全斷面注漿止水大斷面暗挖技術

魏健鵬 金 奕 朱占穩 丁志堅 朱 偉 李笑男

(北京城建集團有限責任公司 北京 100088)

1 工程概況

1.1 工程總體概況

北京地鐵亦莊線起于三環外宋家莊，穿越四環路、五環路及京津塘高速公路到達京津城際鐵路亦莊站，并向北下穿正在運營的京津高速公路，到達臺湖車輛段，全長23.2 km，是一條聯系市中心地區和亦莊新城的軌道交通線路。圖1表示本工程在全線中的位置。

圖1 本暗挖段在全線的位置

亦莊線下穿京津高速公路暗挖工程左、右線，從亦莊火車站后開始以垂直于京津城際鐵路方向前行，起止里程為右 K22+947.025 ～ 右 K23+069.000，全長121.975 m。

為保證計劃工期的實現，在京津高速兩端各設置一座施工豎井，相向開挖，圖2是暗挖工程的平面。

圖2 暗挖工程平面

暗挖隧道起止里程為右K22+963.728～右K23+060.000，長96.272 m，線路在此處設置交叉渡線，隧道采用單洞大斷面形式，斷面尺寸為寬 12.7 m，高9.471 m。設計初期支護厚度350 mm，采用雙側壁導洞法分6導洞進行施工;設計二襯底板結構厚度650 mm，墻頂結構厚度600 mm，完成后結構凈空寬10.8 m，高7.435 m(見圖 3)。

1.2 工程水文地質情況

1.2.1 地質情況

本工程暗挖結構拱頂主要位于粉細砂③層，側墻及仰拱主要位于粉質黏土④層，粉細砂④3層局部侵入仰拱，暗挖作業易發生拱頂坍塌及仰拱涌水。地質情況如圖4所示。

1.2.2 水文情況

此項目位于北京東部的通州臺湖地區，地下水十分豐富，施工場區分布有4層地下水，類型分別為上層滯水(1)、潛水(2)、承壓水(3)和承壓水(4)，對于施工產生影響的主要是前3種。

暗挖初襯結構頂部埋深距自然地面6.1 m(距高速路面8.3 m)，底板埋深距自然地面為15.5 m(距高速路面17.7 m)。底板下部距承壓水(3)很近，平均只有300 mm，局部已進入粉細砂層，如圖5所示。

圖5 水文地質縱剖面

2 工程控制的重點及難點

暗挖施工重點控制的是初襯開挖的安全，而對地下水的控制、實現無水開挖就成了重中之重。隧道下穿京津高速路，不具備路面打設降水井的條件。同時，在十分不利的地質條件下，進行交叉渡線的單洞大斷面暗挖施工，并保證沉降量在可控范圍內是施工的難點。因此，止水效果和路面沉降的控制是工程施工管理的重點和難點。

3 全斷面注漿止水施工

全斷面超前預注漿止水施工工藝是在整個斷面上布孔，通過注漿形成截水帷幕，并加固周圍巖體，創造穩定可靠的施工環境［1］。

3.1 施工機械設備

3.1.1 鉆孔設備

鉆孔施工采用ZDY-1500型鉆機，是動力頭式全液壓分體式鉆機，具有輕便、容易操作等特點。

3.1.2 注漿設備

注漿設備采用KBY-50/70型雙液注漿泵，為單缸雙液往復式。該注漿泵壓力、流量可以在泵的運轉過程中任意調節，且體積小、重量輕、操作簡單。

3.2 注漿材料選擇

TGRM超細水泥作為注漿材料在注漿工程和市政工程中大量采用，是專為地下工程注漿施工而發明的。

前進式深孔注漿工藝由于其TGRM超細水泥漿液的獨特性，特別適合城市隧道下穿既有構筑物的超前止水加固施工。TGRM超細水泥注漿材料的特點見表1。

表1 注漿材料性能對比

由于隧道開挖時對街道地面下沉控制的嚴格要求，注漿材料采用TGRM超細水泥基特種灌漿料，具有超細性、耐久性、微膨脹性、抗分散性、早強性等特點，與其他漿液相比有許多優勢，如表1所示。

通過對各項性能的比較，從漿液凝結時間、凝固后的強度、膨脹性能等方面考慮，TGRM超細水泥漿比較適合于本工程的粉質黏土和粉細砂層。

3.3 施工工藝

前進式分段注漿工藝具體過程是:首先采用鉆機成孔，先進行內圈鉆孔，后進行外圈鉆孔，間隔鉆孔即跳孔施工。鉆孔深度為12 m，開挖10 m，留2 m作為下一循環施工的止漿巖盤。鉆孔直徑80 mm，成孔后穿入直徑60 mm的袖閥管，每隔300 mm打一圈小孔，并用橡皮套將孔口封住，橡皮套在鉆孔灌漿過程中起到逆止閥門的作用［2］。將袖閥管安放好后，進行前進注漿工作。從孔口開始，由外向內進行注漿，即插入一根直徑40 mm的注漿鋼管，在鋼管前端1 m范圍內打小孔，設置前后兩個止漿塞(見圖6)，將漿液限定在注漿區域的任一段范圍內進行灌注，達到分段注漿的目的［3］。注漿時靠注漿壓力將袖閥管孔口的橡皮套沖開使漿液擴散到外圍土體，每次前進1 m，當壓力穩定達到終壓的0.3～0.6 MPa后，繼續前進注漿……，如此循環，直到注漿深度達到設計要求。

圖6 止漿塞

注漿孔打設方式及前進式分段注漿工藝如圖7～圖8所示。

注漿管布設間距為1.5 m，采用梅花形布設，每個注漿孔的擴散半徑為800 mm，達到孔與孔之間的咬合，注漿范圍及加密注漿如圖9所示。

針對砂層進行加密注漿，采用20 mm的PVC塑料管，塑料管需提前打好小孔，注入的漿液是水泥水玻璃雙液漿，漿液配比為水∶水泥∶水玻璃=0.8∶1∶1。這種漿液與粉細砂結合得比較緊密，它的主要作用還是固化砂層，防止開挖過程中流砂現象的發生。

3.3.1 鉆孔施工

鉆孔施工前必須封閉掌子面，防止在注漿時漏漿。施工鉆孔在掌子面范圍內進行布設，根據漿液擴散范圍確定其角度及長度。馬頭門及洞內施工如圖10～圖11所示。

1)施工順序:在鉆孔施工過程中，先進行內圈鉆孔施工，后進行外圈鉆孔施工，間隔鉆孔。

2)鉆孔施工工藝流程，如圖12所示。鉆機就位后，利用垂球結合水平尺，檢查鉆機水平及鉆桿垂直度［4］。

圖12 前進式注漿工藝中的鉆孔施作流程

3.3.2 注漿施工

1)注漿施工參數。注漿施工參數要根據地層實際情況進行試驗確認，并在現場施工中不斷完善調整，注漿過程中結合注漿壓力變化情況，現場動態調整優化注漿參數。根據以往工程經驗，結合粉細砂、粉質黏土地層特性，預設定注漿參數如表2所示。

表2 注漿參數

2)注漿施工工藝流程，如圖13所示。

圖13 前進式注漿工藝中的灌漿施作流程

3.3.3 注漿施工常見問題及對策

注漿過程中容易產生孔間串漿、注漿壓力長時間不上升以及注漿引起地表隆起等問題，依據如下預案處理這些問題［5］。

1)孔間串漿。出現串漿問題時，首先調整注漿參數，適當減少注漿壓力和速度，或者采取間歇注漿及進行跳孔注漿作業。

2)注漿壓力長時間不上升。可以采取調整漿液材料配比、添加水玻璃等化學劑，縮短凝膠時間。

3)施工區域地表隆起。首先要加強高速公路的監測和觀察，防止發生路面的隆起變形，一旦出現，立即停止施工，評價地表隆起對道路安全有無影響，再適當調整注漿參數。

3.3.4 全斷面注漿的效果

圖14 注漿效果(形成的漿脈)

通過調整注漿壓力及采取砂層加密等一系列措施，使全斷面注漿達到良好的效果，在砂層中形成漿脈，如圖14所示。在各導洞施工中基本做到無水作業，為安全施工初襯創造了條件［6］。1#導洞、2#導洞洞通效果如圖15、圖16所示。

4 地面補償注漿施工

受高速公路路基沉降不穩定，地下水補給豐富、路基受重載及動載作用頻繁等不利因素的綜合影響，暗挖施工實際沉降值必然大于理論計算值。為了降低這幾個因素對沉降量的影響，通過研究論證，制定高速公路兩側坡腳的補償注漿措施。即在全斷面注漿的同時，在 K22+959.621 ～K22+963.621 和 K23+018.00～K23+014.00段道路兩側4 m邊坡腳位置設注漿孔，向高速公路路床結構下基礎土層注水泥漿。注漿孔布設位置如圖17、圖18所示。

圖17 高速公路兩側邊坡下腳注漿孔平面布置

坡腳注漿的原理與全斷面注漿一樣，漿液變成了普通水泥漿，采用調整角度的方式以確保加固范圍。通過注漿，使高速公路基礎3.5～6 m土層得到加固，能有效延緩路基下天然地基壓縮變形的發展、阻隔地下水的補給，形成一個2.5 m左右厚的水泥漿固化的土層整體板塊，使路面整體沉降得到控制。

圖18 F注漿孔注漿剖面

5 沉降監測情況

沉降控制是本次施工控制的重點，分別在高速路的中央隔離帶、主路路面、兩側應急停車帶布設了6排施工監測點，采用精密水準儀對路面的沉降進行監測，監測點布置如圖19所示。

圖19 高速監測布點

監測的時程曲線圖中折線位置說明了補償注漿對路面的抬升效果，如圖20所示。在初襯6個導洞全部洞通后，沉降趨于穩定，從后續二襯施工的監測數據來看，沉降量沒有明顯變化，這與初襯結構的穩定以及全斷面注漿、補償注漿的效果密不可分。

圖20 監測時程曲線

6 結語

通過本工程實踐證明:暗挖隧道全斷面注漿施工技術具有分序、分段、定深、定量、間歇、重復灌注等特點［7］，在含水砂層等惡劣地質條件下，有明顯的適用性。

1)采取全斷面注漿止水施工，避免了因降低地下水對于高速公路路基的影響，而地面補償注漿又對局部沉降量大的位置進行了抬升與調整，使路面平順，將施工對道路及群眾出行的影響降低到最小，確保了施工期間京津高速的正常運行。

2)全斷面注漿止水施工，對初襯周邊土體有固化作用，止水效果明顯，確保了導洞開挖及初襯格柵施工在無水的條件下進行，有利于初襯施工質量控制，同時，有效地避免了洞內流水、流砂、塌方等事故的發生，保證了工程質量，確保了施工安全。

［1］王全勝，李治國.圓梁山隧道全斷面注漿技術［J］.鐵道建筑，2004(8):47-50.

［2］龔曉南.地基處理手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，2008.

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［4］楊書江.袖閥管法注漿加固地層施工［J］.鐵道建筑技術，2004(2):23-25.

［5］楊佳偉，曹磊，帥慧敏.注漿地基施工質量控制與常見質量問題的防治［J］.山西建筑，2006(2):142-143.

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