袖閥管注漿工藝在北京地鐵工程中的研究與應用

周富寬

(北京市軌道交通建設管理有限公司，北京 100034)

1 概述

北京地鐵10號線二期工程主要位于北京市三環及四環之間，全場32.5 km，全部為地下線。本線線路較長，工程地質較差，建設環境復雜多變，多次穿越既有鐵路、地鐵、河流、橋梁以及重要市政設施或者管線等，全線風險源共計880處，其中特級7處，一級134處，二、三級共計739處。針對不同的工程地質、環境風險，設計采用明挖法、蓋挖法(包括順筑法、逆筑法)、暗挖法(包括CD，CRD，PBA等工法)、明暗結合、明蓋結合以及盾構法等，幾乎用到了地鐵建設中所有工法。同時針對不同的風險工程，采取不同的風險控制措施，以達到保證施工安全及周邊環境安全的目的，袖閥管注漿措施便是其中一項比較有效的輔助保護措施。

2 袖閥管注漿工藝

袖閥管注漿工藝源于歐洲建筑公司發明的soletanche注漿法，可以適合于多種地質條件，從而得到了國際的廣泛認可和應用，后引入中國，被稱為袖閥管注漿工法。

袖閥管注漿工法的機理是通過封管和注漿兩種材料進行分次封孔和注漿，實現分次注漿的可能。通常，每一個工程的地質條件、顆粒粒徑、透水性和不同地層之間交互層疊。由于不均勻地層的各層透水性不同，通過注漿所達到的效果也不盡相同，有針對性地對注漿地層進行分析，在可注性好的地層進行針對性注漿，不同的地層采用不同的注漿材料。有效地填補地層的空隙，使地層得到有效的加固處理，達到設計要求，從而達到保護工程施工安全及周邊環境的目的。該工藝的特點有:

1)能有效地按照注漿工程的設計要求，確定注漿的位置和范圍。

2)施工靈活，可根據現場情況垂直施工，也可水平施工，適用于基坑和隧道工程。

3)不易產生注漿盲區和薄弱區，適合高風險工程注漿施工，如隔水帷幕墻等。

4)注漿的位置可根據實際情況進行調整，在管內隨意變動。

5)可以根據不同地層情況，采用不同的注漿材料，同一注入點也可注入不同材料。

6)注入后，可根據注漿的實際效果和需要非常方便的再次注入，保證注漿質量。

3 注漿工藝施工過程

袖閥管注漿工藝施工過程主要包括以下幾個方面:首先采用鉆機成孔，鉆機成孔后，在孔內下入袖閥管，然后進行封孔，在鉆孔孔壁與袖管之間的空隙內注入套殼料，隨后可通過注漿芯管插入袖閥管內進行多道注漿，將注漿材料按照設計要求注入地層內。袖閥管施工工藝施工步驟見圖1。

圖1 袖閥管施工工藝施工步驟圖

3.1 鉆孔

鉆孔施工可分為豎直鉆孔和水平鉆孔施工兩種，現場施工時要根據不同的設計需求及場地條件、地質條件選用合適的鉆機設備。

3.2 安放袖閥管

在鉆機成孔完成后，在孔內下入帶閥套的套管(稱為袖閥管)。根據材質不同，袖閥管可分為PVC袖閥管、鋼制袖閥管和其他材料袖閥管(見圖2)，可根據現場不同選擇使用。袖閥管每段長度可自由設置，根據鉆孔長度適當接長。

3.3 注套殼料

在鉆孔內下入袖閥管后，袖閥管與鉆孔孔壁之間會存在一定空隙，為了保證注漿實施效果，需要在袖閥管與鉆孔孔壁間注入一種經特制的漿液(稱為套殼料)，以填充袖閥管與孔壁之間的空隙，并且要能保證后續的注漿漿液能通過注入地層中。

3.4 注漿

在袖閥管中插入帶注漿塞的注漿芯管，注漿塞可為單囊塞、雙囊塞，也可以根據其形式分為皮碗式、氣(水)脹式等。漿液通過注漿管沖開閥套進入需注漿加固的土體中。當注漿指標達到技術要求時，停止注漿上提一段，進行下一階段注漿。同時，剛注過漿的閥套會縮，緊緊抱住套管防止土體中的漿液回流到套管中。在需要時，可在套管的適當位置重新下入注漿塞，進行再次注漿，以達到預期的注漿加固效果。

4 工程應用

4.1 在地鐵隧道超前加固工程中的應用

北京地鐵10號線二期起點—潘家園站區間為暗挖區間隧道，北接一期既有線結構，南到潘家園站。位于繁忙的東三環路下方，地面建筑密集，道路下方市政管線密集。其中左線從起點K24+361.340～K24+650段側穿10號線一期既有線隧道，為一期勁松站的折返區間。左線隧道距離既有線隧道水平凈距為1.2 m ～3.6 m(見圖3)。

圖3 區間隧道與周邊構（建）筑物剖面圖

由地質詳勘報告可知，本段線路隧道穿過的土層主要為飽和粉細砂層、粉質粘土層和中粗砂層等，均屬于Ⅵ級圍巖，土石可挖性為Ⅰ級～Ⅱ級，土體自穩能力很差，很難形成自然拱，支護不及時易發生大面積坍落現象。而且該區域砂層均為含水層，易發生涌砂和塌方，對既有線威脅很大。本工程要求既有線結構豎向變形沉降控制在2.5 mm，橫向變形控制為3.6 mm，定為特級風險工程。

經過多方專家論證，本工程采用全斷面袖閥管超前注漿加固，加固范圍為隧道輪廓線外2 m范圍，每循環加固長度為10 m～12 m，經過現場精心施工，加固止水效果良好(見圖4)，保證施工作業安全。10號線一期既有線沉降及位移監測情況也滿足要求，保證了運營安全。

圖4 袖閥管注漿止水加固現場實施效果圖

4.2 袖閥管注漿在基坑圍護中的應用

北京地鐵10號線二期某站2號出入口及1號風道明挖基坑位于城市主干道交叉路口東北角，基坑標準段面寬12 m，深16.7 m，基坑開挖范圍內為細砂層和卵石層，開挖范圍內存在一層地下潛水，圍護結構采用樁撐+錨噴支護，基坑周邊涉及φ1 050污水管、φ400上水管、φ1 950電力管溝等多條管線，基坑北側臨近旱河，基坑距旱河橋樁結構最近距離為2.7 m。由于雨季突降暴雨，旱河水量劇增，在水流的急速沖刷作用下，基坑與旱河橋之間形成一個較大的空洞區域(見圖5)。

為保證基坑開挖施工安全及管線、構筑物安全，對空洞區域進行砂土回填，并對基坑北側與旱河之間的土體進行注漿加固。由于圍護結構冠梁以上存在擋土墻，可操作空間狹小，另φ1 050污水管與基坑圍護結構間凈距約1 m，為保證注漿施工中污水管的安全，注漿成孔垂直度要求較高，且注漿施工需滿足注漿擴散性良好、注漿壓力可控性強等條件，采用袖閥管進行土體注漿加固。袖閥管注漿成孔深度進入粉質粘土層500 mm，深度約18 m;鉆孔工藝采用φ108套管跟進成孔，成孔后下入φ48 PVC袖閥管，注漿采用袖閥管后退式注漿施工工藝，注漿材料采用普通水泥—水玻璃漿雙液漿(w∶c=1∶1，c∶s=1∶1)，注漿壓力控制在 0.3 MPa ～0.5 MPa，擴散半徑為0.5 m。通過袖閥管注漿加固，基坑土方開挖中基坑側壁未出現塌方、滲水現象，基坑側壁土體固結良好，保證了施工安全。

圖5 基坑與橋體間空洞剖面圖

4.3 在深基坑陽角部位加固工程中的應用

北京地鐵10號線二期慈壽寺站工程位于海淀區玲瓏路與藍靛廠南路交叉口西北區域，為北京地鐵6號線與北京地鐵10號線換乘車站，為北京城區西北四環與西北三環之間重要的地下、公共交通樞紐。車站主體呈“L”形布置，其中6號線東西方向布置，車站長313.5 m，車站標準段寬度23.3 m ～27.1 m，底板埋深約27.8 m ～30.0 m;10號線車站南北方向布置，站長176.7 m，車站標準段寬度22.1 m ～26.1 m，底板埋深約為19.7 m ～22.0 m。車站主體圍護結構采用圍護樁+錨索和樁撐的支護形式，受力情況復雜。由于車站的“L”形交叉形式，在車站基坑開挖過程中形成多個陽角部位(見圖6)。

圖6 慈壽寺站深基坑平面圖

為了保證基坑開挖過程中的安全，基坑開挖前對陽角部位土體采用袖閥管注漿加固，鉆孔及注漿采用地面垂直施工，加固深度深入基坑深度以下2 m范圍，注漿漿液采用1∶1普通水泥單液漿。注漿加固后，對加固效果進行現場鉆孔取芯檢驗，滿足設計要求，確保了基坑開挖過程中土體穩定，保證了施工安全。

5 幾點體會

1)通過以上工程實例，袖閥管注漿工藝可以作為地鐵風險工程施工的輔助保護措施，能夠達到有效地加固地層，確保施工安全及保護周邊建筑的目的。2)袖閥管注漿工藝可根據不同地質情況實現多道注入不同的注漿材料，并且能真正意義上實現分段定量、定壓控制注漿，從而能有效地保證注漿效果，是一種非常好的注漿工藝。3)針對不同的地質情況，采用更快速、經濟合理的鉆機及成孔方式是今后需要改進總結的工作之一。同時如何采用不同的注漿材料或者注漿材料組合，更有效地發揮注漿材料的功效，并且更經濟，也是今后工作的研究重點。

［1］崔玖江，崔曉青.隧道與地下工程注漿技術［M］.北京:中國建筑工業出版社，2011.

［2］張民慶，彭 峰.地下工程注漿施工技術［M］.北京:地質出版社，2008.