富水砂層地鐵車站基底地層改良初探

劉世濤

摘 要：太原地鐵二號線建設中，某車站采用懸掛式止水，施工過程中出現(xiàn)涌水涌沙，周邊建筑物沉降報警。經(jīng)專家論證分析決定采用基底土層大面積封底改良工藝。本文論述了該車站基底地層改良工藝，有效的確保了施工過程中周邊建筑物的安全。富水沙層中大面積封底改良工藝施工應用尚數(shù)首次，旋噴和注漿工藝相結合封底止水工法也為后續(xù)類似工程起到了良好的借鑒作用。

1 工程簡介

太原地鐵2號線府西街站位于太原市迎澤區(qū)內(nèi)，起點位于府西街、府東街、解放路交叉口以南，終點位于羊市街、鼓樓街、解放路交叉口以北，基坑兩側老舊民房多且距離基坑較近，周邊市政管線眾多，環(huán)境極其復雜。

府西街站主體結構采用地下雙層三跨箱型框架結構，島式車站采用明挖順做法施工，厚度800mm地連墻+三道內(nèi)支撐作為圍護結構。車站第一道支撐采用混凝土支撐，其余支撐均采用鋼支撐。原設計采用坑內(nèi)降水，明挖順做法施工。但由于地質(zhì)、水文，在開挖過程中出現(xiàn)涌水、涌沙現(xiàn)象，施工風險巨大，鑒于此基坑開挖方式變?yōu)樽{和旋噴工藝結合封底止水。

基坑位置地質(zhì)根據(jù)鉆探揭示，地層分布較為穩(wěn)定，本站均為第四系（Q）地層覆蓋。地表多為第四系人工填土（Q4ml），其下為第四系全新統(tǒng)沖洪積（Q4al+pl）黏質(zhì)粉土、砂（粉）類土、圓礫土及上更新統(tǒng)（Q3al+pl）粉質(zhì)黏土、砂類土等組成。

2 車站基底地層改良工程設計

2.1注漿堵水帷幕目的

府西街車站地層處于高壓富水粉細砂層，經(jīng)過長時間懸掛式降水擾動，地層松散、穩(wěn)定性極差，因此通過旋噴工藝和注漿工藝相結合，達到深基坑府西街站基底地層改良封底止水效果，以確保深基坑府西站開挖施工安全。

2.2工程特點及相關巖土工程問題分析

（1）依據(jù)工程概況，影響區(qū)間開挖的地下水主要為潛水，局部地段具有承壓性，水位高，壓力大，地下水豐富。

（2）地下水含水層巖性主要為粉細砂，地層孔隙率小，滲透性差，只采用注漿工藝，可能出現(xiàn)局部強度不夠，產(chǎn)生粉細砂層液化，所以先采用三重管旋噴做骨架后再采用同步注漿解決空隙。

（3）因基坑內(nèi)施工空間狹小，所以采用小型履帶式液壓鉆機。

（4）地下水含水層巖性主要為粉細砂，地層孔隙率小，滲透性差，選取速凝且滲透性強的漿液。

（5）經(jīng)過長時間的降水，車站土體多次擾動，導致注漿時漿液流失控制難度大，必須采取多孔同位同步快速注漿方法。

2.3注漿堵水帷幕加固封底方案

（1）深基坑府西站旋噴注漿堵水帷幕封底加固采用分區(qū)進行，每區(qū)域長度控制在25m到35m左右，共分9塊區(qū)域。區(qū)域之間采用2排高壓旋噴，形成連續(xù)加固體，將區(qū)域之間的水系隔斷，排距和孔間距為0.6m。

（2）每個區(qū)域范圍地面先澆筑30cm厚的混凝土止?jié){盤。

（3）考慮到水頭高度，封堵深基坑府西站，底板以下2～9米即加固范圍為7m。在考慮到工藝特點旋噴加固范圍定為底板以下3-8米，注漿止水加固范圍定為底板以下2～9米。

（4）考慮到注漿滲透半徑封底方案布孔設計為兩排旋噴一排注漿，交替布設，在考慮到工藝特點旋噴加固范圍定為底板以下3-8米，注漿止水加固范圍定為底板以下2～9米。

（5）施工順序采用一個方向推進方案，每個區(qū)域又采用模塊式推進，先做三重管旋噴再做雙重管后退式注漿。

（6）旋噴孔間距為0.6m，梅花孔布設，注漿孔間距為0.8m，（見圖2.1）。

（7）注漿采用漸進式差別化同步動態(tài)注漿工藝，同步注多孔（4～8孔），使地層形成一個整體。

（8）雙重管后退式注漿最前面安裝注入前端裝置專利，使雙液漿攪拌均勻，凝固時間一致，還防止因地下壓力大而引起的漿液反漿。

（9）漿液選擇速凝且滲透性強的漿液，注漿時雙液漿與化學漿混合注漿。

（10）注漿時配備流量計，實時觀測注漿過程中漿液的流量及壓力，實時調(diào)整漿液凝固時間，做到最佳擴散半徑。

（11）注漿壓力控制在2.5～3.5MPa，嚴格控制注漿順序。

（12）鉆孔采用大功率小型履帶式液壓鉆機，鉆頭直徑95mm、鉆桿89mm的鉆具，鉆頭直徑適中，在粉細砂地層中成孔快，注漿時好封孔，有效防止?jié){液往上竄漿。

3 主要施工方法、安排及技術措施

3.1注漿施工工藝流程

封底施工中三重管旋噴樁施工工藝流程見圖3.2所示。

3.2注漿堵水加固封底工程設計范圍

設計范圍為明挖深基坑底板以下2-9米范圍，共7米注漿堵水加固范圍。

3.3 注漿止水加固封底設計

3.3.1注漿鉆孔設計布置

① 深基坑府西站注漿堵水帷幕封底加固采用分區(qū)進行，每區(qū)域長度控制在25m到35m左右，共分9塊區(qū)域。注漿前每個區(qū)域范圍先澆筑30cm厚的混凝土止?jié){盤。

② 注漿工藝采用漸進式差別化同步動態(tài)注漿方案，同步注多孔（3～6孔），使地層形成一個整體。

施工順序采用一個方向推進方案，每個區(qū)域又采用模塊式推進，注漿時做到同步、同位、均勻注漿。

做到上下有別，反映在注漿材料、壓力。保證均勻擴散。動態(tài)反映在擾動土體和非擾動土體不同對待。保證從平面到立面，形成空間立體。

③ 鉆孔結構：注漿孔孔徑Φ95mm，孔深至深基坑底板下4m，成孔后下如Φ42mm雙重管，并用填殼料封注固結。

3.3.2注漿量計算

加固土體孔隙率0.4，漿液損耗率0.1%，填充率0.9。

3.4 施工安排

以實際現(xiàn)場條件為準，每天平均完成32個孔（鉆孔、注漿），預計5個月完成。

3.5.施工技術

3.5.1成孔

（1）鉆孔保證措施：

① 應嚴格按照設計參數(shù)進行鉆孔。鉆孔孔位及角度偏差符合相關規(guī)范規(guī)定，若現(xiàn)場鉆孔孔位因現(xiàn)場條件不能滿足設計要求，應進行移位重新鉆孔，必要時應進行補孔。

② 在鉆孔施工過程中要確保鉆機穩(wěn)定，勻速鉆進，杜絕無經(jīng)驗的新手貿(mào)然進行操作。

（2）鉆孔技術要求

① 放點時孔位要求

嚴格按設計孔位坐標測量放樣。

② 終孔標準

終孔深度為底板下9m。

④ 鉆孔要求

所有鉆孔采用水鉆進，鉆孔孔徑φ95mm。

⑤ 孔斜要求

孔斜應不大于1°，在鉆進過程中應進行孔斜度的測量和校正，以保證鉆孔垂直度，為正常注漿創(chuàng)造良好工作條件。

⑥ 封孔

注漿結束后采用水灰比0.8：1的濃漿封堵所有鉆孔。

3.5.2下雙重管

成孔后，在鉆桿內(nèi)吊放雙重管，吊放雙重管時應注意檢查密封圈，雙重管蓋帽確保吊放過程中堵管。

3.5.3注漿

1）注漿材料

① 注漿加固范圍內(nèi)地質(zhì)結構主要為沙層，所以采用水泥加添加劑與化學漿的混合液。

A液：水泥漿采用普通硅酸鹽P.O42.5水泥，配合比為水：水泥：=1.5：1～0.8：1。在水泥漿液中添加海川5040減水劑等添加劑。

B液：水玻璃采用濃度42Be’，稀釋成35Be’。

C液：速凝劑。（35kg固化劑能配置3方漿液）

注漿過程中根據(jù)現(xiàn)場情況決定采用的注漿種類，壓力小時采用B液與C液，壓力大時選用A液，B液與C液配比為1：1。

雙液漿漿液凝膠時間為 B液與C液2S～10S，A液與B液30min～90min。

②漿液攪拌

按每次攪拌體積確定加入所需的水量，再加入水泥攪拌3分鐘以上。

2）注漿方式

①同時注4～6孔，且兩側對應，盡量做到同時同步同位注漿，控制好井筒兩側注漿量和壓力平衡。

③注漿段長0.2--0.5米。

3）注漿順序

注漿時先從井口開始往里，且先從井上，再井兩側，注兩側時從外往內(nèi)，且跳孔注漿。具體按如下順序進行：

4）注漿流量控制

每次注漿流量控制在20～40L/min，注漿過程中觀測注漿壓力，以達到慢慢滲透擠密的效果。

5）注漿壓力

① 注漿泵試運轉

注漿施工前對注漿系統(tǒng)進行壓水試驗確保注漿系統(tǒng)正常運轉。

② 注漿開始時先進行壓水（取10個孔做注漿前壓水試驗），再逐步變換成靜壓注漿，壓力不大于3.5MPa。

6）注漿配合比參數(shù)

減水劑：摻入減水劑，使?jié){液流動性好，滲透性強，且不易沉淀。

速凝劑：當注漿量較大時，摻入速凝劑。

7）壓力、注漿量控制

通過流量計觀察注漿壓力，檢查隨注漿量的增加，壓力變化情況。注漿過程中采用壓力控制，注漿壓力達到3.5Mpa時，止?jié){塞往上提0.5--1米后，繼續(xù)注漿。

8）注漿結束標準

注漿結束標準根據(jù)壓力和設計注漿量雙重控制。

① 注漿末期，泵壓逐漸升高，當注漿壓力達到設計終壓，或注漿量達到設計單孔注漿量時，穩(wěn)定15min注漿結束。

② 雖然注漿壓力未超過控制壓力，但當注漿量達到設計單孔注漿量時注漿結束。

4 結束語

地鐵車站深基坑施工采用旋噴加注漿相結合封底止水的施工工法不僅對原有深基坑地層進行有效的加固，而且有很好的止水堵漏作用。通過太原地鐵2號線府西街站基坑止水封底工程應用，取得了非常好的應用效果。較好完成了承壓水粉細砂地層懸掛式止水圍護結構工程施工，保證了地鐵車站周邊建筑物的安全。