超前小導管注漿在淺埋暗挖粉細砂地層中的應用

孫雪娜

（中鐵建大橋工程局集團建筑工程有限公司， 天津 300300）

1 工程概況

南水北調配套工程南干渠工程位于北京市南部地區，工程起點位于豐臺區盧溝橋地區老莊子鄉，沿五環路向南轉向東，終點到亦莊水廠調節池，全長27.282km。

北京市南水北調配套工程南干渠工程第七標段位于北京市西南五環狼垡西橋以南100米，為雙線輸水隧洞，其開挖斷面為Ф4600mm圓形斷面，采用淺埋暗挖法施工復合式襯砌。隧洞結構斷面見圖1所示。

圖1 隧洞結構斷面

2 工程地質狀況

本工程地質結構為粘、砂、礫（卵）多元結構Ⅱ段。

地表覆蓋有人工填土層，主要分布在建筑區、鐵路附近，含磚塊、礫石，疏松、厚度不均，一般0.7～1.8m。其下上部為粘土層，以粉土為主夾粉質粘土層，厚度一般為1.0～2.3m。粉土、粉質粘土一般以中壓縮性為主，局部高壓縮性，工程地質特性較好。其下為細砂層，厚一般4.2～9m，其間夾厚度1.2～4.3m不等的粘性土透鏡體。中細砂含少量細礫，礦物成分以石英、長石為主，含少量云母及暗色礦物，呈稍密～中密～密實狀態，屬較透水層。下部為厚層圓礫及卵石層，未被鉆孔揭穿。圓礫、卵石呈雜色，磨圓度較好，成分以巖漿巖為主，結構呈中密，具強透水性，卵石粒徑一般2m～8cm，卵石含量一般在70%以上，局部夾有漂石。

3 施工過程

3.1 小導管加工

依據底層情況和開挖步距要求，超前注漿小導管采用無縫鋼管制作，小導管設定長度1.7m，端頭1m花管管壁周圍打眼，管尖做成錐形，管末端焊φ6環形箍筋，詳見小導管加工示意圖。

小導管加工示意圖

3.2 小導管打設

暗挖采用正臺階法施工，分上、下臺階兩步進行，預留核心土，待上臺階開挖及支護結束后，進行下臺階的開挖、支護。在粉細砂地層中超前小導管采用高壓風引孔插入，沿拱部環向布設，注改性水玻璃漿液或雙液漿。

小導管注漿工藝流程圖

粉細砂層超前小導管施工

3.3 注漿試驗室內部分

（1）改性水玻璃漿液配制

注漿原則：對于無水的中砂及粉細砂地層采用改性水玻璃

分別將水玻璃和濃硫酸在容器中稀釋，其中根據《地鐵暗挖隧道注漿施工技術規程》中改性水玻璃配制中稀釋溶液的參考值分別為水玻璃10～20Be＇，硫酸稀釋溶液濃度為 18%；本試驗中選擇硫酸溶液濃度取 18%，并配制 25Be＇、20Be＇和15Be＇三種不同濃度的水玻璃，進行改性水玻璃溶液的配制。

1）將98%濃度的濃硫酸稀釋成18%濃度的稀硫酸

根據總質量配制前后不變原則進行計算后

V硫：V水=1:8.18

2）將40Be＇的水玻璃配制成25Be＇的水玻璃

V水：V40Be＇水玻璃=0.8:1

乙液：濃度98%硫酸稀釋為18%

V硫： V水=1:8.18

用波美比重計復測配制好的水玻璃溶液，符合配制波美度要求。快速攪拌稀釋好的硫酸溶液，緩緩加入配制好的水玻璃溶液邊加邊用PH試紙測定其PH值，當PH值在3-4之間為宜。 以此得出

改性水玻璃配合比：甲液：乙液=3：1

3）將40 Be＇的水玻璃配制成20Be＇的水玻璃

甲液：V水：V40Be＇水玻璃=1.38:1

乙液：V硫：V水=1:8.18

用波美比重計復測配制好的水玻璃溶液，符合配制波美度要求。快速攪拌稀釋好的硫酸溶液，緩緩加入配制好的水玻璃溶液邊加邊用PH試紙測定其PH值，當PH值在3～4之間為宜。 以此得出

改性水玻璃配合比：甲液：乙液=3.86：1

4）將40 Be＇的水玻璃配制成15Be＇的水玻璃

甲液：V水：V40Be＇水玻璃=2.31:1

乙液：V硫：V水=1:8.18

用波美比重計復測配制好的水玻璃溶液，符合配制波美度要求。快速攪拌稀釋好的硫酸溶液，緩緩加入配制好的水玻璃溶液邊加邊用PH試紙測定其PH值，當PH值在3-4之間為宜。 以此得出改性水玻璃配合比：甲液：乙液=5.2：1

（2）水泥-水玻璃雙液漿

注漿原則：有水的粗砂及砂石地層采用水泥-水玻璃雙液漿

水泥水玻璃雙液漿：分別配制水泥漿和水玻璃漿，用雙液注漿泵壓注，在孔口混合的漿液。

水泥漿：水灰比1：1（重量比）

水玻璃漿：35Be＇

雙液漿配合比為：水泥漿：水玻璃漿=1:1～1:0.6

本注漿試驗取雙液漿配合比為：水泥漿：水玻璃漿=1：0.8

實際施工時，根據地層情況及注漿試驗調整配比。

水泥漿配制參數

注漿原則：無水的粗砂及砂卵石地層采用單液水泥漿

水泥漿水灰比為1：1

（4）注意事項

1）分別將二種水玻璃稀釋溶液逐步加入硫酸溶液中，隨加隨測定混合液 PH值，并根據試驗，測定水玻璃出現明顯凝膠沉淀，選擇適宜的水玻璃溶液。

2）對PH值由小到大直到臨界PH值的各級混合液測定其在空氣中的凝結時間。

3）對PH值由小到大直到臨界PH值的各級混合液測定其在室內土體樣本中的凝結時間。

（5）注漿試驗室外部分

根據室內試驗的結果，擬選用18%硫酸與20Be＇、 15Be＇水玻璃溶液配制出的改性水玻璃的配合比作為現場單液漿注漿試驗。水泥-水玻璃雙液漿的配制依據室內試驗配合比。

1）改性水玻璃及水泥-水玻璃雙液漿 漿液配制表（見附表）

附表：改性水玻璃及水泥-水玻璃雙液漿 漿液配制表

改性水玻璃及水泥-水玻璃雙液漿 漿液配制表

2）注漿試驗的位置：主洞注漿試驗選在主洞洞口上2m范圍內選擇和洞內地質條件相似的地層。

A、在試驗部位噴射10cm厚C25混凝土后，打設小導管9根后，再噴射10cm厚混凝土封閉。（小導管布設位置詳見附表）

B、以試驗室取得的最佳配合比注漿，現場配制漿液。

C、按照注漿終壓0.3MPa、0.35MPa 2個等級，進行現場注漿，每等級各3根。

D、統計各終壓控制等級下注漿孔位的注漿量并檢測其擴散半徑。

E、實際現場調制漿液時，與室內試驗有所差別。具體試驗參數以室外試驗部分為準。在現場調制漿液時，使用高壓風管放入稀釋好的硫酸溶液中進行風攪拌。

F、注漿固結效果

豎井注漿試驗固結效果

隧洞開挖注漿固結效果

4 超前小導管注漿技術參數

4.1 注漿工藝參數數據收集

（1）注漿壓力一般不大于0.35MPa。

（2）改性水玻璃漿：配合比為硫酸：水玻璃=1∶1.8～1∶2.2，PH=3.1～3.5。

（3）純水泥漿：原材料為摻入10%微膨脹劑的普通水泥，水灰比0.45～0.6。

（4）水泥-水玻璃雙液漿：水泥采用32.5R普通硅酸鹽水泥，水玻璃為35Be'。水泥漿液水灰比為1∶1～1∶1.2；水泥漿液與水玻璃體積比為1∶1。

4.2 注漿結束標準

（1）單根管結束標準：注漿過程中，壓力逐漸上升，流量逐漸減少，當壓力達到注漿終壓，注漿量達到設計注漿量的 80%以上，可結束該孔注漿，注漿量未達到設計終壓，而達到注漿量亦可結束該孔注漿。

（2）本循環結束標準：所有注漿孔均達到注漿結束標準，即可結束本循環注漿。

小導管選用內徑φ25的無縫鋼管，根據注漿試驗成果：此類粉細砂地層中小導管長 1.7m，橫向間距 0.3m，小導管打入最佳角度 25°～30°打入，環向間距0.3m，外露20cm。在遇到粉細砂底層松散度較大，地質狀況較差部位，采取雙排小導管注漿技術：每排環向間距30cm，（其中南干渠隧洞不良地質段為每榀49根），外插角分別為 15°～20°、30°～45°交錯布置能有效固結前方土體，保障開挖安全。

5 結束語

小導管超前注漿，漿液配制依據現場環境和施工經驗進行優化，不能一味參照規范及施工參數進行漿液的配制，摸索最佳注漿參數解決前方地層固結效果。小導管施工工序連接緊密，循環周期小，細砂段注漿固結效果較好，注漿壓力、注漿量和擴散半徑都達到了設計和規范要求，能夠很好的加固拱頂地層，達到注漿目的。

[1]《DBJ 01-96-2004地鐵暗挖隧道注漿施工技術規程》，北京市建設委員會，2004年10月

[2]《北京南水北調配套工程南干渠工程地質勘探報告》, 北京市水利規劃設計研究院,2008年6月