地鐵暗挖隧道工程中的深孔注漿施工技術(shù)

趙宏達(dá)

（中鐵二十三局集團(tuán)第二工程有限公司，北京 102600）

1 引言

地下水的治理是地鐵建設(shè)中的重難點(diǎn)內(nèi)容，在地鐵暗挖隧道工程中，常采用深孔注漿施工技術(shù)，其特點(diǎn)在于可有效止水，減小現(xiàn)場(chǎng)地下水對(duì)施工的影響，營造安全的暗挖隧道施工環(huán)境。實(shí)踐表明，深孔注漿施工技術(shù)在改善施工條件、保證施工質(zhì)量等方面均有突出的優(yōu)勢(shì)，是地鐵暗挖隧道工程中的重要技術(shù)形式，有必要加強(qiáng)技術(shù)探討，把握應(yīng)用要點(diǎn)，以便充分發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

2 TGRM深孔注漿的原理與應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

TGRM是基于特殊注漿材料進(jìn)行注漿的工藝形式，被廣泛應(yīng)用于地下注漿施工中，例如，城市隧道下穿道路、管線等工程。隧道開挖具有一定的破壞性，加上城市已建設(shè)的設(shè)施類型豐富、數(shù)量多，開挖可能對(duì)道路和管線造成影響，需采取控制措施，以免既有設(shè)施異常下沉，在此施工要求下，可采用TGRM水泥基特種灌漿料，用于維持地表的穩(wěn)定性，規(guī)避異常狀況。TGRM水泥基特種灌漿料兼具以下多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)：

1）耐久性：以無機(jī)的硫鋁酸鹽水泥為主要成分，按比例摻入多類特種外加劑，拌制后的漿液可取得突出的加固效果，通?？蓾M足工程10年的使用壽命要求。

2）早強(qiáng)性：按照1∶1的水灰比制備漿液后，2 h的強(qiáng)度可提升至2 MPa，24 h超10 MPa，注漿后可在短時(shí)間內(nèi)顯現(xiàn)出效果，得益于材料的早強(qiáng)特性，中途無須等待過長(zhǎng)的時(shí)間即可安排開挖作業(yè)，提高了施工效率。

3）微膨脹性：以注入地層固化施工為例，漿液產(chǎn)生的漿塊有1%～2%的膨脹率，通過此類漿液的應(yīng)用，可填補(bǔ)因土體擾動(dòng)而引起的地表下沉，有利于維持地表穩(wěn)定性。

4）抗分散性：漿液制備時(shí)摻入適量的絮凝劑，使?jié){液具有抗分散性，優(yōu)勢(shì)在于抵御地下水對(duì)漿液的沖擊，以免漿液被沖散。由于漿液具有抗分散性，可有效控制注漿范圍，減少不必要的漿液浪費(fèi)量，并且在地下水流動(dòng)較強(qiáng)的區(qū)域具有更突出的應(yīng)用效果[1]。

3 項(xiàng)目概述

某軌道交通工程，雙線全長(zhǎng)1 338 m，其中，某區(qū)段為上軟下硬地層，拱頂穿越富水砂礫層和中砂層；掌子面以富水砂層居多，區(qū)間多次近距離穿越所在城市的重要建（構(gòu)）筑物，施工的擾動(dòng)性較強(qiáng)，可能會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成干擾，因此，加強(qiáng)防控至關(guān)重要。中砂層、砂礫層以石英質(zhì)為主，級(jí)配良好，分選性差，在動(dòng)水作用下可能發(fā)生軟化，缺乏足夠的自穩(wěn)能力，嚴(yán)重時(shí)有坍塌的可能。

4 工程施工的重難點(diǎn)

1）現(xiàn)場(chǎng)勘察結(jié)果顯示，在左線拱頂周邊有雨水箱涵，此設(shè)施建設(shè)年代久遠(yuǎn)，由于雨水的沖刷作用，導(dǎo)致底部的砂墊層受損，顯現(xiàn)出大量的水囊、空洞。此外，箱涵常年水量較多，是隧道水源的重要補(bǔ)給形式，在高水量的狀態(tài)下，極易威脅隧道的施工安全。

2）隧道周邊分布居民區(qū)，且以高密度的高層建筑居多，此條件下難以開展地面降水工作，為滿足工程對(duì)水處理的要求，需采取超前注漿止水、洞內(nèi)引排的方法。

3）隧道斜穿越φ500 mm次高壓燃?xì)夤?，為保證該燃?xì)夤艿恼Ｊ褂茫仨毤訌?qiáng)控制，最大限度地減小沉降量。

5 深孔注漿施工技術(shù)的應(yīng)用

5.1 注漿準(zhǔn)備

1）梳理施工條件。加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，確定施工范圍內(nèi)的地質(zhì)條件和水文條件，同時(shí)關(guān)注周邊的建設(shè)狀況，例如，已建設(shè)的建（構(gòu)）筑物和管線，把握好隧道施工與周邊設(shè)施的位置關(guān)系；關(guān)注工程在工期和造價(jià)兩方面的要求，以便合理規(guī)劃注漿作業(yè)。

2）漿液注入方法的選擇。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地層條件采取合適的漿液注入方法：中粗砂層以滲透擴(kuò)散的方法為宜，材料選用超細(xì)水泥-水玻璃雙液漿；動(dòng)水粉細(xì)砂層溶洞以劈裂擴(kuò)散的方法為宜，漿液選用6種共混材料；斷層破碎帶以裂隙填充的方法為宜，材料選用普通水泥-水玻璃雙液漿；粉細(xì)砂層局部空洞的處理則以擠壓填充的方法為宜，材料選用普通水泥單液漿。

5.2 深孔注漿設(shè)計(jì)

5.2.1 基礎(chǔ)參數(shù)

1）凝膠時(shí)間：根據(jù)材料的類型而定，單液漿不超過8 h，雙液漿30 s～3 min。

2）單孔單段注漿量：結(jié)合工程參數(shù)，借助相關(guān)公式計(jì)算而得。

3）分段長(zhǎng)度：以前進(jìn)式分段注漿的方法為例，每段不超過5 m。

4）注漿終壓：水壓穩(wěn)定在0.2～0.4 MPa。

5）注漿速度：根據(jù)地質(zhì)條件動(dòng)態(tài)控制，砂層、粉質(zhì)黏性土20～40 L/min；斷層破碎帶60～120 L/min；砂礫石40～60 L/min。

各項(xiàng)注漿參數(shù)的合理設(shè)定是取得良好注漿效果的重要前提，需要以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法確定，并結(jié)合施工條件靈活優(yōu)化，保證注漿參數(shù)的可行性。在本工程中，主要考慮的是現(xiàn)場(chǎng)砂層和粉質(zhì)黏土層，確定適宜的注漿參數(shù)，具體見表1。

5.2.2 深孔注漿工藝

以前進(jìn)式分段的方式注漿，基本流程為：在指定點(diǎn)位用水平地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，然后將配套的孔口管安裝至孔內(nèi)，以分段的方法有序向前鉆注施工，最終完成整個(gè)深孔注漿作業(yè)。單個(gè)循環(huán)進(jìn)尺為2～3 m，鉆孔到位后先將鉆桿退出，再完成法蘭盤和注漿管的安裝作業(yè)，注漿后，加強(qiáng)對(duì)漿液狀態(tài)的觀察，若其凝固則拆除法蘭盤，再按照前述提及的流程鉆孔，重復(fù)作業(yè)，直至鉆進(jìn)深度達(dá)到要求為止。

5.2.3 注漿設(shè)備

ZDK-5水平工程地質(zhì)分體式液壓鉆機(jī)，此設(shè)備的靈活性較強(qiáng)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件適當(dāng)傾斜和偏移角度，以便高效注漿。

5.3 施工方法

5.3.1 注漿范圍的設(shè)定

每循環(huán)施作長(zhǎng)度12 m，開挖量10 m，剩余2 m暫不做開挖處理，作為下一循環(huán)的止?jié){巖盤。

5.3.2 鉆孔、注漿

鉆孔前，以噴射混凝土的方法封閉掌子面，形成穩(wěn)定的止?jié){墻，避免注漿期間出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。鉆孔和注漿的作業(yè)要點(diǎn)如下。

1）鉆進(jìn)成孔：以設(shè)計(jì)圖紙為準(zhǔn)，確定孔口的具體位置，做好標(biāo)記。孔位偏差≤20 mm，鉆孔角度偏差≤1°。鉆孔前做好技術(shù)交底，使司鉆人員掌握作業(yè)要求和具體方法，以便后續(xù)順利鉆孔。嚴(yán)格控制鉆桿深度，以慢速的狀態(tài)鉆進(jìn)，保證鉆進(jìn)深度的合理性[2]。鉆孔期間加強(qiáng)觀察，若有大量溢水的現(xiàn)象，暫停鉆進(jìn)，查明原因，制定可行的處理方法，待現(xiàn)場(chǎng)異常狀況得到處理后，方可恢復(fù)鉆進(jìn)。

2）提升鉆桿：以勻速的狀態(tài)提升鉆桿，每次回退量≤20 cm；鉆桿在鉆進(jìn)期間附著一定量的渣土，因此，回退出孔后及時(shí)清理鉆桿，以便后續(xù)繼續(xù)投入使用。

3）漿液配制：以試驗(yàn)確定的配合比為準(zhǔn)，精準(zhǔn)稱量各類質(zhì)量達(dá)標(biāo)的原材料，充分拌和，得到滿足注漿要求的漿液。為充分發(fā)揮出漿液的性能優(yōu)勢(shì)，盡可能隨拌隨用。

4）正式注漿：注漿壓力0.15～0.75 MPa，具體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況靈活調(diào)節(jié)，同時(shí)注漿作業(yè)人員加強(qiáng)對(duì)每孔注漿量、注漿壓力等參數(shù)的控制。若注漿時(shí)出現(xiàn)注漿壓力異常波動(dòng)（升高或降低）的情況，暫停注漿，分析原因，采取調(diào)節(jié)注漿參數(shù)、移位等相關(guān)處理方法，待現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)正常施工狀態(tài)后，方可繼續(xù)注漿。

5.4 注漿期間可能出現(xiàn)的異常狀況及其處理措施

5.4.1 冒漿

注漿時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員加強(qiáng)對(duì)地表和相鄰管線的觀察，判斷隨著注漿進(jìn)程的推進(jìn)地層是否存在異常變化。例如，遇局部冒漿現(xiàn)象時(shí)，及時(shí)對(duì)該處做堵塞處理，以免漿液繼續(xù)冒出，必要時(shí)調(diào)整為間歇注漿的方法，使?jié){液被有效注入地層內(nèi)。

5.4.2 注漿壓力異常波動(dòng)

注漿壓力是注漿過程中的重點(diǎn)控制指標(biāo)，若該值異常偏高或偏低均會(huì)影響注漿效果。注漿壓力偏高時(shí)，可能是管路堵塞所致，需及時(shí)檢查管路，若有堵塞則予以疏通；注漿壓力偏低時(shí)，可能是管路漏漿所致，需要及時(shí)修復(fù)，使管路恢復(fù)嚴(yán)密狀態(tài)。注漿期間動(dòng)態(tài)控制注漿壓力，注漿接近尾聲時(shí)，終壓不可超過設(shè)定值。

5.4.3 凝膠時(shí)間變化

凝膠時(shí)間主要以現(xiàn)場(chǎng)加固土體的特性為參考合理調(diào)整。地層含水量偏高時(shí)，由于水的干擾，注入的漿液可能被稀釋，因此，需縮短凝膠時(shí)間；地層含水量偏低時(shí)，可適當(dāng)延長(zhǎng)凝膠時(shí)間，以保證漿液有足夠的擴(kuò)散范圍，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定區(qū)域的加固處理。凝膠時(shí)間的調(diào)節(jié)主要以原材料比例優(yōu)化的途徑實(shí)現(xiàn)，根據(jù)規(guī)律，在水泥漿比例較高時(shí)漿液的凝膠時(shí)間相對(duì)較短。

5.4.4 注漿量調(diào)整

為控制地層的注漿量，宜采取隔孔注入的方法，避免相鄰注漿孔彼此造成影響，且后注孔的漿液還能在一定程度上補(bǔ)充先注孔，使各孔的漿液均具有飽滿性，進(jìn)而全面加固土體。

5.5 深孔注漿效果分析

深孔注漿結(jié)束后，以鉆芯取樣的方法測(cè)定抗壓強(qiáng)度，只有在實(shí)測(cè)強(qiáng)度達(dá)到1.5 MPa后方可安排隧道開挖作業(yè)，否則需補(bǔ)注漿并再次檢驗(yàn)，直至檢測(cè)結(jié)果滿足要求為止。

在本工程的施工中，對(duì)注漿后的施工情況做了全面的檢查，掌子面未見滲漏水現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)土體經(jīng)過加固后其強(qiáng)度大幅提高，可避免原始狀態(tài)下軟弱、承載力不足的問題。在TGRM注漿的方式下，順利通過填石層、富水砂層，也安全通過水塔、次高壓燃?xì)夤艿燃扔性O(shè)施，現(xiàn)場(chǎng)施工狀態(tài)良好，無安全事故，保證了既有設(shè)施的正常使用，總體來看，施工安全性較好、施工質(zhì)量和施工進(jìn)度滿足要求，具有突出的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

6 結(jié)語

綜上所述，地下水的治理是地鐵安全隧道工程中的重點(diǎn)內(nèi)容，在此方面，深孔注漿施工技術(shù)具有代表性，通過該項(xiàng)技術(shù)的合理應(yīng)用，可有效加固土體，減小地下水對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的不良影響。經(jīng)過本文有關(guān)于工程實(shí)例的分析，提出深孔注漿施工技術(shù)的具體應(yīng)用要點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)結(jié)果表明該項(xiàng)施工技術(shù)具有良好的應(yīng)用效果。