北京地鐵隧道施工中深孔注漿的運用

閆淑娜

（中鐵十四局集團 隧道公司，山東 濟南 250000）

在城市軌道交通的地鐵施工建設中，近年來，淺埋暗挖法運用普遍，當隧道在淺埋地段、砂土層、砂卵（礫）石層、斷層破碎帶以及大面積老舊管線淋水或涌水地段施工時，常會出現(xiàn)因開挖面圍巖失穩(wěn)，導致坍塌、冒頂或襯砌后混凝土結(jié)構(gòu)體仍然滲、漏水甚至開裂等現(xiàn)象，這不僅影響施工安全，延誤工期，費工費料，而且影響工程質(zhì)量和隧道使用年限。

隨著注漿材料、設備和注漿理論的發(fā)展，注漿工法也有了長足的發(fā)展，深孔分段式超前預注漿工藝在近期，被越來越多的復雜工程所實踐，該注漿工法的應用已成為保證隧道工程質(zhì)量和安全的經(jīng)濟而有效的一門新型技術之一。

北京地鐵6號線北海北站位于北海公園北門的西側(cè)約200m，沿地安門西大街下方呈東西向布置。暗挖主體總長258.5米，凈寬度18.3m，車站線路由小里程向大里程2‰下坡，頂拱覆土約10.6～11.1m，底板埋深約27.5～28m。

車站共設3個施工豎井與橫通道，豎井均為臨時結(jié)構(gòu)，1、2號橫通道為臨時結(jié)構(gòu)，采用上下分離式導洞，分別進洞開挖主體上下層導洞，3號橫通道為永久東端風道的半跨初支結(jié)構(gòu)。車站導洞采用礦山法施工。主體小導洞采用臺階法施工、東側(cè)風道采用CRD法施工，邊樁采用人工挖孔灌注樁法施工。北海北站平面位置見圖1。

圖1 北海北站平面位置圖

車站為標準雙層、直墻雙聯(lián)拱結(jié)構(gòu)，PBA工法、逆筑施工。結(jié)構(gòu)頂拱由鋼格柵+噴射混凝土的初期支護和模筑鋼筋混凝土的二次襯砌構(gòu)成，兩次襯砌之間設柔性防水層；PBA工法主體結(jié)構(gòu)邊樁采用人工挖孔灌注樁（φ1000@1500），此樁起支護作用兼做豎向受力樁基，承受暗挖逆筑法頂拱拱腳豎向壓力；灌注樁與結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻組成復合墻結(jié)構(gòu)，兩者間設置防水層。車站標準斷面尺寸見圖2所示。

圖2 北海北站標準斷面尺寸示意圖

車站底板坐落于卵石⑦層，局部為粉細砂⑦1層。頂板主要處于粉質(zhì)粘土③1層，局部為粉細砂③3層、粉土③層、圓礫-卵石⑤層，主體地質(zhì)詳見地質(zhì)縱剖面圖3所示。

圖3 北海北站主體地質(zhì)剖面圖

車站主體位置處實際量測4層地下水，分別為上層滯水、潛水、層間潛水和承壓水，各層地下水水位特征見表1。場區(qū)地下水主要為潛水和層間潛水。潛水靜止水位標高30.66～32.94m(水位埋深13.90～16.30m)。潛水分布在卵石⑤層、粉細砂④層中，該層水透水性好，但水量較小，主要接受側(cè)向徑流及越流補給，以側(cè)向徑流方式排泄。層間潛水靜止水位標高21.65～23.14m(水位埋深23.20～25.20m)。層間潛水主要分布在卵石⑦層、粉細砂⑦1層中，含水層主要接受側(cè)向徑流及越流補給，以側(cè)向徑流和人工開采的方式排泄。底板處于承壓水水頭下方2.5m，需降承壓水。

表1 各層地下水特征表

由于在2號井向東主體小導洞開挖過程中地質(zhì)記錄，主體結(jié)構(gòu)上方地質(zhì)情況較差，存在多處的水囊空洞區(qū)域及富水區(qū)域，為保證主體中拱開挖安全，自主體小導洞內(nèi)向中拱拱頂進行徑向深孔注漿，對中拱上方土體進行超前預加固，有效確保中拱開挖安全。

在主體小導洞施工完畢后，小導洞內(nèi)向中拱拱頂鉆孔進行深孔注漿止水加固處理，加固范圍為中拱拱頂初支輪廓外1.5m范圍內(nèi)，詳見圖4，縱向加固范圍為自賢良祠西側(cè)3m里程為 K9+691.53處到里程k10+036.53處，合計75m，詳見圖5，漿液采用水泥+水玻璃+外加劑的AB、AC化學漿，注漿壓力控制在0.5-1.5MPa。

中拱深孔注漿施工前，須在小導洞內(nèi)搭設作業(yè)平臺，采用φ48熱軋無縫鋼管搭設腳手架作業(yè)平臺，滿鋪5cm厚木板，不允許存在探頭板，防護欄不低于1.2m。其深孔注漿整個施工步序如下：

圖4 中拱拱頂土體注漿加固區(qū)橫剖面示意圖

圖5 中拱拱頂土體注漿加固區(qū)平面圖

施工現(xiàn)場為了做到文明施工，確保在鉆孔時孔中流出的水和注漿中溢出的液體有序排到地面，在小導洞底部設置排水溝，將廢水引排至豎井內(nèi)集水坑中，在集水坑中放置一臺水泵，由專人看守并及時將水抽排至地面排污管道中。

圖6 深孔注漿施工籌劃流程圖

深孔注漿的施工工藝采用的是二重管無收縮定向旋噴，就是大家近年來常說的WSS工法，其工法是一種定壓、定量、定向的地基基礎的處理工法，可用于各種類型地基基礎、巖土工程的基坑加固處理及護坡施工、各類型暗挖隧道的加固及止水、建筑物及構(gòu)筑物沉降與傾斜的定向抬高及糾偏等施工。如盾構(gòu)工程加固土壤、橋墩基礎加固、基坑護坡加固及止水、穿越河床隧道與建筑物下隧道加固及止水等是最為常見的土壤加固施工。其加固原理是注漿達到一定壓力后，在注漿孔周圍會產(chǎn)生一定大小的泡體，隨著壓力的不斷增加，在漿液泡體上方的土體會產(chǎn)生一個圓柱體，從而改良土體的物理指標；注漿是在不改變地層組成的情況下，將土層顆粒間存在的水強迫擠出，使顆粒間的空隙充滿漿液并使其固結(jié)，達到改良土層性狀的目的。針對北海北車站主體中拱工程的實際條件及地質(zhì)情況，采用洞內(nèi)的WSS工法非常適宜此地止水加固及改良地質(zhì)的作用。

本次深孔注漿加固范圍為拱頂初支輪廓以外1.5m，有效起到止水加固效果，孔位縱向水平間距為0.8m，注漿擴散半徑控制不小于0.5m，保證縱向75m加固范圍內(nèi)均有一定的注漿搭接量。

1號小導洞內(nèi)共布設3個孔位，每束孔包含1個孔，每個孔仰角分別為 60°、58°、50°，成孔深度分別為 2.38m、3.189m、4.416m，注漿深度分別為 1.827m、2.494m、2.25m；

2號小導洞內(nèi)共布設6個孔位，每束孔包含1個孔，每個孔仰角分別為 32°、38°、45°、50°、46°、41°， 成孔深度分別為 4.527、4.273m、2.814m、2.334m、3.434m、4.606m， 注漿深度分別為 1.519m、3.489m、2.245m、1.682m、3.132m、2.549m；

3號小導洞內(nèi)共布設3個孔位，每束孔包含1個孔，每個孔仰角分別為 41°、50°、57°，成孔深度分別為 4.394m、3.776、2.625m，注漿深度分別為 1.371m、2.67m、2.14m.

漿液均采用AB、AC化學漿，漿液配比根據(jù)現(xiàn)場地層情況確定，注漿壓力控制在0.5-1.5MPa。

圖7 主體中拱拱頂土體注漿孔位布置圖

圖8 二重管注漿工藝流程圖

現(xiàn)場施工采用WSS工法分段后退式注漿工藝，漿液為AB、AC化學漿。，即A液和B液的混合物。A液為稀釋后的水玻璃，B液由硫酸等化學外加劑和水組成。化學外加劑主要是調(diào)節(jié)漿液的可灌性和混合液的凝結(jié)時間，因此在施工現(xiàn)場中，外加劑的添加應根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進行適當?shù)恼{(diào)整。B液各成分放入攪拌機的順序依次為：水、化學外加劑，兩種漿液在注入之前必須攪拌均勻，并經(jīng)常檢查混合后的漿液凝固時間是否適應現(xiàn)場施工環(huán)境。AB化學漿注漿材料配比見表2，AC化學漿適用于特殊地段或迅速封孔處。

表2 注漿材料配比表

孔采用水平鉆機打設，鉆機鉆桿可360°調(diào)整角度。注漿采用二重管噴射式注漿，注漿擴散半徑0.5 m，注漿壓力保持0.5～1.5MPa，并隨時注意地層情況，因材料的廠家不同、生產(chǎn)批次不同、濃度不同，實際施工配比中漿液所用數(shù)量也不相同，需根據(jù)所要求漿液的初凝時間現(xiàn)場調(diào)配漿液注漿參數(shù)。

現(xiàn)場施工相關技術指標參數(shù)控制如下：

（1）注漿擴散直徑：R=500 mm；

（2）注漿壓力：0.5MPa～1.5MPa；

（3）入漿率：AB雙液漿約60%；

（4）初凝時間：0.5～2分鐘，為速凝注漿；

（5）鉆桿回抽幅度：約10～20 cm。

深孔注漿人員及設備配備情況見表3、表4：

表3 深孔注漿人員配備表

表4 注漿施工主要的器械表

注漿效果檢測手段如下：

（1）注漿施工結(jié)束后，通過注漿體內(nèi)鉆孔，用壓水、注水或抽水等辦法測定地基的流量及滲透系數(shù)，不合格的需進行補充注漿。檢查孔的數(shù)目約為總注漿孔數(shù)的5-10%，布孔的重點是地質(zhì)條件不好的地段以及注漿質(zhì)量較差或有疑問的部位。在防滲注漿工程中，這類檢測是一種重要而基本的手段。

對加固注漿而言，上述水力物理性質(zhì)雖不能直接反映加固效果，但至今仍舊被廣泛的當作一種參考指標，因為吸水量大小與地基的密度和強度之間存在著一定的關系。

（2）通過鉆孔，從注漿體內(nèi)取出原狀樣品，送實驗室進行必要的試驗研究。實踐經(jīng)驗證明，通過這類檢測可得出下述幾項重要的物理力學性能指標，據(jù)此能對注漿效果做出比較確切的評價：

1）樣品的密度；

2）結(jié)石的性質(zhì)；

3）漿液棄填率及剩余孔隙率。

深孔注漿質(zhì)量保證措施如下：

（1）按照施工程序，嚴把鉆孔深度、液體的配置、注漿壓力控制、注漿量的多少等環(huán)節(jié)。每一道工序均安排專人負責，并記錄好每一道工序的原始數(shù)據(jù)。

（2）鉆孔施工：開鉆前，嚴格按照施工布置圖，布好孔位。鉆機定位要準確，開鉆前的鉆頭點位與布孔點之距相差不得大于2cm，鉆桿傾斜度不得大于1°。在砂卵石層中鉆孔使扭矩數(shù)倍增大，不能按鉆機的設計扭矩達到鉆孔深，在施工中根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整。在鉆進過程中，為了防止把鉆桿抱死，須采用化學漿液進行護壁。

（3）配料：采用準確的計量工具，嚴格按照設計配方配料施工。

（4）注漿：注漿一定要按程序施工，每段進漿要準確，注漿壓力一定要嚴格控制在1.5MPa以內(nèi),專人操作。當壓力突然上升或從孔壁溢漿，應立即停止注漿，每段注漿量應嚴格按設計進行，跑漿時應采取措施確保注漿量滿足設計要求。

（5）注漿完成后，應采取措施保證注漿時不溢漿、不跑漿。

（6）每道工序均要安排專人，并做好操作記錄。

以上所述為深孔注漿在施工中的工法，其主要特點為：

（1）采用特殊的端點監(jiān)控器和二重管噴射方式，使注入系統(tǒng)設備簡單，具有很高的可靠性、經(jīng)濟性。

（2）可以進行一次、二次噴射切換，回路變換裝置容易實行，所以能實行復合噴射。

（3）瞬結(jié)性一次噴射和浸透性二次噴射的復合比率，在土層改良時可以自由地設定，從粘性土、砂質(zhì)土到地下水非常多的砂礫層，以及更加復雜的復合地層都可以適用。

（4）二次噴射材料是低粘性且凝膠時間長的浸透性漿材，可以用壓力噴射到均勻的土質(zhì)顆料之間，這樣的操作方法可以減少對周圍建筑的影響。

（5）由于一次噴射是限制噴射，二次噴入是的滲透噴射，漿材不會向噴入范圍外溢出，從而有利保護地下環(huán)境而不被污染。

結(jié)束語：

本次深孔注漿施工主要起到止水加固的效果，施作過程中技術人員嚴格控制成孔角度、深度及注漿深度，確保了深孔注漿漿液將富水區(qū)域及水囊空洞填充密實，有效起到帷幕的作用，同時達到了有效改良拱頂?shù)貙?，起到了加固的作用，確保了暗挖作業(yè)的施工安全。