北京地鐵蘇州街站細砂地層暗挖施工超前支護

張大牛

1 工程簡介

蘇州街站位于北京市海淀區海淀南路與蘇州街交匯處，車站主體東西長195 m，南北(雙層段)寬26.7 m。車站采用暗挖施工法施工。施工必須保證上部交通正常運行。

蘇州街站的地質條件比較復雜，上部雜填土層較薄，下部依次為:粉土層、細砂層、粉砂層、中砂及卵石層等。水位較高，埋深4 m～7 m，為臺地潛水，該層地下水受到的影響因素很多，在車站范圍內分布不連續，對施工很不利，易產生流砂、塌方等現象，從而要求施工中必須對地層進行預加固處理。努力將地表沉降控制在30 mm以內;施工時必須嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的十八字方針，確保工程質量和施工安全。

2 加固方案

蘇州街站主體地段開挖前采用小管棚注漿預加固處理。布設φ 32 mm水煤氣管超注漿小管棚，壁厚3.25 mm，管長3.0 m，環向間距0.3 m，縱向間距1.0 m，外插角 10°～15°，注改性水玻璃加固處理。開挖后掛鋼筋網初噴封閉加固，鋼筋網為:φ 8 mm@150mm，噴層厚度50 mm～100 mm。最后架立格柵鋼架噴射混凝土支護。

3 施工情況簡介

3.1 小導管施工

1)注漿小導管加工。根據蘇州街站的設計要求，小導管材料選用φ 32 mm無縫鋼管(壁厚3.25 mm)，先將鋼管截成3.0 m的長度再進行加工。具體做法是:首先，注漿管的頭部用砂輪無齒鋸切成鋸齒形，接著采用焊機將其加工成150 mm的錐體尖頭，以便于打入到細砂地層中去。其次，注漿管的尾部采用φ 6 mm的鋼筋成環加固，以防止在小導管打入地層中，尾部受力開裂或變形從而影響注漿管的注漿施工。再次，注漿管管身鉆φ 8 mm的導漿孔，導漿孔環向間距25 mm，縱向間距100 mm，梅花形布置，以便于漿液擴散到周圍被加固地層中去，保證注漿效果。但是在小導管施工過程中，由于北京特殊的地質條件，砂質地層中石卵較多，粒徑較大，使得3.0 m的注漿管很難施工，需要采用后推力大的風槍等設備鉆孔，且對周邊圍巖擾動較大，導致局部塌方頻繁，嚴重影響工程進度。因此在北京地鐵蘇州街站施工中，征得設計方允許，將注漿管的布設參數作了修改，將原來的縱向間距1.0 m改為0.5 m，將小導管的長度從3.0 m改為 2.0 m，從而大大的改善了小導管施工難度，減少了對周圍地層的擾動，很好的防止了塌方事故的發生。

2)注漿管施工。由于直接將注漿管用風鎬或大錘打入到開外巖體內，將會產生很大的振動，對圍巖穩定性不好，蘇州街在注漿管的安設中采用引孔頂入法施工。其安設步驟為:

a.沿開挖輪廓線標識布設導管的位置，見圖1。將高壓空氣接入直徑20 mm的鋼管，采用吹孔法成孔，孔徑約為50 mm，孔深1.7 m。b.插入注漿管，如果插入還有困難，需采用大錘或風鎬輔助將注漿頂入到巖層中，直到設計深度。c.用吹風管將注漿管內的砂石吹出，或用掏勺將注漿管內的泥土掏出，必須保證注漿管內暢通。d.用棉紗將注漿管口堵上，然后噴錨封閉注漿管周圍，保證注漿時漿液不會從掌子面上流出。e.等上述工序都完成后，即可配漿、注漿。

3.2 漿液配比

1)水玻璃的稀釋。將波美計放置在水玻璃中，然后邊加水邊觀察波美計的示數，當其達到10 Be′～20 Be′，即已經達到應用的要求。2)硫酸的稀釋。先算出所需濃硫酸的量和需加入水量，然后將濃硫酸緩慢的倒入水中，攪拌均勻。嚴禁將水倒入濃硫酸中。并用pH計(或試紙)測稀釋后溶液的pH值。用于配水玻璃的稀硫酸濃度介于10%～20%。3)改性水玻璃的配制。改性水玻璃的配制必須遵循一個原則，即在高速攪拌下，將水玻璃緩慢倒入稀硫酸中，并用pH計(或試紙)測稀釋后溶液的pH值。順序不可顛倒，否則配制失敗，原因是酸性水玻璃在pH=1～2時比較穩定，當pH值為8～9時，發生凝膠。將堿性水玻璃酸化，由于攪拌不勻或加料不準、過快都將會產生水玻璃的凝膠，影響水玻璃的可灌注性能，選用高速攪拌及噴射加料等方法配制漿液，漿液的pH值控制在1～2之間，然后用水玻璃調節溶液的pH值，以達到控制漿液凝膠時間的目的。但是根據不同的地層含水量，改性水玻璃的pH值也必須隨之變化，當地層中含水量較大時，改性水玻璃pH值要求控制在5～6之間，這樣一來，溶液的配比操作難度較大，不易配制成功，而且溶液的凝結時間很短，必須在配制前就準備好注漿設備，盡量減少溶液的待注時間。當地層中含水量很小，對改性水玻璃的pH值可控制在2～6之間，這樣一來，配比的空間大，漿液相對容易配制。當地層中有明流水時，改性水玻璃會發生不凝膠，注改性水玻璃漿液將達不到加固地層的目的。建議先降水或排水，然后注改性水玻璃漿液。

3.3 漿液的灌注

為了提高改性水玻璃在地層中的可注性，縮短注漿時間，施工中建議采用定流量、定壓力、邊注漿、邊攪拌的攪拌灌注工藝。北京地鐵蘇州街站在施工中采用KBY-50/70型注漿泵，其流量約50 L/min～70 L/min，在施工中發現，北京地層的可注性很好，地層的孔隙率很大，且基本是完全貫通的，注漿壓力過小，巖層中漿液擴散范圍太小，達不到注漿效果，開挖過程中依然坍塌，注漿壓力過大，漿液擴散太遠，造成材料浪費。根據現場經驗，注漿壓力控制在0.5 M Pa～1.0 M Pa為宜，大大的減少了注漿時間。另外，為了避免擴散到不需加固開挖區內，可通過下列計算確定每根注漿管的注漿量，從而更好地控制地層加固范圍。

計算如下:Q= ∏R2Lnα β 。

其中，Q為估算的注漿量，m3;R為漿液的擴散半徑，m;R=l/(1.6～1.7)，l為注漿管的間距，m;L為注漿管長度，m;n為地層的孔隙率;α為漿液的充填系數，一般取0.8;β為漿液的損耗系數，一般取1.1～1.2。

北京地鐵蘇州街站在施工中，采用注漿管長 L=2.0 m，注漿管的間距l=0.3 m，因此，取R=0.2 m，由于是細砂地層，其中含有大量的卵石，空隙率大，取0.3。經計算需注漿量約為 Q=0.150 m3/根，其最終成為了蘇州街站在暗挖施工中超前支護注漿量。

3.4 注漿施工工藝流程

注漿施工工藝流程見圖2。

4 結論及可改進的意見

北京地鐵十號線蘇州街站單層段在穿越細砂地層中，經過合理的控制超前小導管的長度及改性—水玻璃用量，一方面，提高了圍巖的自撐能力，改善了作業環境，保證了施工的安全進行。另一方面，由于北京地鐵蘇州街站主要采用人工風鎬開挖，采用改性—水玻璃比采用水泥漿改善地質條件更合理的控制圍巖的類別，保證安全施工的同時，為開鑿隧道便利，不至于出現開挖掘進難度大的現象，為蘇州街站按時完工爭取了很大的便利條件。就施工而言，還需對以下方面進行改進:

注漿管的布設角度:合理的布設注漿管的角度對控制隧道超欠挖方面有很重要的意義。布設角度過大，導致注漿量增大，超挖現象頻繁，增大初期支護費用。布設角度過小，為初期支護的格柵剛架安裝造成困難。因此建議在布設注漿管的角度時根據各自的初期支護設計格柵間距進行合理計算。

[1] 楊昆鵬，劉少國.地鐵隧道地層注漿預加固施工技術研究 [J].山西建筑，2008，34(29):177-178.