富水花崗巖殘積土地層隧道注漿加固技術

摘要：在東莞市軌道交通R2線的地鐵建設中區間隧道中，隧道開挖需穿過富水、高壓、上軟下硬、孤石的花崗巖地層地段，采用了前進式注漿、注水泥-水玻璃雙液漿的注漿加固技術，對傳統的礦山法施工工藝進行改進和優化，成功的穿越了富水復雜地層，確保了隧道施工安全，較好的控制了地面沉降，為富水、上軟下硬風化花崗巖土地區暗挖隧道施工提供量好的經驗和方法。

關鍵詞：富水地層，注漿加固，雙液漿，注漿量，注漿壓力

1"前言

隨著我國經濟的飛速發展，城市化進程加快，全國各大城市均陸續進行地鐵建設，根據所處地點不同，在地鐵施工過程遇到的地質也各不相同，尤其富水、高壓、上軟下硬的花崗巖地層地段更是少見，經常會遇到涌水、涌砂、塌方等災害，給施工帶來了極大的困難和安全隱患，在東莞市軌道交通R2線的地鐵建設中區間隧道需通過富水、高壓、上軟下硬、孤石的花崗巖地層地段，區間暗挖隧道施工前需進行注漿加固處理施工。

本論文通過東莞市軌道交通R2線2310標陳寮區間隧道的注漿加固試驗段的施工，對富水、高壓、上軟下硬、孤石的花崗巖地層注漿加固進行了試驗，主要有：注漿方式、漿液選擇、配合比、注漿量、注漿壓力、施工機具等，最終取得了具體可行的注漿量、配合比、注漿壓力等主要施工工藝參數，進而修改和完善設計參數，并為以后及東莞市軌道交通的隧道注漿加固處理提供了依據。

2"工程概況及特點

2.1"工程概述

陳屋站～寮廈站區間為礦山法施工隧道，線路總長2146m，隧道采用雙洞單線礦山法施工，在YDK25+910和YDK27+095設置礦山法施工豎井，在YDK26+616.5設置中間風機房。其中1#豎井～陳屋站區段593m，該區段自2012年1月1日開始進入橫通道、2012年4月6日進入正線施工以來，一直受到地下水豐富、花崗巖強風化殘積地層遇水軟化崩解的問題影響，施工進度異常緩慢，施工地質危害屢屢發生，存在開挖困難、地面沉降大、施工進度緩慢、涌水、涌砂、溜塌安全風險等情況。

2.2"工程地質

隧道洞身圍巖主要為全風化、強風化、中風化、微風化花崗閃長巖，殘疾土層施工開挖易發生掉塊、塌方、涌水等現象;其中左線ZDK25+312.804～+810、ZDK25+880～+930;右線YDK25+311～+920隧道圍巖主要為花崗閃長巖殘積土及全、強、中等、微風化層混合層，自穩性較差，殘積土及全、強風化層遇水易軟化、崩解，強度降低，同一開挖斷面存在上下、左右軟硬不均的現場，且在殘積土及強風化層中存在球狀風化體。本區段范圍內無地表水系。地下水主要有第四系孔隙水、基巖裂隙水，裂隙水發育具非均一性。地質斷面圖見圖2.1。

2.3"工程特點

2.3.1水量大

根據現場實際統計，1#豎井往陳屋站方向隧道涌水量非常大，現場抽水量統計每天約為1600m3左右，遠遠超出了類似花崗巖地層含水量，與我們投標及施工策劃時的預期相差甚遠。這也是導致實際工期比策劃工期滯后的根本原因。具體分析其原因，主要是在隧道開挖時，由于開挖掌子面呈臨空狀態，由于水頭差的存在，掌子面成為水量匯集后涌水的薄弱面。在水的作用下，掌子面全、強風化花崗巖迅速軟化崩解，強度急劇降低造成涌水、涌砂、溜塌險情。

圖2.2""1#豎井～陳屋站方向隧道地下水情況圖

2.3.2地質條件復雜

地下水極為豐富，而洞身圍巖主要為花崗閃長巖殘積土及全、強、中等、微風化層混合層，自穩性較差，殘積土及全、強風化層遇水易軟化、崩解，強度降低，同一開挖斷面存在上下、左右軟硬不均的現場，且在殘積土及強風化層中存在球狀風化體。施工開挖易發生涌水、涌砂、溜塌等現象，開挖效率低，特別是因此出現險情處理險情耽誤的時間嚴重影響施工進度。

圖2.1"陳屋站～寮廈站區間1#豎井往陳屋站方向左線工程地質斷面圖

表1.1""上海市公交、自行車發展狀況一覽表

*"括號內為全市流動人口流入人口

1.2"大城市公共交通線網規劃的特殊性

1.2.1"我國大城市公共交通特點

大城市的性質、結構形態與中小城市有差別，這主要表現在以下幾方面：

1、人口多，面積大;

、社會、經濟、文化活動頻繁;

3、城市功能區域劃分明顯;

4、有明顯的CBD;

5、人均交通設施水平往往較低;

2.3.3地面沉降及周邊建（構）筑物的安全

在隧道開挖施工過程中，由于失水影響，造成地面沉降較大，至2013年3月29日YDK25+730+D10地面沉降監測點已經累計達到-76.38mm，已超過設計控制值。由此造成位于里程段YDK25+760～730處的路面路緣石及附近夾板市場商鋪的門柱和室內地板磚開裂，這些商鋪已經多次到我部進行投訴。

2.3.4工期緊、進度影響

由于地下水豐富，地質條件較差，經常發生險情，往陳屋站方向施工進度非常慢，開工以來右線小里程平均每天進尺0.53m，左線小里程平均每天進尺0.56m。

另外，從2013年1月至2013年7月由于地下水較大、地質較差，經常出現險情后需進行掌子面封堵和注漿處理，進度統計為：2013年1月左線小里程方向共計施工6.6m，右線小里程方向共計施工17.4m;2013年2月左線小里程方向共計施工17.4m，右線小里程方向共計施工16.2m;2013年3月1日至今左線小里程方向共計施工7.8m，右線小里程方向共計施工4.8m。

3"注漿加固目的

注漿加固漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，注漿量先由設計給定參考值，監理組織現場試驗最終確定施工參數。

本次隧道注漿加固試驗段主要有兩個目的，一個是進行隧道注漿加固試驗段施工，為下步隧道施工提供借鑒，第二個是通過隧道注漿加固試驗段確定隧道注漿加固的相關參數。

4"注漿加固范圍

根據地質詳勘報告內容所述地質情況和現場實際揭示的工程地質情況，對隧道上半斷面或全斷面實施超前帷幕預注漿，橫斷面注漿范圍為：上半斷面開挖輪廓線以外3m，下半斷面開挖輪廓線以外2m。上半斷面加固體積為（61.36*3+（61.36-10.49+3.56）*4）/7=57.4m3

下半斷面加固體積為（48.46*3+（48.46-16.18-3.56）*4）/7=37.18m3

全斷面加固體積為（61.36*3+（61.36-10.49）*4+48.46*3+（48.46-16.18）*4）/7=94.58m3。

圖4.1""上下斷面注漿加固土體橫斷面圖

5"注漿參數及工藝

5.1機械設備

鉆孔設備：鉆孔設備：ZYG150全液壓鉆機。

注漿設備：BW-250注漿泵。

制漿設備：JZ350葉片式攪拌機。

輔助設備：攪拌儲漿桶;T型混合器;Y型混合器。

監測設備：精密水準儀、測微器

圖5.1""注漿機械設備

5.2注漿方式、注漿孔布置

隧道注漿加固方式采用前進式注漿。

根據鉆機性能，選用每循環注漿段長10米;注漿就是要使漿液擴散到注漿孔周邊預定范圍內的所有巖層裂隙中，所以注漿孔的布置要以漿液擴散不出現空白為原則，據此根據設計注漿孔數量以隧道中軸為中心呈傘蓋形布置。

每循環注漿長度10m，單孔有效擴散半徑0.75m左右;注漿范圍為：上半斷面開挖輪廓線外3m，下半斷面開挖輪廓線外2m。

縱向方向由工作面向開挖方向呈輻射狀，鉆孔布置成圓形圈，最外圈環向間距1.0m，孔底間距（1.0～1.5）R。見圖5.2。

圖5.2"全斷面注漿加固方案圖

5.3"注漿順序

注漿順序采用先注外圈孔、底部孔，封閉后再注中間孔的原則，每環注漿孔采取隔孔注漿的原則。即先注（3-1#～3-11#）環、（2-1#～2-11#）環，再注底排1-1#、1#、16#、13#、12#、15#、21#、11#、1-11#，形成封閉環，再注中間部位的第1環、第2環、第3環和第4環。

5.4注漿材料

水泥漿液采用普通硅酸鹽，強度等級Po42.5，水玻璃濃度30°Be，模數2.6。

圖5.3""注漿材料檢查及測試

5.5漿液配合比

通過現場漿液試配、鉆機可注性、土體實際注入情況等，現場水泥-水玻璃漿液配合比為：水泥漿液：水玻璃漿液=1：0.7，水灰比1：1，凝固時間為25～30S。

圖5.4"現場配合比檢查

5.6注漿壓力

根據實際注漿情況壓力上半斷面在0.5～1.71MPa之間，下半斷面在0.5～1.45MPa之間。

圖5.5"現場注漿壓力

5.7注漿結束標準

（1）注漿壓力或注漿量達到設計標準，采用隔孔注漿時，先期孔注漿量相對大設計注漿量10～20%左右，后期孔相對小設計注漿量10～20%左右。

（2）檢查孔鉆取巖芯，漿液充填飽滿。

（3）所有孔注完后，掌子面無明水、無股水現狀。

（4）滿足掌子面開挖條件。

6"按設計初始參數完成后效果檢查

在上半斷面注漿加固結束后，于2013年5月31日進行了鉆孔抽芯檢查，共鉆2個孔對注漿效果進行檢驗，并取巖芯觀察漿液充填情況，掌子面無明水、股水現象，根據開挖的效果，漿脈明顯，掌子面穩定。

圖6.1""上半斷面鉆孔取芯情況

至2013年6月5日按照設計注漿量對下半斷面注漿完成后，對掌子面進行效果檢查，掌子面存在明水、股水現象，根據開挖的效果，漿脈明顯，掌子面穩定。

圖6.2""隧道斷面注漿效果情況

7"注漿量情況

7.1理論注漿量填充率計算

隧道注漿數量根據地層孔隙率確定，一般按照下列公式計算：

Q=πR2"hnαβ

Q——單管注漿量，m3

R——漿液有效擴散半徑，m

h——注漿長度，m

n——土體孔隙率，%

β——漿液充填率，%（取0.6～0.7）

α——超耗系數（含超注量、冒漿、損耗等），α=1.1～1.2

根據《東莞市城市快速軌道交通R2線工程（東莞火車站～東莞虎門站段）陳屋站～寮廈站詳勘階段巖土工程勘察報告》（2010年11月），隧道穿過土層孔隙比分別為：lt;6-6gt;硬塑狀砂質粘性土e=0.841，lt;9-1gt;全風化地層e=0.787，lt;9-2gt;強風化地層e=0.778。

則土體孔隙率n分別為：

lt;6-6gt;地層n=0.841/（0.841+1）=0.4568

lt;9-1gt;地層n=0.787/（0.787+1）=0.4404

lt;9-2gt;地層n=0.778/（0.778+1）=0.4376

則注漿量填充率計算為：

（1）lt;6-6gt;地層填充率為nαβ=0.4568*0.7*1.2=0.3837

（2）lt;9-1gt;地層填充率為nαβ=0.4404*0.7*1.2=0.3699

（3）lt;9-2gt;地層填充率為nαβ=0.4376*0.7*1.2=0.3676

7.2試驗段注漿量

試驗段注漿加固詳細注漿記錄見附表，隧道注漿加固試驗段注漿量統計見表7.1。

表7.1"""隧道注漿加固試驗段實際注漿量統計表

位置

斷面注漿

加固體積（m3）

實際注漿

量（m3）

實際土體

填充率

折合隧道單延米注漿量

（m3/m）

備注

1#

豎井

上半斷面

57.40

176.7

0.43

25.24

下半斷面

37.18

118.44

0.45

16.92

小計

94.58

295.14

0.44

42.16

0#

豎井

上半斷面

57.4

194.08

0.48

27.73

下半斷面

37.18

129.57

0.49

18.51

小計

94.58

323.65

0.48

46.24

8"參數總結

8.1對本區間隧道在lt;6-6gt;砂質粘性土、lt;9-1gt;全風化花崗巖、lt;9-2gt;強風化花崗巖地層中采用隧道注漿加固是有必要的;

8.2陳～寮區間隧道1#豎井至陳屋站方向采用前進式注漿是可行的;

8.3水泥-水玻璃漿液配合比：通過現場漿液試配、鉆機可注性、土體實際注入情況等，現場水泥-水玻璃漿液配合比為：水灰比1：1，水泥漿液：水玻璃漿液=1：0.7;

8.4通過試驗段注漿量的統計分析，lt;9-2gt;地層上半斷面注漿加固注漿總量為176.7m3，平均隧道單延米注漿量為25.24m3;下半斷面注漿注漿總量為118.44m3，平均每米注漿量為16.92m3。全斷面平均每米注漿量為42.16m3。

lt;9-1gt;、lt;6-6gt;地層上半斷面注漿加固注漿總量為194.08m3，平均隧道單延米注漿量為27.73m3;下半斷面注漿注漿總量為129.57m3，平均每米注漿量為18.51m3。全斷面平均每米注漿量為44.24m3。

8.5注漿壓力：上半斷面在0.5～1.71MPa之間，下半斷面在0.5～1.45MPa之間。

8.6每循環注漿加固時間：上半斷面注漿加固時間為4天，下半斷面注漿加固時間為3天。

8.7監測情況，隧道注漿加固后地面沉降基本趨于穩定。

8.8開挖情況：注漿加固后進行開挖，掌子面土體穩定，局部存在小掉塊現象，下臺階開挖后存在小量的滲水，已不影響開挖，開挖進尺為每天二個半循環，即1.5m/d，折合綜合指標為0.75m/d。

9"結語

在該富水、高壓、上軟下硬風化花崗巖殘積土施工中，采用了前進式注漿、注水泥-水玻璃雙液漿的注漿加固技術，對傳統的礦山法施工工藝進行改進和優化，成功的穿越了富水復雜地層，確保了隧道施工安全，較好的控制了地面沉降，為富水、上軟下硬風化花崗巖土地區暗挖隧道施工提供量好的經驗和方法。

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