浆和GT浆液的体积比控制在1:1～2:1之间，最终浆液初凝时间控制在50～70秒。注浆终压控制在0.4～0.6MPa；
中间加固层横断面上两侧的两列钻孔内注浆要求水泥浆水灰比控制在1:1左右，水泥浆密度约为1.5g/cm3左右，GT浆液密度控制在1.2g/cm3左右，水泥浆和GT浆液的体积比控制在1:1～2:1之间，最终浆液初凝时间控制在50～70秒，注浆终压控制在0.6～1.0Mpa；除两侧钻孔外的内部钻孔内注浆选用水泥单液浆，水泥标号为P.O 42.5R，水泥浆密度控制在1.7g/cm3左右，注浆终压控制在1.0-1.2MPa之间。
本发明的有益效果：
本发明的有益效果是通过对隧道拱顶地层的分层分序次注浆，可以实现如下
有益效果：
(1)分序次先依次施工浅部阻浆层和拱顶止浆层，可以形成对两层之间地层注浆时的浆液的阻隔层，防止浆液分别向地表和隧道内的冒漏流失。
(2)通过使用C-GT双液浆，并对浅部阻浆层和拱顶止浆层注浆时压力和浆液初凝时间的控制，保证了浆液在较小的范围内扩散和留存，尽快形成对浆液的阻隔层，并初步形成具有一定强度的加固层，对被加固地层的初期稳定性有利。给尽快形成其它两层的注浆条件提供了保障。
(3)拱顶止浆层注浆时控制较小的注浆终压，有效防止了注浆压力对已经形成沉降的隧道初支结构的再次破坏；通过速凝浆液的充填注浆，可以把隧道初支结构与上覆已加固地层胶结在一起。提高了其稳定性和自撑能力。
(4)在按不同序次施工的4种地层内注浆时，选用了有针对性的浆液类型、浆液配比及浆液初凝时间参数和注浆终压，既保证了注浆安全，还满足了对不同地层注浆加固的需要，通过注浆，形成了整体性较好的注浆加固地层，保证了隧道重新开挖时以及今后运营中上覆围岩的安全稳定性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1、图2：隧道拱顶沉降路面塌陷区注浆治理分层分序设计示意图；
图3、图4：路面沉陷区注浆钻孔布置平面图、局部放大图；
图5：A-A断面垂向剖面图；
图6：B-B断面垂向剖面图；
图7：C-C断面垂向剖面图；
图8：D-D断面垂向剖面图；
图中：1浅部阻浆层，2中间加固层，3拱顶加固层，4拱顶止浆层，5路面沉陷坑填充物，6沉陷地层，7拱顶沉降的隧道初支结构，8隧道初支结构，9浅部阻浆层钻孔止浆深度控制线，10浅部阻浆层注浆钻孔，11拱顶止浆层注浆钻孔止浆深度控制线，12拱顶止浆层注浆钻孔，13拱顶加固层注浆钻孔，14拱顶加固层注浆钻孔止浆深度控制线，15中间加固层注浆钻孔，16浅部阻浆层钻孔深度控制线。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
正如背景技术所介绍的，但是利用地面钻孔对隧道拱顶失稳围岩进行打钻注浆时，存在的安全风险是钻探扰动和注浆压力还可能会加剧拱顶围岩的失稳，注浆压力作用在拱顶围岩上，会叠加在围岩自重压力上，加剧引发隧道垮塌的风险；注浆浆液在极其松散的空隙裂缝较大的失稳围岩中，会分别向地表和隧道内漏浆，出现浆液从地表冒出，从隧道拱裂缝处漏失。甚至会沿路面下的管线空隙扩散，封固住相应管线，影响管线的正常运行，造成其他事故。如何消除打钻注浆给失稳围岩带来的二次扰动和破坏，如何提高施工效率并在保证安全的前提下，提高注浆加固质量，是面临的核心技术难题，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种城市隧道拱顶沉陷后分层分序注浆加固处治方法；即采用4层4序次注浆加固方案，其核心内容是利用路面下各种管线之间的间隙，在隧道沉陷区范围的路面上施工钻孔，利用不同位置的钻孔深度和孔内止浆深度，通过在止浆深度下的围岩内注浆，把隧道拱顶到路面的围岩人为分成浅部阻浆层、中间加固层、拱顶加固层和拱顶止浆层等；分别按照浅部阻浆层、拱顶止浆层、拱顶加固层和中间加固层等先后4个序次，选用C-GT浆液或单液水泥浆，在不同可控注浆终压下逐层注浆，实现对隧道上部地层的整体系统加固
本申请的一种典型的实施方式中，如图1-8所示，具体的实施步骤如下：
第一序次：浅部阻浆层注浆施工。
浅部阻浆层的注浆目的。浅部阻浆层形成后可以有效阻止其后几个序次分层注浆时的浆液向地表扩散出现路面冒浆的现象。另外浅部阻浆层注浆加固后，该层成为较好的已经被加固的完整地层，该地层变得密实，强度较高，提高了该层的稳定性，并对其上地层和地下管线起到较好的保护作用。并有效防止后序次钻孔施工中在此地层内出现钻孔坍塌的现象。
浅部阻浆层深度及厚度。浅部阻浆层设计深度要避开路面以下埋藏的各种管线，从保护管线的目的出发，钻孔内止浆深度要在地下管线以下。因该层以上相当于敞开的自由面，注浆中浆液会不受阻挡的向地表冒出，因此应控制浆液的扩散范围。应选用较小的注浆终压和较短的C-GT浆液初凝时间。其加固厚度应根据注浆终压，浆液初凝时间计算选择，一般该层注浆厚度不超过3m。
在隧道正上方的路面上设置孔位，钻孔孔位布置及钻孔施工应避开路面下的各种管线。沿隧道走向方向的钻孔形成列，垂直隧道走向方向的钻孔形成排。钻孔应按照排、列有规律的均匀布置。钻孔列数由隧道宽度、路面宽度和地下管线行数及其影响范围确定；钻孔列长由形成沉陷的隧道走向和路面走向长度及两端各增加10m的总长度确定。钻孔排数由同类型钻孔孔间距及其数量确定。
钻孔间距。同列内相邻钻孔的间距为2m，同排间相邻钻孔的间距由排间距确定。
注浆钻孔为垂直孔，钻孔深度由浅部阻浆层钻孔深度控制线确定。钻孔直径90mm。注浆管选用42mm镀锌管，在本层注浆段距内注浆管上的相应位置割花眼，花眼直径为6-8mm，花眼在管壁展开面上呈梅花形布置。钻孔内利用双液膨胀止浆器止浆，止浆深度由浅部阻浆层钻孔止浆深度控制线确定。
注浆工艺。浅部阻浆层内注浆选用C-GT浆液，选用P.O 42.5水泥，水泥浆水灰比控制在0.8:1～1:1之间，水泥浆密度约为1.6-1.5g/cm3左右，GT浆液密度控制在1.3g/cm3左右。水泥浆和GT浆液的体积比控制在2:1～3:1之间，最终浆液初凝时间控制在20-30秒。注浆终压不超过0.3MPa。通过较短的初凝时间和较小的注浆终压，以达到控制浆液扩散范围，减少浆液在地表冒出的目的。
第二序次：拱顶止浆层施工。
(1)拱顶止浆层的注浆目的。由于隧道拱顶的沉陷，隧道初支结构形成断裂，出现断裂缝，甚至拱顶隧道初支结构层和其上围岩形成离层，产生空洞。隧道拱顶以上围岩内注浆后，浆液极易沿初支结构断裂处向隧道内冒漏，或沿着隧道掌子面冒出。为防止出现浆液向隧道内冒漏的现象，必须对隧道拱顶沉降处注浆，形成止浆层。另外拱顶止浆层注浆后，可提高该层的强度和自撑能力，通过充填空洞和离层，可把注浆后的地层和隧道初支结构胶结在一起，形成整体的自撑体，提高其对上覆地层的压力阻抗力，形成该层的初期稳定。
(2)拱顶止浆层深度及厚度。拱部止浆层为4个注浆加固层的最低一层，紧靠沉降的隧道初支结构，设计该层注浆厚度不宜过厚，以1.5-2m为宜，该层以注浆充填为主，兼顾对地层的加固。其形状与弧度与隧道拱顶一致，其垂向横断面为一定厚度的拱形。两侧钻孔深度一般到隧道起拱线深度，其它钻孔深度由钻孔孔位所处位置的垂下线与隧道初支结构的外缘的交点深度确定。钻孔止浆深度由该孔孔位处的垂下线与拱顶止浆层钻孔止浆深度控制线的交点深度确定。拱顶止浆层注浆加固厚度由该层钻孔深度与止浆控制线深度差值确定。
(3)拱顶止浆层的施工。
①在隧道正上方的路面上设置孔位。钻孔孔位应布置在浅部阻浆层钻孔形成的列上。拱顶止浆层钻孔的列数和排数应与浅部阻浆层钻孔的列数、排数相同。钻孔列数、排数以及排间距要求同浅部阻浆层钻孔的列数、排数及排间距相同。
②钻孔间距。同列内相邻的拱顶止浆层钻孔的间距为2m，拱顶止浆层钻孔和浅部阻浆层相邻钻孔间距为0.5m。同排间相邻拱顶止浆层钻孔的间距与钻孔所处位置的排间距相同。
③注浆钻孔。注浆钻孔为垂直孔，钻孔深度由该孔位处垂下线与隧道初支结构外缘的交点深度确定。钻孔直径90mm，注浆管选用42mm镀锌管，在拱顶止浆层的注浆段距内注浆管上的相应位置割花眼，花眼直径为6-8mm，花眼在管壁展开面上呈梅花形布置。钻孔内利用双液膨胀止浆器止浆，孔内止浆深度由该孔位处垂下线与拱顶止浆层注浆钻孔止浆深度控制线的交点深度确定。
④注浆工艺。拱顶止浆层内注浆选用C-GT浆液，其中选用P.O42.5R水泥，要求水泥浆水灰比控制在0.8:1～1:1之间，水泥浆密度约为1.6-1.5g/cm3左右，GT浆液密度控制在1.3g/cm3左右。水泥浆和GT浆液的体积比控制在3:1～4:1之间，最终浆液初凝时间控制在15-20秒。注浆终压不超过0.2MPa。通过比浅部阻浆层更短的初凝时间和更小的注浆终压，以达到控制浆液扩散范围，充分充填隧道初支结构与地层形成的离层空间的目的，减少浆液在隧道拱顶断裂处和掌子面冒出的目的。
第三序次：拱顶加固层施工
(1)拱顶加固层的注浆目的。该层为拱顶止浆层以上的对地层的强化注浆加固层。对该层的强化系统注浆可以形成拱顶的持力层，该层注浆加固后，具有较强的自撑能力和系统强度，可以支撑住其上覆地层的压力，对隧道初支结构形成拱形的保护层。同时该层注浆过程中，还可以弥补拱顶止浆层注浆的缺陷，因为拱顶止浆层注浆中使用的浆液初凝时间较短，注浆压力较小，影响了浆液扩散距离，可能会存在注浆薄弱点。拱顶注浆加固区注浆时，部分浆液会渗透到这些薄弱点处，对拱顶止浆层形成补充注浆加固的效果。另外拱顶加固层完成后的强度，给其后序次的中间加固层加压注浆提供了有利条件，使中间加固层注浆可以实现较高的注浆终压，并依靠较高的注浆终压，达到在中间加固层内的松散围岩内渗透注浆甚至劈裂注浆的目的。
(1)拱顶加固层深度及厚度。拱顶加固层位于拱顶止浆层上部，与拱顶止浆层相接。拱顶加固层厚度以3m为宜，其形状与隧道拱顶止浆层形状基本一致，其垂向横断面为一定厚度的拱形。拱顶加固层深度由拱顶止浆层钻孔止浆深度控制线确定。
(3)拱顶加固层的施工。
①在隧道正上方的路面上设置孔位。钻孔孔位应布置在浅部阻浆层钻孔形成的列上。拱顶加固层钻孔的列数和排数应与浅部阻浆层钻孔的列数、排数相同。钻孔列数、排数以及排间距要求同浅部阻浆层钻孔的列数、排数及排间距相同。
②钻孔间距。同列内相邻的拱顶加固层钻孔的间距为2m，拱顶加固层钻孔和相邻的拱顶止浆层钻孔间距为0.5m。同排间相邻拱顶加固层钻孔的间距与该处的浅部阻浆层排间距相同。
③注浆钻孔。注浆钻孔为垂直孔，钻孔深度由该孔位处垂下线与拱顶止浆层注浆钻孔止浆深度控制线的交点深度确定。钻孔直径90mm，注浆管选用42mm镀锌管，在拱顶加固层的注浆段距内注浆管上的相应位置割花眼，花眼直径为6-8mm，花眼在管壁展开面上呈梅花形布置。钻孔内利用双液膨胀止浆器止浆，孔内止浆深度由该孔位处垂下线与拱顶加固层注浆钻孔止浆深度控制线的交点处的深度确定。
④注浆工艺。拱顶加固层内注浆选用C-GT浆液，其中选用P.O42.5R水泥，要求水泥浆水灰比控制在1:1左右，水泥浆密度约为1.5g/cm3左右，GT浆液密度控制在1.2g/cm3左右。水泥浆和GT浆液的体积比控制在1:1～2:1之间，最终浆液初凝时间控制在50～70秒。注浆终压控制在0.4～0.6MPa。该层注浆终压比拱顶止浆层注浆终压要高、浆液初凝时间要长，其目的是尽量做到使注入的浆液有较大的扩散范围，争取达到对该处围岩全覆盖强化系统注浆的目标。其技术关键是注浆终压要控制好，防止出现较高的注浆终压对已形成的拱顶止浆层的破坏。
第四序次：中间加固层施工
(1)中间加固层的注浆目的。该层为重点注浆加固层。通过使用较高密度的单液水泥浆对该层进行系统注浆加固，因较高密度的单液水泥浆具有较高的固结强度，较少的失水量和较小体积收缩率，注浆后能形成强度较高的加固地层，使该地层具有比拱顶注浆加固层更高的整体强度和自稳能力。该层注浆后，达到了隧道拱顶地层的更好的整体稳定性。彻底消除地层沉降造成的危害。更能保证注浆后隧道重新开挖时上部地层的稳定。
(1)中间加固层深度及厚度。中间加固层位于拱顶加固层和浅部阻浆层之间，为上三序次注浆后剩余的地层。其厚度由浅部阻浆层深度和拱顶加固层注浆钻孔止浆深度控制线深度确定。
(3)中间加固层的施工
①在隧道正上方的路面上设置孔位。钻孔孔位应布置在浅部阻浆层钻孔形成的列上。中间加固层钻孔的列数和排数应与浅部阻浆层钻孔的列数、排数相同。钻孔列数、排数以及排间距要求同浅部阻浆层钻孔的列数、排数及排间距相同。
②钻孔间距。同列内相邻的中间加固层钻孔的间距为2m，中间加固层钻孔和相邻的拱顶加固层钻孔间距为0.5m。同排间相邻中间加固层钻孔的间距与该处的浅部阻浆层排间距相同。
③注浆钻孔。注浆钻孔为垂直孔，钻孔深度由该孔位处垂下线与拱顶加固层注浆钻孔止浆深度控制线的交点深度确定。钻孔直径90mm，注浆管选用42mm镀锌管，在拱顶加固层的注浆段距内注浆管上的相应位置割花眼，花眼直径为6-8mm，花眼在管壁展开面上呈梅花形布置。钻孔内利用双液膨胀止浆器止浆，孔内止浆深度由该孔位处垂下线与浅部阻浆层钻孔深度控制线确定。
④注浆工艺。中间加固层横断面上两侧的两列钻孔内注浆选用C-GT浆液，，其中选用P.O42.5R水泥，要求水泥浆水灰比控制在1:1左右，水泥浆密度约为1.5g/cm3左右，GT浆液密度控制在1.2g/cm3左右，水泥浆和GT浆液的体积比控制在1:1～2:1之间，最终浆液初凝时间控制在50～70秒，注浆终压控制在0.6～1.0MPa。通过注浆，在两侧形成注浆帷幕，防止内部的浆液向两侧扩散。除两侧钻孔外的内部钻孔内注浆选用水泥单液浆，水泥标号为P.O 42.5R，水泥浆密度控制在1.7g/cm3左右注浆终压控制在1.0-1.2MPa之间。注浆使用较高的注浆终压目的是加大浆液的扩散范围，达到较好的渗透注浆和劈裂注浆的目的。
下面结合一个具体的实施例对本发明进行说明；
(1)浅部阻浆层1深度及厚度。浅部阻浆层1设计深度h2为5m，厚度a1为3m，注浆段距为2-5m。
(2)在隧道正上方的沉陷坑充填物5上的路面上设置孔位10。经物探探查，地下管线共埋藏有13条，分别为热力管道2条，电信管线3条，污水管道2条，雨水管道1条，天然气管道2条和煤气管道2条。为安全避开上述管线，根据隧道、路面和管线分布，钻孔孔位共形成6列。因路面沿隧道走向塌陷区长度为10m，注浆钻孔列长要超出路面沉陷长度两端各10m，故注浆钻孔列长设计为30m。浅部阻浆层1相邻钻孔10间距2m，浅层阻浆层注浆钻孔10共有15排。
(3)钻孔间距。同列内相邻钻孔10的间距为2m，同排间相邻钻孔10的间距根据地下管线之间的间距确定，其孔间距分别为d1＝2.14m；d2＝2.25m；d3＝2.45m；d4＝1.94m；d5＝3m，上述间距也为钻孔列间距。
(4)注浆钻孔10。注浆钻孔10为垂直孔，钻孔深度h2为5m，钻孔直径90mm。注浆管选用42mm镀锌管，在地下部分2-5m段的注浆管上割花眼，花眼直径6-8mm，在管壁上呈梅花形布置。钻孔内利用双液膨胀止浆器止浆，双液浆选用C-GT浆。钻孔内止浆器下边缘即止浆深度h1为2m，注浆深度h2为3m，厚度a1为3m，注浆后形成厚度约为3m的浅部阻浆层1。
(5)注浆工艺。浅部阻浆层1内注浆选用C-GT浆液，选用P.O 42.5水泥，水泥浆水灰比控制在0.8:1～1:1之间，水泥浆密度约为1.6-1.5g/cm3左右，GT浆液密度控制在1.3g/cm3左右。水泥浆和GT浆液的体积比控制在2:1～3:1之间，最终浆液初凝时间控制在20-30秒。注浆终压不超过0.3MPa。通过较短的初凝时间和较小的注浆终压，以达到控制浆液扩散范围，减少浆液在地表冒出的目的。
第二序次：拱顶止浆层4施工。
(1)拱顶止浆层4深度及厚度。拱部止浆层4为紧靠拱顶沉降的隧道初支结构7的一层，根据隧道初支结构8的尺寸，设计施工隧道两侧注浆加固厚度a2为1.5m，隧道拱顶以上塌陷区处注浆加固厚度a3为2.5m。拱顶止浆层4两侧深度h5为14m；拱顶正上方隧道轴线处深度h4为11.5m，钻孔在拱顶正上方隧道轴线处的止浆深度h3为9m。
(2)在隧道正上方的路面上设置孔位。钻孔孔位应布置在浅部阻浆层1钻孔形成的列上。拱顶止浆层注浆钻孔12的列数与浅部阻浆层注浆钻孔10列数相同，为6列，列长为30m。拱顶止浆层注浆钻孔12排数为15排。
(3)钻孔间距。同列内相邻的拱顶止浆层注浆钻孔12的间距为2m，拱顶止浆层注浆钻孔12和浅部阻浆层注浆钻孔10的间距为0.5m。拱顶止浆层注浆钻孔12排间距即同排钻孔间距分别为d1＝2.14m；d2＝2.25m；d3＝2.45m；d4＝1.94m；d5＝3m。
(4)注浆钻孔12。注浆钻孔12为垂直孔，钻孔深度由该孔位处垂下线与隧道初支结构8外缘的交点深度确定。注浆钻孔12直径90mm，注浆管选用42mm镀锌管，在拱顶止浆层4的注浆段距内注浆管的相应位置割花眼，花眼直径6-8mm，在管壁上呈梅花形布置。钻孔内利用C-GT双液浆膨胀止浆器止浆，钻孔内止浆深度由该孔位处垂下线与拱顶止浆层注浆钻孔止浆深度控制线11的交点处的深度确定。
(5)注浆工艺。拱顶止浆层4内注浆选用C-GT浆液，其中选用P.O42.5R水泥，要求水泥浆水灰比控制在0.8:1～1:1之间，水泥浆密度约为1.6-1.5g/cm3左右，GT浆液密度控制在1.3g/cm3左右。水泥浆和GT浆液的体积比控制在3:1～4:1之间，最终浆液初凝时间控制在15-20秒。注浆终压不超过0.2MPa。通过比浅部阻浆层1更短的初凝时间和更小的注浆终压，以达到控制浆液扩散范围，充分充填隧道初支结构8与地层形成的离层空间的目的，减少浆液在隧道拱顶断裂处和掌子面冒出的现象。
第三序次：拱顶加固层3施工
(1)拱顶加固层3深度及厚度。拱顶加固层3位于拱顶止浆层4上部，与拱顶止浆层4相衔接。其形状与隧道拱顶止浆层4形状基本一致，为垂向横断面最小厚度a4为2m的拱形。
(2)在隧道正上方的路面上设置孔位。钻孔孔位布置在浅部阻浆层注浆钻孔10形成的列上。拱顶加固层注浆钻孔13的列数共有6列，列长为30m。排数与浅部阻浆层注浆加固钻孔10排数相同，为15排。
(3)钻孔间距。同列内相邻的拱顶加固层注浆钻孔13的间距为2m，拱顶加固层注浆钻孔13和拱顶止浆层注浆钻孔12间距为0.5m。同排间相邻拱顶加固层注浆钻孔13的间距分别为d1＝2.14m；d2＝2.25m；d3＝2.45m；d4＝1.94m；d5＝3m。
(4)注浆钻孔。拱顶加固层注浆钻孔13为垂直孔，钻孔深度由该孔位处垂下线与拱顶止浆层注浆钻孔止浆深度控制线11的交点深度确定。钻孔直径90mm，注浆管选用42mm镀锌管，在拱顶加固层3的注浆段距内的注浆管上的相应位置割花眼，花眼直径6-8mm，在管壁上呈梅花形布置。钻孔内利用C-GT双液浆膨胀止浆器止浆，孔内止浆深度由该孔位处垂下线与拱顶加固层注浆钻孔止浆深度控制线14的交点处的深度确定，钻孔最浅止浆深度h6为7m。钻孔最浅深度h3为9m。
(5)注浆工艺。拱顶加固层3内注浆选用C-GT浆液，其中选用P.O42.5R水泥，要求水泥浆水灰比控制在1:1左右，水泥浆密度约为1.5g/cm3左右，GT浆液密度控制在1.2g/cm3左右。水泥浆和GT浆液的体积比控制在1:1～2:1之间，最终浆液初凝时间控制在50～70秒。注浆终压控制在0.4～0.6MPa。该层注浆终压比拱顶止浆层4注浆终压要高、浆液初凝时间要长，其目的是尽量做到使注入的浆液有较大的扩散范围，争取达到对该处围岩全覆盖强化系统注浆的目标。其技术关键是注浆终压要控制好，防止出现较高的注浆终压对已形成的拱顶止浆层的破坏。
第四序次：中间加固层2施工
(1)中间加固层2深度及厚度。中间加固层2位于拱顶加固层3和浅部阻浆层1之间，为上3个序次注浆后剩余的地层。其厚度及形状由浅部阻浆层注浆钻孔深度控制线16和拱顶加固层注浆钻孔止浆深度控制线14确定。
(2)在隧道正上方的路面上设置孔位。钻孔孔位应布置在浅部阻浆层注浆钻孔10形成的列上。中间加固层注浆钻孔15的列数为6列，列长30m，排数为15排。中间加固层注浆钻孔15所在列间距分别为：d1＝2.14m；d2＝2.25m；d3＝2.45m；d4＝1.94m；d5＝3m。
(3)钻孔间距。同列内相邻的中间加固层注浆钻孔15的间距为2m，中间加固层注浆钻孔15和第3序次的拱顶加固层注浆钻孔13间距为0.5m。同排间相邻的中间加固层注浆钻孔15的间距分别为d1＝2.14m；d2＝2.25m；d3＝2.45m；d4＝1.94m；d5＝3m。
(4)注浆钻孔。中间加固层注浆钻孔15为垂直孔，钻孔深度由该孔位处垂下线与拱顶加固层注浆钻孔止浆深度控制线14的交点深度确定。钻孔直径90mm，注浆管选用42mm镀锌管，在中间加固层2的注浆段距内注浆管上的相应位置割花眼，花眼直径6-8mm，在管壁上呈梅花形布置。钻孔内利用C-GT双液浆膨胀止浆器止浆，孔内止浆深度由浅部阻浆层注浆钻孔深度控制线16确定，钻孔止浆深度h2为5m。中间加固层注浆钻孔15深度由该孔位垂下线与拱顶加固层注浆钻孔止浆深度控制线14确定
(5)注浆工艺。中间加固层2的垂向横切面(D-D剖面)横断面上两侧的左右两列钻孔内注浆选用C-GT浆液，其中选用P.O42.5R水泥，要求水泥浆水灰比控制在1:1左右，水泥浆密度约为1.5g/cm3左右，GT浆液密度控制在1.2g/cm3左右，水泥浆和GT浆液的体积比控制在1:1～2:1之间，最终浆液初凝时间控制在50～70秒，注浆终压控制在0.6～1.0MPa。通过注浆，在中间加固层2两侧形成阻浆帷幕，防止内部的钻孔注入的浆液向两侧扩散。除两侧钻孔外的内部钻孔内注浆选用水泥单液浆，水泥标号为P.O 42.5R，水泥浆密度控制在1.7g/cm3左右，注浆终压控制在1.0-1.2MPa之间。本层注浆使用单液浆和较高的注浆终压的目的是加大浆液的扩散范围，达到较好的渗透注浆和劈裂注浆的目的。
实施例
济南顺河高架南延二期工程玉函路地下道路暗挖段长2335米，埋深在11m-20m之间，道路宽度为32米，交通繁忙，地下管线密集。隧址处路面下为填土，填土以下第四系覆盖层为湿陷性黄土、粘性土及碎石土，黄土呈可塑性状态，局部呈坚硬状态，强度一般，湿陷性中等，岩石质量等级为Ⅲ～Ⅳ类。
2017年6月12日23:30左右，顺河高架南延二期工程地下隧道右线掌子面开挖至YK2+702里程时，发生了掌子面突出，YK2+692～702段拱顶沉降和路面塌陷现象。塌陷发生后，立即采取了对洞内掌子面进行了回填反压，洞内YK2+682位置设立挡泥墙，并对YK2+682～702已开挖段进行砂浆充填至距拱顶2m处的安全措施。并对路面塌陷区域进行了建筑材料充填，并上覆薄层混凝土，防止降水或路面积水渗入地层，造成对地层的二次破坏。为彻底消除安全隐患，尽快恢复隧道开挖，设计实施了利用地面钻孔对YK2+682～712段隧道拱顶地层系统注浆加固方案，对隧道上覆软弱地层进行系统加固，改善土层物理力学性能，使其具有可靠地承载能力。该方案设计分层分序次对地层进行注浆治理，采用膨胀式止浆器止浆，采用双液浆或双液浆和单液浆结合的注浆工艺，经检验注浆加固效果良好，成功的消除了重新开挖中的安全风险。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种城市隧道拱顶沉陷后分层分序注浆加固处治方法，其特征在于，如下：
利用路面下各种管线之间的间隙，在隧道沉陷区范围的路面上施工钻孔，利用不同位置的钻孔深度和孔内止浆深度，通过在止浆深度下的围岩内注浆，把隧道拱顶到路面的围岩分成浅部阻浆层、中间加固层、拱顶加固层和拱顶止浆层；分别按照浅部阻浆层、拱顶止浆层、拱顶加固层和中间加固层先后4个序次，在不同可控浆液初凝时间和注浆终压下逐层注浆，实现对隧道上部地层的整体系统加固。
2.如权利要求1所述的城市隧道拱顶沉陷后分层分序注浆加固处治方法，其特征在于，所述的浅部阻浆层注浆施工包括以下步骤：
步骤1-1：在隧道正上方的路面上设置孔位；钻孔孔位布置及钻孔施工应避开路面下的各种管线；沿隧道走向方向的钻孔形成列，垂直隧道走向方向的钻孔形成排；钻孔应按照排、列有规律的均匀布置；
步骤1-2：采用注浆装置进行注浆，控制浆液初凝时间和注浆终压。
3.如权利要求1所述的城市隧道拱顶沉陷后分层分序注浆加固处治方法，其特征在于，所述的拱顶止浆层施工包括以下步骤：
步骤2-1在隧道正上方的路面上设置孔位；钻孔孔位应布置在浅部阻浆层钻孔形成的列上；拱顶止浆层钻孔的列数和排数应与浅部阻浆层钻孔的列数、排数相同；钻孔列数、排数以及排间距要求同浅部阻浆层钻孔的列数、排数及排间距相同；
步骤2-2，利用注浆装置进行注浆，要求最终浆液初凝时间比浅部阻浆层短，注浆终压比浅部阻浆层小。
4.如权利要求1所述的城市隧道拱顶沉陷后分层分序注浆加固处治方法，其特征在于，所述的拱顶加固层施工包括以下步骤：
步骤3-1在隧道正上方的路面上设置孔位；钻孔孔位应布置在浅部阻浆层钻孔形成的列上；拱顶加固层钻孔的列数和排数应与浅部阻浆层钻孔的列数、排数相同；钻孔列数、排数以及排间距要求同浅部阻浆层钻孔的列数、排数及排间距相同；
步骤3-2利用注浆装置进行注浆，该层注浆终压比拱顶止浆层注浆终压要高、浆液初凝时间要长。
5.如权利要求1所述的城市隧道拱顶沉陷后分层分序注浆加固处治方法，其特征在于，所述的中间加固层的施工包括以下步骤：
步骤4-1在隧道正上方的路面上设置孔位；钻孔孔位应布置在浅部阻浆层钻孔形成的列上；中间加固层钻孔的列数和排数应与浅部阻浆层钻孔的列数、排数相同；钻孔列数、排数以及排间距要求同浅部阻浆层钻孔的列数、排数及排间距相同；
步骤4-2利用注浆装置进行注浆，通过注浆，在隧道最外侧两列钻孔内两侧形成注浆帷幕，防止内部的浆液向两侧扩散；其注浆终压高于拱顶加固层的注浆终压。
6.如权利要求1所述的城市隧道拱顶沉陷后分层分序注浆加固处治方法，其特征在于，钻孔列数、列长；钻孔排数的确定如下：
钻孔列数由隧道宽度、路面宽度和地下管线行数及其影响范围确定；钻孔列长由形成沉陷的隧道走向和路面走向长度及两端各增加10m的总长度确定；钻孔排数由同类型钻孔孔间距及其数量确定；
同列内相邻的浅部阻浆层钻孔的间距为2m，同排间相邻钻孔的间距由排间距确定；
同列内相邻的拱顶止浆层钻孔的间距为2m，拱顶止浆层钻孔和浅部阻浆层相邻钻孔间距为0.5m；同排间相邻拱顶止浆层钻孔的间距与钻孔所处位置的排间距相同；
同列内相邻的拱顶加固层钻孔的间距为2m，拱顶加固层钻孔和相邻的拱顶止浆层钻孔间距为0.5m；同排间相邻拱顶加固层钻孔的间距与该处的浅部阻浆层排间距相同；
同列内相邻的中间加固层钻孔的间距为2m，中间加固层钻孔和相邻的拱顶加固层钻孔间距为0.5m。同排间相邻中间加固层钻孔的间距与该处的浅部阻浆层排间距相同。
7.如权利要求1所述的城市隧道拱顶沉陷后分层分序注浆加固处治方法，其特征在于，
浅部阻浆层设计深度要避开路面以下埋藏的各种管线，钻孔内止浆深度要在地下管线以下；
所述的拱顶加固层位于拱顶止浆层上部，与拱顶止浆层相接；其形状与隧道拱顶止浆层形状基本一致，其垂向横断面为一定厚度的拱形；拱顶加固层深度由拱顶止浆层钻孔止浆深度控制线确定。
所述的中间加固层位于拱顶加固层和浅部阻浆层之间，为上三序次注浆后剩余的地层；其厚度由浅部阻浆层深度和拱顶加固层注浆钻孔止浆深度控制线深度确定。
8.如权利要求1所述的城市隧道拱顶沉陷后分层分序注浆加固处治方法，其特征在于，
所述的拱顶止浆层紧靠沉降的隧道初支结构，其形状与弧度与隧道拱顶一致，其垂向横断面为一定厚度的拱形；两侧钻孔深度一般到隧道起拱线深度，其它钻孔深度由钻孔孔位所处位置的垂下线与隧道初支结构的外缘的交点深度确定；钻孔止浆深度由该孔孔位处的垂下线与拱顶止浆层钻孔止浆深度控制线的交点深度确定；拱顶止浆层注浆加固厚度由该层钻孔深度与止浆控制线深度差值确定。
9.如权利要求1所述的城市隧道拱顶沉陷后分层分序注浆加固处治方法，其特征在于，
在所述的浅部阻浆层、拱顶加固层、拱顶止浆层以及中间加固层的注浆钻孔均为垂直孔，在相应层的注浆段距内注浆管上的相应位置割花眼，花眼在管壁展开面上呈梅花形布置；钻孔内利用双液膨胀止浆器止浆；
浅部阻浆层的止浆深度由浅部阻浆层钻孔止浆深度控制线确定；拱顶止浆层的孔内止浆深度由该孔位处垂下线与拱顶止浆层注浆钻孔止浆深度控制线的交点深度确定；拱顶加固层的孔内止浆深度由该孔位处垂下线与拱顶加固层注浆钻孔止浆深度控制线的交点处的深度确定；中间加固层的孔内止浆深度由该孔位处垂下线与浅部阻浆层钻孔深度控制线确定。
10.如权利要求1所述的城市隧道拱顶沉陷后分层分序注浆加固处治方法，其特征在于，
在所述的浅部阻浆层、拱顶加固层、拱顶止浆层的所有钻孔内以及中间加固层横断面上两侧的两列钻孔内注浆均选用C-GT浆液；
浅部阻浆层的水泥浆水灰比控制在0.8:1～1:1之间，水泥浆密度约为1.6-1.5g/cm3左右，GT浆液密度控制在1.3g/cm3左右；水泥浆和GT浆液的体积比控制在2:1～3:1之间，最终浆液初凝时间控制在20-30秒；注浆终压不超过0.3Mpa；
拱顶止浆层的水泥浆水灰比控制在0.8:1～1:1之间，水泥浆密度约为1.6-1.5g/cm3左右，GT浆液密度控制在1.3g/cm3左右；水泥浆和GT浆液的体积比控制在3:1～4:1之间，最终浆液初凝时间控制在15-20秒。注浆终压不超过0.2MPa；
拱顶加固层的水泥浆水灰比控制在1:1左右，水泥浆密度约为1.5g/cm3左右，GT浆液密度控制在1.2g/cm3左右；水泥浆和GT浆液的体积比控制在1:1～2:1之间，最终浆液初凝时间控制在50～70秒。注浆终压控制在0.4～0.6MPa；
中间加固层横断面上两侧的两列钻孔内注浆要求水泥浆水灰比控制在1:1左右，水泥浆密度约为1.5g/cm3左右，GT浆液密度控制在1.2g/cm3左右，水泥浆和GT浆液的体积比控制在1:1～2:1之间，最终浆液初凝时间控制在50～70秒，注浆终压控制在0.6～1.0Mpa；除两侧钻孔外的内部钻孔内注浆选用水泥单液浆，水泥标号为P.O 42.5R，水泥浆密度控制在1.7g/cm3左右注浆终压控制在1.0-1.2MPa之间。
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