富水圓礫卵石層袖閥管注漿加固技術研究

任國宏

(中國中鐵隧道股份有限公司，河南 鄭州 450000)

富水圓礫卵石層袖閥管注漿加固技術研究

任國宏

(中國中鐵隧道股份有限公司，河南 鄭州 450000)

南寧地鐵1號線火車站站地質比較復雜，圓礫和卵石層富水、強透水，地下水位距地表6 m左右。為了確保地連墻施工過程中建筑物的安全，采用袖閥管注漿對地層進行加固。通過注漿試驗對單液漿、雙液漿及復合型漿液進行效果對比分析。結果證明采用復合型漿液取得了很好的注漿加固效果，可形成較好的膠結體。在地連墻施工過程中，建筑物最大累計沉降量未超過3 mm，確保了建筑物的安全。

高壓富水；圓礫卵石地層；建筑物保護；袖閥管注漿；沉降控制

0 引言

隨著我國地鐵建設的快速發展，規劃修建的各種狹小空間內地下車站越來越多，與此同時，車站基坑周邊環境越來越復雜。在車站圍護結構施工過程中，確保周邊建(構)筑物的安全，必須采取一些輔助性的安全措施。在本工程中，緊鄰基坑東側具有銀河商場建筑群，建筑群房屋基礎距地連墻比較近，地層主要為高壓、富水圓礫層和卵石層，在地連墻施工過程中由于地層穩定性差，成槽過程極易造成坍塌，危及臨近建筑物安全，如何確保建筑物的安全將是本工程的挑戰性難題。一般地層的地表加固主要采用高壓旋噴[1]、袖閥管注漿[2-6]、水泥攪拌樁[7]等方法，考慮到高壓旋噴注漿及水泥攪拌樁施工受場地限制，同時其在圓礫卵石地層適應性比較差。袖閥管注漿可實現分層注漿，且注漿壓力可根據監測數據實時調整。圓礫卵石地層袖閥管注漿加固在整個南寧市軌道交通建設中首次實施，袖閥管注漿在富水圓礫卵石地層加固的可行性，關系到后續地鐵施工中地層加固方案的選擇。在富水圓礫卵石地層中采用袖閥管注漿必須要考慮的問題是漿液性能、注漿壓力及注漿設備的配套等。如果以上幾個方面的問題不能得到很好地解決，將會造成注漿施工中注漿量過大、注漿擴散范圍不可控及膠結效果不好等情況，嚴重影響注漿加固效果。在圓礫卵石層中對注漿加固效果的評價也是目前存在的問題。在圓礫卵石地層加固中，建議采用注漿前后地層鉆孔孔壁穩定性及芯樣的密實性來評判注漿效果。

1 工程概況

1.1 火車站站概況

南寧市軌道交通1號線火車站站位于中華路與華東路之間的朝陽路上，沿朝陽路南北向布置，該站為1號和2號線同期實施的換乘站，為南寧地鐵1號線控制性工程?；疖囌菊緸榈叵氯龑与p島車站，車站總長256 m，標準段寬44.7 m，基坑平均開挖深度為22.25 m，結構高度為18.83 m?；疖囌菊緰|側100 m緊鄰銀河商場及銀河大酒店，車站西側為天成一品及鳳凰大酒店?；疖囌菊九c周邊建筑物平面關系見圖1。

圖1 火車站站與周邊建筑物平面關系圖Fig.1 Plan showing relationship between Metro station and surrounding buildings

1.2 建筑物概況

銀河大酒店、銀河商場及銀河大酒店主樓處于車站結構東側，車站與銀河大酒店及銀河商場的距離約為5.28 m，其基礎距車站基坑連續墻外緣最小距離為1.71 m。樓層為4～5層結構，無地下室，房屋基礎為獨立基礎，基礎埋深2～5 m，對沉降敏感，需要重點保護。銀河大酒店主樓距離車站結構21 m，銀河大酒店主樓22層、地下一層框架結構，采用預制鋼筋混凝土樁基礎，樁直徑為400 mm，長13～14 m。銀河大酒店、銀河商場加固平面見圖2，建筑物加固剖面見圖3。

圖2 建筑物加固平面圖

圖3 建筑物加固剖面圖(單位：mm)

1.3 工程地質及水文情況

1.3.1 工程地質

火車站站銀河酒店里程段場地范圍地下巖層主要為填土層、黏性土層、粉土層、砂層、礫卵石層以及泥巖層共6層。詳細地層特性見表1，地質縱斷面圖見圖4。

表1 地層特性統計表Table 1 Ground characteristics

圖4 地質縱斷面圖

1.3.2 水文地質

場地內有2層地下水：第1層為上層滯水，主要賦存于素填土中，該層地下水水量貧乏，主要由大氣降雨及生活廢水補給，主要通過大氣蒸發方式排泄；第2層地下水為第四系松散巖類孔隙水，主要賦存于砂礫，圓礫，卵石層中及其上下部的砂土層中，屬松散巖類孔隙水，該水系與邕江水聯系密切，主要由邕江水補給，水量豐富，穩定水位埋深6 m，含水層厚度20 m左右，承壓水頭5.0～8.0 m。圓礫層滲透系數為90 m/d，卵石層滲透系數為120 m/d。

2 注漿方案設計及實施

2.1 試驗性注漿

2.1.1 試驗目的

1)分析袖閥管后退式注漿施工工藝的可實施性；

2)根據不同注漿深度，觀測注漿加固效果及對周邊環境的影響，分析注漿的安全性，確定不同邊界條件下的注漿參數；

3)對比分析不同注漿漿液在地層中的可注性及其效果，試驗確定出適合該注漿工藝的注漿材料及配比。

2.1.2 注漿試驗孔布置

注漿試驗孔在注漿區域內選擇30個(每排孔連續并排選擇10個)。注漿試驗孔布置見圖5。

圖5 注漿試驗孔平面布置圖

2.1.3 注漿試驗設計

2.1.3.1 注漿順序

為了達到較好的加固效果并盡可能減少注漿對周邊環境的影響，現場注漿試驗的注漿順序為：1)先注靠近建筑物的一排孔，再注靠近圍護結構的一排孔，最后施作中間的一排孔，實現約束型注漿；2)同排孔注漿應分2序孔施作，即先施作1序孔，再施作2序孔，2序孔作為1序孔的效果檢查，若2序孔鉆孔效果好，可注漿封孔，若鉆孔效果較差，則進行補充注漿[8]。

2.1.3.2 注漿量的確定

單位體積的注漿量

Q=KαβV[9]。

式中：K為損耗系數，一般取1.35；α為地層孔隙率；β為地層充填系數；V為加固體體積。

各地層每延米的注漿量見表2。

表2 各地層注漿量設計Table 2 Designed grouting volume of each strata

2.1.3.3 注漿壓力的確定

由于本工程主要在粉土、粗砂層及卵石圓礫地層中注漿，地下水壓力較大、地層滲透性較強，注漿壓力主要要克服水壓力、裂隙阻力及漿液的黏滯力，通過頂水注漿，將水推向遠處。結合類似工程的經驗，注漿壓力

P注=P水+P阻+(0.5～1.0)MPa。

式中：P水為水壓力(P靜水和P承壓水之和)；P阻為管道阻力。

根據實際試驗測定P阻=0.2 MPa，根據地層水位埋深8～28 m情況，P靜水取0.18 MPa，P承壓水取0.06 MPa，通過計算，試驗注漿壓力為0.94～1.4 MPa。

2.1.3.4 設備配置

1)鉆孔設備?？紤]圓礫層和砂層成孔困難，需跟管鉆進，現場選取了2臺MDL-150D型履帶式跟管鉆機，滿足圓礫層和砂層鉆孔要求。

2)注漿設備。根據注漿漿液的類型，注漿機選用普通的雙液注漿泵和單液注漿泵2種。雙液注漿泵選用KBY-50/70型注漿泵(1臺)，單液注漿泵選用BW-150型泥漿泵(2臺)和HUB3.5A型雙缸灰漿泵(2臺)，均滿足注漿要求。

2.1.4 不同漿液注漿試驗及結果分析

2.1.4.1 單液漿

1)試驗情況。單液漿注漿選用的試驗孔為1-71～1-75,2-70～2-74,3-67～3-71，單液漿漿液水灰質量比為(0.6～0.7)∶1，注漿選用的設備為BW-150型泥漿泵。試驗注漿過程中在粉土、砂層中每延米注漿量為0.25～0.30 m3/m，注漿起始壓力一般為0.4 MPa，終壓為1.2 MPa；在圓礫和卵石層中注漿量達到0.8 m3/m時，注漿壓力始終在0.2～0.4 MPa。在圓礫和卵石層注漿過程中，注漿壓力上升緩慢，注漿量較大。

2)結果分析。單液漿試驗段注漿后15 d左右開始取芯，采用地質百米鉆機以雙管單洞方式取芯。在圓礫層取芯過程中，塌孔、返砂及卡鉆現象比較嚴重，導致在圓礫層無法取出完整芯樣。主要原因為地下水較豐富，單液漿遇水易稀釋，流失嚴重，無約束性，單液漿在富水、高壓圓礫地層中效果較差。

2.1.4.2 雙液漿

1)試驗情況。雙液漿注漿選用的試驗孔為1-71～1-75,2-70～2-74,3-67～3-71，主要針對圓礫層和卵石層進行注漿試驗。漿液配比為W∶C=0.8∶1,C∶S=1∶1,水玻璃35 Be′，室內試驗雙液漿的初凝時間為90 s，注漿設備選用的是KBY-50/70型注漿泵。試驗注漿過程中在圓礫和卵石層中注漿量達到0.45 m3/m時，注漿起始壓力一般為0.5 MPa，終壓為1.2 MPa。在圓礫和卵石層注漿過程中，雙液漿注漿試驗表明，注漿壓力可以達到設計注漿壓力，注漿量可控。

2)結果分析。雙液漿試驗段注漿后7 d左右開始取芯，采用地質百米鉆機以雙管單洞方式取芯。在取芯過程中，取芯至圓礫層時和單液漿注漿時取芯存在同樣的問題，會出現塌孔、返砂現象，最終導致取芯失敗。從取出的芯樣判斷，雙液漿在圓礫地層中殘留的水泥漿很少，存在被水稀釋的問題，很難起到加固的效果。

2.1.4.3 復合型漿液

1)試驗情況。復合型漿液注漿選用的試驗孔為1-76～1-80,2-75～2-80,3-72～3-76，主要針對圓礫層和卵石層進行注漿試驗。針對單液漿和雙液漿在圓礫和卵石地層中被水稀釋不易存留的問題，通過咨詢相關專家和查閱相關文獻[10-12]，在該地層中選用具有抗分散性的漿液。復合型材料室內實驗配合比詳見表3。

表3 復合型漿材配合比實驗結果表Table 3 Testing results of mixing proportions of composite grout

現場采用了第1和第4組配合比進行注漿試驗，注漿設備選用HUB3.5A型雙缸灰漿泵。復合型漿材注漿試驗采用的水灰質量比為(0.6～0.7)∶1，外加劑摻量為5%(水泥質量百分比)。注漿起始壓力一般為0.5 MPa，終壓為1.2 MPa，注漿量保持在0.40 m3/m。復合型漿材注漿試驗表明，現場注漿壓力可以達到設計注漿壓力，注漿量可控。

2)結果分析。注漿結束后7 d開始取芯，采用地質百米鉆機以雙管單洞方式取芯。本次取芯過程中在圓礫層沒有出現塌孔、返砂的現象，并且在取芯過程中，由于膠結體的強度較高，取芯的鉆進速度比較慢。取出芯樣含水泥凝膠體較多，漿液抗分散性較好，被水稀釋的問題得到很好的解決，漿液能夠跟地層有較好的膠結，且強度較高，取芯效果比較理想，能夠起到加固的目的。

2.2 實施階段注漿設計

2.2.1 注漿參數的確定

通過對試驗階段不同注漿漿液的注漿效果分析和綜合性評價，根據實際可操作性和施工成本綜合考慮，圓礫和卵石層選用表3中的第4組漿液。實施階段各地層注漿參數詳見表4。

表4 實施階段注漿參數Table 4 Grouting parameters

2.2.2 關鍵技術要求

1)復合型漿液的拌制必須根據配合比計算出膨潤土的劑量，然后采用專用的膨化池對膨潤土進行24 h膨化。

2)復合型漿液拌制時首先在注漿桶內放入膨化的膨潤土漿液，然后根據配比摻加水泥，水泥和膨潤土混合液體強制攪拌3 min后再摻入水玻璃，再強制攪拌3～5 min后，方可實施注漿。

3)注漿實施過程中，圓礫和卵石層以注漿量控制為主，注漿壓力控制在1.2 MPa以內；粉土和砂層中以注漿壓力控制為主，注漿壓力達到設計要求時，可停止注漿；在注漿壓力達不到設計要求時，注漿量達到設計要求時，也可停止注漿。

3 注漿效果檢查

3.1 加固體取芯檢測

注漿全部完成后，在注漿區域進行了取芯，取芯過程非常順利，孔壁穩定性比較好，不存在卡鉆及返砂的現象。芯樣見圖6和圖7，圖8為地連墻施工過程中在圓礫和卵石層中挖出的塊狀土體。

圖6 粉土及砂層芯樣圖

圖7 圓礫及卵石層芯樣圖

1)由圖6可見：單液漿在粉土和砂層中注漿效果比較好，在砂層中形成了良好的結石體，漿液充填比較飽滿，結石體的強度比較高。

圖8 地連墻施工過程中挖出的塊狀結實體Fig.8 Consolidated soil blocks dug out during diaphragm wall construction

2)由圖7可見：在圓礫和卵石層中，漿液充填比較飽滿，但是在抽樣取芯的過程中，當膠結體中含有粒徑較大的圓礫和卵石時，由于圓礫及卵石和取芯器產生較大的摩擦，造成膠結體碎裂，很難形成柱狀體。

3)由圖8可見：在地連墻施工過程中，注漿加固區域范圍內挖出的土體都為塊狀，復合型漿液在圓礫和卵石層中注漿效果比較明顯，可形成很好的加固體，達到了預期的加固效果。

3.2 地表及建筑物沉降觀測

為了確保在注漿和地連墻施工過程中臨近建筑物的安全，通過布置監測點進行實時監測，對施工進行信息化指導。監測點布置見圖9。

3.2.1 注漿加固階段

注漿正常施工時間段為2013年3月16日—5月25日，總共完成了330個孔的注漿加固。注漿加固期間建筑物累計沉降見圖10。

由圖10可知：從注漿加固開始到注漿結束，建筑物沉降處于由升到降的發展趨勢，最大抬升點為J1-16，抬升最大累計值為1.64 mm。從房屋的累計沉降量可反映出在注漿過程中注漿壓力和注漿量控制比較到位，注漿參數比較合理。

3.2.2 地連墻施工階段

臨近建筑物的地連墻施工時間為2013年9月15日—11月2日，施工時間為48 d，總共完成25幅地連墻(A44—A56)，地連墻施工過程中建筑物的沉降處于可控狀態。建筑物累計沉降見圖11，地表累計沉降見圖12。

由圖11可知：地連墻在施工過程中，建筑物整體趨于下沉狀態，地連墻成槽對地層具有一定的擾動，累計沉降量最大的監測點為J1-15及J1-16，累計沉降量分別達到2.07 mm和2.19 mm，該監測點距離地連墻最近，該監測點對連墻施工比較敏感，符合實際工況。建筑物各監測點累計沉降值都小于-2 mm，說明前期注漿加固對地層的穩定性起到了很好的效果。

由圖12可知：地連墻施工過程中，地表隨著地連墻的施工有著不同程度的沉降，最大沉降點為D19-1，最大累計沉降值為-6.48 mm。地連墻施工完畢后1個月左右，地表沉降基本趨于穩定狀態。

圖9 監測點平面布置圖

圖10 注漿階段建筑物累計沉降圖

圖11 地連墻施工階段建筑物累計沉降趨勢圖

圖12 地連墻施工階段地表累計沉降圖

4 結論與建議

1)普通水泥可注性好，注漿時能夠得到較大的注漿量和注漿加固范圍。結石體強度高，能有效地提高地層的承載能力。但普通水泥單液漿抗分散性能差，易被地下水稀釋，影響其強度和堵水性能，且由于其收縮率較大，因而不宜在富水、流速大、對堵水要求很高的條件下采用。

2)在富水圓礫和卵石地層中，注漿漿液要有很好的泌水性能和抗分散性能，復合型漿材具有高強、高抗滲、抗風散的特點，在地層中極易形成良好的膠結體，凝膠時間可控，可操作性較強。

3)在富水圓礫和卵石地層中，為了確保漿液不被地下動水稀釋沖走，建議采用黏度比較高的漿液，同時采用袖閥管注漿工藝時，袖閥管溢漿孔開孔率及管徑要相應增大。

4)通常注漿加固的效果是通過取芯做抗壓強度來評價，但是在圓礫地層中取出滿足試驗所用的芯樣是非常困難的。注漿效果應根據地層的性質和注漿加固的作用綜合評價，不能一概而論。本工程中，注漿加固是為了地連墻成槽過程中防止槽壁的坍塌和泥漿的流失，通過注漿前后鉆孔孔壁的穩定性和芯樣中漿液分布均勻性來對注漿效果進行評價。工程實施證明，采用上述方法對注漿效果進行評價是可行的，可以滿足施工安全的需求，同時也為類似工程對注漿效果評價提供了借鑒意義。

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云南投資13億元建西部里程最長城市地下管廊

2014年11月13日，云南省保山市針對群眾反映強烈的中心城市反復開挖道路、隨意改造管線等影響居民生活的問題，經反復論證和借鑒國內外的成功經驗，決定投入13億元對中心城市正在建設的4條城市主干道路規劃配建地下綜合管廊，實現集約、高效、有序地利用城市地下空間。保山地下綜合管廊可保百年內地下管線避免重復投資、避免反復開挖城市主干道影響群眾生活。

地下綜合管廊全長約34.88 km，項目建成后將成為中國西部投資最大、功能最全、里程最長的城市地下綜合管廊。強弱電、供水、排污、燃氣等地下管線將被統一納入其綜合“管理”。

為確保地下空間利用更加集約、高效，云南保山市永昌路、保岫東路、青堡路、南城大道的地下綜合管廊設計使用壽命均為100年。

截至目前，保山地下綜合管廊已累計完成投資4億元左右。管廊建設為今后進一步開發使用城市空間積累了經驗、提供了范本；城市地下綜合管廊是城市現代化、科技化、集約化的標志，要克服“重顯績輕潛績”的問題；要堅持共用、統一原則，所有新建或改造的項目，決不允許任何單位再另行開挖。

(摘自 中國市政工程網 http://www.zgsz.org.cn/2014/1117/12647.html)

地鐵盾構填艙加固換刀技術獲成功應用

日前，在中國鐵建十六局集團主辦的盾構施工技術交流會上，施工方展示了廣州地鐵9號線4標馬蓮盾構區間2條隧道施工過程中取得的1 617環的渣土樣本。通過對當前渣土樣本的分析，預判前方地質情況，調整施工參數。

目前，盾構技術作為地下工程開發建設的主流施工技術，在我國得到了廣泛應用。但不同城市、不同地區間地質條件差異很大，對線路選擇、盾構選型及施工技術的應用等都有不同要求，如何根據工程要求做出正確的選擇并將施工細節考慮周全，是技術人員需要不斷探究解決的課題。

針對廣州特殊地質，廣州地鐵9號線4標項目在施工中首次使用“填艙加固換刀技術”，在工程實踐中受到專家贊譽。

廣州地鐵9號線工程全部采用地下線，施工場地屬淺埋巖溶發育地段。線路規劃初期，部分專家認為此地區不適合修建地下線，施工難度及風險大。在馬鞍山公園站至蓮塘村站盾構區間施工過程中，就如何提高施工效率、減少安全隱患展開科技攻關。通過采集施工階段的渣土樣本，分析地質組成、巖面高度，實時調整掘進參數。在其中一臺盾構掘進過程中，由于地質復雜導致刀具損壞，但由于換刀位置處于上軟下硬地段，常規的開艙換刀無法開展，于是在全局范圍內率先采用了“填艙加固換刀技術”，即將水泥砂漿填充到土艙內，把水泥漿擴散到周圍土體內，在刀盤的四周形成一定的加固體，開艙清理土艙后進行刀具更換。通過多次填倉換刀作業，已成功掌握了此項工藝技術。

(摘自 工程質量在線 http://www.ccqm.cn/hotnews/2014-12-11/5247.html)

CaseStudyonConsolidationofWater-richCobble/gravelStratainNanningbymeansofSoletancheGrouting

REN Guohong

(ChinaRailwayTunnelStockCo.,Ltd.,Zhengzhou450000,Henan,China)

The geological conditions of Railway Station station of No.1 Line of Nanning Metro are complex,the cobble/gravel strata is water-rich and highly-permeable,and the underground water level is about 6 m below the ground surface.The strata is consolidated by means of Soletanche grouting,so as to guarantee the safety of the buildings around the diaphragm wall.In the paper,comparison and contrast is made among the effect of single-component grout,that of two-component grout and that of composite grout.Composite grout is adopted for the Soletanche grouting and good grouting effect has been achieved.The maximum accumulated settlement of the buildings is less than 3 mm during the construction of the diaphragm wall,and the safety of the buildings is guaranteed.

rich water with high pressure; cobble/gravel strata; building protection; Soletanche grouting; settlement control

2014-07-09;

2014-10-10

任國宏(1977—)，男，山西夏縣人，2000年畢業于西南交通大學，土木工程專業，本科，工程師，主要從事隧道及地下工程方面的技術及項目管理工作。

10.3973/j.issn.1672-741X.2014.12.011

U 457+.3

B

1672-741X(2014)12-1183-08