砂層短導管固砂劑加固技術

摘要：砂層短導管固砂劑加固技術的施工工藝較特殊，因此在富水砂質地層淺埋暗挖隧道施工中常被使用，本文以沈陽地鐵暗挖隧道為例，針對短導管所要解決的技術問題、施工的技術方案和具體的實施方式進行了探討與研究。

關鍵詞：地鐵 暗挖隧道 砂層 短導管 固砂劑 注漿 加固施工

1 工程概況

沈陽地鐵一號線一期工程第一合同段張～沈區間屬雙線雙洞隧道，其右線和左線長度分別為1214.40m和1205.18m。進行隧道施工時需運用暗挖法，復合襯砌，斷面為馬蹄狀，平均埋深16.580m的隧道結構底，“V”型坡的線路，13m長的線間距。注漿采用超前小導管進行，通過網噴及格柵鋼架完成初期支護，能噴射300mm厚度的混凝土，二襯利用C30S8的300mm厚度的防水混凝土。張～沈區間所有的暗挖隧道斷面都在砂層中，粘土層的遂底，較大的滯水存在于粘土層和砂層之間。此類地質較差，掌子面不穩定，塌方隨時都可能發生，塌方事故一旦發生，短時間內會引發大面積的塌漏，嚴重時會對路面結構帶來破壞，影響行車。“砂層短導管固砂劑加固技術”被應用于張～沈區間的地鐵隧道暗挖施工，多種砂質地層暗挖隧道施工的難題得以解決，如拱腳流砂、拱頂掉砂和隧道塌方等，同時這項施工可作為以后此類施工的借鑒。

2 施工工藝

2.1 短導管加工制作

通過切割機將φ42小導管切割成1.5m的長短導管，注漿孔可采用縱向間距為10cm的短導管上的梅花型鉆孔。短導管一端制作成三角錐形，利用棉紗將錐形部位填塞密實。

2.2 小導管設計

小導管外插角為15°，將兩根Ф42鎖腳錨管設置于拱處的兩側。按照地質狀況，通過上述角度進行小導管施工，加固巖體，使地層穩定。

2.2.1 各小導管均有1.0m的縱向間距和1.5m的長度，前后兩環間縱向搭接長度應長于0.5m；環間交錯布置；小導管環向間距0.3m，15°的外插角，使用Ф42熱軋無縫鋼管加工制作而成，3.0mm的壁厚，將漿孔鉆注在小導管前端，布置成梅花狀，6mm的孔徑，10cm的孔間距，錐形的小導管前端，尾部不鉆孔，但要預留止漿段，長度大于30cm。

2.2.2 小導管采用固砂劑作為注漿材料和約為0.5～1.2Mpa的注漿工作壓力，固砂劑和水的配合比為1:4。

2.3 現場原位注入試驗

因注漿工程和地下工程包含很多不可知因素，進行施工時，為確保較可靠的注漿效果，現場原位注入試驗應在施工前進行。凝膠時間、漿液配比、注入的速度、壓力及工法，等均屬對注漿效果產生影響的因素。試驗的目地是檢驗最初單位注入量是否適宜。試驗時，將3個注漿孔布置為等邊三角形狀，重復3、4遍，以確定各區效果的差異。

經注漿試驗，確認了巖體的強度及滲透性的效果，現場滲水試驗得到了滲透系數的方法，并對巖體的滲透性進行了確認，利用開挖進行塊狀取樣，最后對室內強度做試驗。

進行試驗時，按照確認的注漿效果對注漿參數進行適度調整后可作為施工注漿參數，經現場試驗，得出固砂劑和水的最佳配合比為:1:4。

2.4 短導管安裝及噴射混凝土施工

完成格柵架立的安裝后對短導管進行插打，插打短導管通過高壓風槍吹孔。短導管采用約為15°的外插角度，每兩根短導管間有30cm環向距離。在鋼格柵上采用紅色油漆標注定位短導管，再在相應的位置使用高壓風槍吹孔，利用風鎬頂進插入后的短導管，管口外漏約5cm。混凝土噴射施工時，先用棉紗對短導管管口進行封堵，避免混凝土進入短導管造成導管堵塞對注漿效果產生影響。初支鋼格柵噴射混凝土的施工，一定要確保噴混凝土無縫隙及孔洞，且使其內實外平。噴射混凝土時在整個上臺階全部封閉拱部低于格柵30cm處的掌子面范圍，避免固砂劑漿液注入時竄孔跑漿，使注漿效果不佳。

2.5 漿液制作

依照掌子面巖層情況，對固砂劑漿液配比進行嚴格控制，固砂劑漿液配制器具由技術及試驗人員制定。對固砂劑進料質量需現場驗收，以實驗數據為依據進行固砂劑注漿漿液的配制。沈陽地鐵張～沈區間按照施工現場圍巖的實際狀況，通過試驗將1:4的比例作為注入固砂劑漿液的配置比例。現場加工制作注漿器具，并利用高壓風吹進。以下是這一施工工藝的優點：①便于操作且有很強的實用性；②易控制注漿量，根據規范操作員可直接對注漿量進行控制；③注漿漿液的利用率高。

2.6 短導管注漿施工

利用高壓風吹進的方式進行注漿，確保0.5～1.2MPa的風壓，自行加工制作注漿器具，鋼筋、鋼板、鋼管和風閥等可作為材料。注漿容器注漿設備及漿液盛放容器的體積是7.5L。

進行注漿的過程中，作業面和注漿器具保持10～15m的距離，避免對注漿效果造成影響。多次試驗表明，采用1：4的固砂劑和水的配比最為適宜。注漿步驟為：先將閥門1打開，將固砂劑漿液放入后將閥門關閉1，再依次將閥門3和閥門2打開，完成注漿后將閥門2、3關閉，將閥門4打開使殘余氣體排凈。然后上一環節重復進行，繼續注漿。完成注漿后約25～30min即可開挖施工。

3 相關措施

3.1 注漿施工開始時，為確定適宜的注漿參數值，先進行注漿試驗。

3.2 隧道施工需做到“強支護、短進尺”，為抵抗土側壓力，隧道閉掌子面需留出充足的核心土。

3.3 對注漿施工時的漿液的注入高壓風壓力進行嚴格的控制。注漿記錄表主要對注入漿液配比值、漿液消耗量和注漿時間等數據進行記錄，必須由專人填寫，且應逐級填寫，將漿液配比、注漿時間和注漿量繪成線性關系圖，記錄好過程中的狀況和處理步驟，以作為順利實施后續注漿的參考及依據。

3.4 進行施工時，需按照注漿效果和圍巖實際狀況對短導管注漿參數進行及時的調整。若有必要，可將小導管環向和縱向的間距加密，對注漿材料做出調整。

3.5 注漿效果:拱部在開挖后基本不出現坍塌和滲漏。施工時需保證注漿效果良好，避免涌泥或涌砂。

3.6 單孔注漿量必須多于每孔平均注漿量的80%，若比偏差大，則及時補管注漿。

3.7 對小導管搭接范圍內的注漿效果進行檢查，尤其是出現疑點的和注漿量較少的注漿孔，檢查記錄需仔細填寫。

3.8 開挖時觀察注漿效果，對測量數據做分析，及時處理出現的問題。

3.9 為避免注漿時出現人員傷亡，注漿前確保接頭、管路和機具牢固。

4 結論與思考

4.1 關于砂層淺埋暗挖隧道施工

砂質地層的施工不宜盲目冒進，必須堅持“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的原則。此外，易出現流砂的側墻和隧道拱部坍塌部位，開挖前需進行超前小導管注漿加固地層施工，短導管施工需根據施工放樣方位進行，且必須依照試驗數據和設計進行超前短導管注漿施工注漿施工，完成并待其凝固后再進尺，使初支噴射混凝土短時間內封閉成環。

4.2 張～沈區間隧道穿越中粗砂層和粉質粘土，側墻和拱部運用超前短導管固砂劑加固技術進行超前預加固圍巖，施工效果好，且和注水泥-水玻璃雙液漿相比，短導管注固砂劑漿液更簡便易行、省時省料，對砂層淺埋暗挖隧道超前小導管注入固砂劑加固圍巖地層施工，其可作為一個成功實例。