地铁工程地层预加固技术综合分析

■张雪晴

（沈阳理工大学）

引 言

地层预加固技术是地铁工程中的重要组成部分，以此保证围岩的稳定性，这对控制地表沉降方面有积极作用。地层预加固技术在地铁工程施工中，对围岩的稳定性会产生直接的影响，在实际使用过程中，则需要针对地形、地质状况而采取施工方法进行加固，避免塌方的情况出现。城市地铁工程建设，埋深浅、地质条件复杂、地下管线密布等对工程施工都会产生直接的影响，为控制沉降，保护现有建筑物以及地下管线不被破坏，采取有效的地层预加固技术来保证地铁工程施工的安全性、稳定性，对地铁工程建设与发展等方面有积极作用[1]。

1 地层预加固技术的适用性分析

在对地层预加固技术的实际应用进行研究与分析中，其中包含超前锚杆、超前小导管、预注浆等多种加固技术。地铁工程的施工条件不同，则地层预加固技术的应用方面也存在一定的差异[2]。其中，超前锚杆预加固技术是以悬吊、组合梁的方式进行加固。锚杆的应用操作相对比较简单，但是，如果工程地质为软土层，会因为围岩自身稳定性比较低的影响，而导致软土加固的力学性能不足的情况出现。超前小导管加固则是根据地铁工程地层的实际情况确定注浆材料以及注浆方式等。可以选择多种注浆材料，其造价相对比较低，对建筑物以及地下管线的影响相对较小。小导管注浆的适用性比较强，但是，加固范围相对比较小，注浆效果不均匀，相比之下，其可靠性比较差。高压旋喷桩预支护在加固中的应用，其质量比较高，均匀性较高，承载力比较大。水平旋喷桩在实际操作的过程中，一般长度为9m,如果是风化的破碎围岩，其成桩的概率相对较低，浆液的扩散范围比较小，加固效果会相对降低。在实际应用中，适用于淤泥、流塑、粉土、黄土、碎石土等地层。对于大粒径块石、大量植物有机质等类似场地的适用性比较差。注浆预加固则是以化学胶结作用为中心，其耗资相对比较小，施工灵活方便，加固深度方面可深可浅，应用领域相对比较广泛。注浆效果与浆液配比、注浆方法等方面有直接关系，在不同注浆材料下，可适用于各类地层。

2 地铁工程地层预加固技术的综合比较分析

2.1 棚式预支护与注浆的技术比较

大管棚、水平旋喷桩以及预切槽都属于地层预支护技术，钢管棚的整体强度比较高，耗钢量比较大，如果施工位置为富水地层，会出现管间缝隙漏水的情况[3]。预切槽拱厚比较均匀，但是，其长度优先，在软含水层中，槽孔施工难度比较高。水平旋喷桩本身强度、防渗漏等效果比较好，软地层中的应用，其土体变形的可能性会相对降低。但是，地铁施工需要在隧道内进行施工，棚式预支护结构需要预留足够的施工空间，这就会导致施工断面扩大，其扩大情况如下。

图1 管棚工作间设置

明确管棚工作空间设置下，则需要在原有隧道断面的基础上增加500mm左右，其长度需要控制在7m左右。在实际施工的过程中，地铁工程施工距离比较长，循环作业的施工风险相对降低，但是，隧道开挖扩大，后期的施工操作以及加固控制难度等也会相对增加，影响隧道管棚的整体加固作业水平。注浆加固技术在隧道加固施工中的受限影响比较小，而且，其施工难度以及施工操作流程等可实现精准控制，对隧道、拱部的地层加固控制效果比较明显。注浆加固范围可以灵活设定，可以在不同程度上改善塑性破坏区的面积与深度，在单独设置管棚时，对超前核心围岩的预收敛变形的影响并不大。因此，地层预加固技术在地铁工程中的应用则需要考虑工程长度、隧道跨度、地质情况、施工可行性等相关因素，并尝试拟定多地层预加固技术联合应用的方式，实现地层预加固技术的加固质量可以满足地铁工程地层施工的综合要求[4]。

2.2 旋喷桩与管棚的技术比较

在对水平旋喷桩超前支护与管棚超前支护的实际应用进行研究中，在纵向的梁效应作用机理与力学规律保持一致。从水平面的角度进行分析，水平旋喷桩则应该考虑地壳效应。管棚支护则是以钢管强度为中心，钢管之间无法实现有效连接，不具备整体性。所以，在对各个区域基床系数进行计算时，两者之间存在一定的差别。水平旋喷桩可以对地铁工程地层变形问题进行有效控制，但是，从工程开挖的角度进行分析，常见的地铁工程施工大多是采用暗挖法的方式进行施工，土体整体的受力状态、抗压强度系数等方面也会受到影响。水平旋喷桩在实际应用中，管壁与管径变化，对加固刚度变化会产生直接的影响。结合管棚荷载变化情况，管径越大，旋喷桩的管壁越厚，其力学强度越高。在进行研究与分析的过程中，地层预加固技术的应用可以对地层的力学结构、强度等方面进行调整，从而满足地铁工程施工的实际需求。但是，在暗挖过程中，地下含水量比较丰富，部分地段的地下管线比较多，再加上含水层的影响，地层预加固难度也会相对增加。由于管棚之间无法形成连续的固结体，地铁工程地层的防渗水效果也会受到直接的影响。水平旋喷桩在地铁工程中的实际应用，采用高压注浆的方式对土体结构进行切割，可以形成固结体，在旋喷桩之间可以形成相互咬合的帷幕结

构，其力学强度、加固效果以及防渗水性等方面也会相对提升，这也是水平旋喷桩应用于暗挖施工的主要优点。

2.3 旋喷桩加固与注浆加固技术的比较与分析

在对水平旋喷桩与注浆加固技术之间的技术工艺、差异性等方面进行研究中，两种施工方式对地铁工程地层的抗剪强度都会产生直接的影响，而且，注浆也会改变土体的物理力学结构。在注浆手段中，静压注浆的初始压力相对比较低，注浆压力会随着浆流阻力变化而变化，在高压旋喷注浆方面，其压力可以控制在35MPa左右，兵役射流切割的方式，提高地铁工程的整体加固效果。结合旋喷桩与注浆加固的应用特点，两种加固方式的对比情况如下：

（1）旋喷注浆射流会在高压的影响下，其范围受控，浆液的范围可以在地层加固需求内，而且，可以降低地铁工程地层的可变性。

（2）高压旋喷桩在实际施工中则可以实现快速、环保施工，其整体的应用成本与操作工艺等水平相对较低。但是，注浆加固的过程中，注浆工艺、注浆材料配比等方面存在一定的复杂性，而且，地质条件不同，注浆施工难度也存在一定的差异。

（3）在相同地层条件下，高压旋喷桩止水加固对地铁工程的管线、隧道产生的影响比较小，施工处理的难度相对比较高。

结合上述两种技术的对比分析，在地铁工程加固施工中，地质条件不同，所选择的地层预加固技术方面也存在一定的差异。如果砾石直径大，岩层较厚，可以根据工程的实际情况选择注浆加固施工技术进行操作。但是，部分地段的地下含水量比较丰富，采用高压旋喷桩的成桩难度会增加，可以考虑利用双液注浆的方式，控制浆液原材料选择以及浆液配比，以此实现地层止水、加固的施工目的。

3 各地层预加固技术的经济比较分析

在对地层预加固技术的经济性进行研究与分析中，为比较旋喷桩、大管棚以及注浆等技术的应用效果，则以三种技术在同一施工条件下进行分析，地层预加固技术的经济对比则是在假定同一项目的前提下，针对施工参数、施工工艺等方面进行综合分析，以此比较不同地层预加固技术的实际应用效果。本次所选加固项目的隧道拱部为180°，地层的孔隙率为41%。在利用地层预加固技术的过程中，水平旋喷桩技术的应用，将桩径为400mm，而且，环向的间距为200mm，且桩的长度为14m，单位面积下的水泥用量为162kg/㎡，施工手段以单管工艺为主。大管棚加固施工则是以直径为108mm×8mm的框架为基础，环向的间距为200mm，框架长度距离为14m，并以1:1的比例进行注浆，以地质钻的方式进行施工管理。二重双液注浆则是以“水泥+水玻璃”的方式进行注浆，在对注浆配比方面进行控制下，以此实现地层预加固技术的技术管理、经济效益分析。在对上述三种地层预加固技术的经济型进行分析中，水平旋喷桩的工程造价为5120元/m-1，大管棚的造价为6720元/m-1，二重管双液注浆为7775元/m-1，在进行综合对比与分析中，常规工艺与机械材料施工方面，水平旋喷桩的综合造价成本比较低。此外，考虑不同地层与含水情况，不同的旋喷工艺方面有一定的差异。大管棚施工需要采用不同的施工工艺进行操作，在利用注浆的方式对地铁工程地层加固方面进行控制中，则需要结合工程地质的实际情况，利用AB、AC等不同的浆液进行注浆处理，而且，在进行地层加固施工中则需要考虑不同材料的混合配比，以此满足地层加固施工在技术、经济成本等方面的需求[5]。

结 论

综上所述，通过对超前锚杆预加固、高压旋喷桩预支护、注浆预加固等技术的应用进行综合分析，结合地铁工程适用性为视角，注浆预加固的应用适用性比较高，可以满足地铁工程的加固需求。从经济的角度对地层预加固技术的差异化应用进行分析，水平旋喷桩预支护的材料成本、操作成本相对比较低，但是，其整体的工艺性比较强，使用过程中需要综合考虑与分析工程的实际需求。地层预加固技术中的注浆预加固技术施工优势相对比较明显，可考虑进行全面推广，应用于地铁工程地层加固施工中。