地鐵基坑注漿封底止水施工技術(shù)

曹保平

（太原市軌道交通發(fā)展有限公司，山西 太原 030000）

1 工程概述

太原地鐵2號(hào)線鐘樓街站—府西街站明挖區(qū)間位于解放路與羊市街交叉口北側(cè)，沿現(xiàn)狀解放路路中布設(shè)，區(qū)間總長254m，標(biāo)準(zhǔn)段寬11.1m，結(jié)構(gòu)總高13m，底板埋深16.0～17.5m。區(qū)間為地下雙層單跨箱形框架結(jié)構(gòu)，圍護(hù)支撐體系為800mm厚地下連續(xù)墻+1道混凝土支撐+2道t=16mm、φ800mm鋼支撐，連續(xù)墻幅間采用柔性鎖口管接頭。

基坑周邊為20世紀(jì)80年代初期修建的6層磚混住宅（合計(jì)住戶663戶、商鋪105戶、3層商業(yè)樓1棟），均為37磚砌墻+預(yù)制板結(jié)構(gòu)，有1層地下室，條形基礎(chǔ)，現(xiàn)狀裂紋較多。西側(cè)房屋距離區(qū)間明挖段結(jié)構(gòu)最小距離約20.8m，東側(cè)房屋距離區(qū)間結(jié)構(gòu)最小距離約12.9m（見圖1）。原設(shè)計(jì)采用坑內(nèi)降水，明挖順作法施工。由于在開挖過程中出現(xiàn)涌水、涌砂現(xiàn)象，施工風(fēng)險(xiǎn)大，鑒于此，基坑開挖方式變?yōu)樽{封底止水。

圖1 鐘樓街站—府西街站明挖區(qū)間平面（單位：m）

基坑位置地質(zhì)由上而下可分為：人工堆積層（Qml）、新近沉積層（Q4al）、第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）和第四系上更新統(tǒng)沖洪積層（Q3al+pl），地質(zhì)復(fù)雜。地下水豐富，水位埋深1.6～5.7m。

基坑采取坑內(nèi)降水，開挖階段水位下降困難，開挖過程中分別于2017年4月25日，5月25日，6月26日在開挖至12m距基底還剩5m時(shí)出現(xiàn)涌水、涌砂現(xiàn)象，并引起地面沉降，管線破裂。

涌水涌砂現(xiàn)象出現(xiàn)后，經(jīng)專家研究分析，重新在基坑內(nèi)進(jìn)行深井井點(diǎn)降水試驗(yàn)，降水井出水量大，地下水在降至12.5m距離設(shè)計(jì)17.5m水位5m位置時(shí)，基坑西側(cè)距離基坑22.6m的36號(hào)樓累計(jì)沉降已達(dá)75mm，超30mm允許值。

2 注漿封底方案

在冠梁頂標(biāo)高以下4m硬化1層20cm厚素混凝土作為注漿加固平臺(tái)。基坑劃分為11個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)域間用2排注漿墻進(jìn)行分隔，止?jié){墻注漿深度范圍為硬化層到加固底標(biāo)高（見圖2）。區(qū)內(nèi)注漿平臺(tái)到基底及基底以下0～3m為空鉆區(qū)、3～8m為加固區(qū)（見圖3）。加固區(qū)域樁徑1m，樁間距0.8m，呈梅花形布置，注漿漿液為水泥、水玻璃、酸三液化學(xué)漿。每立方米土體用水泥約300kg、水玻璃約400kg、酸約30kg。

圖2 基坑分倉

圖3 標(biāo)準(zhǔn)段基坑封底橫剖面

深基坑鐘樓街站—府西街站區(qū)間注漿堵水帷幕封底加固采用分區(qū)進(jìn)行，每區(qū)域長度控制在25～35m，共分8塊區(qū)域。施工順序采用一個(gè)方向推進(jìn)方案，每個(gè)區(qū)域采用模塊式推進(jìn)。區(qū)域之間采用3排高壓旋噴樁形成連續(xù)墻，排距和孔間距為0.4m。

考慮到水頭高度，封堵深基底板以下4m，底板以上2m范圍。每個(gè)區(qū)域范圍先澆筑30cm厚混凝土止?jié){盤。注漿孔采用梅花形布置，排距和間距為0.8m。

注漿采用漸進(jìn)式差別化同步動(dòng)態(tài)注漿工藝，同步注多孔（4～8孔），使地層形成一個(gè)整體，還能有效防止?jié){液流失，使注漿效果更好及效率更高，能滿足施工進(jìn)度要求。

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(shí)間一致，還防止因地下壓力大而引起的漿液反漿。漿液選擇速凝且滲透性強(qiáng)的漿液，注漿時(shí)配備流量計(jì)，實(shí)時(shí)觀測注漿過程中漿液的流量及壓力，注漿壓力控制在2.5～3.5MPa，嚴(yán)格控制注漿順序，實(shí)時(shí)調(diào)整漿液凝固時(shí)間，做到最佳擴(kuò)散半徑。

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

3 施工流程

1）雙重管后退式注漿施工工藝流程 測量定位—鉆機(jī)就位開始鉆孔—安設(shè)雙重管—投套殼料—封口—安裝拔管器—配制漿液注漿—注漿完成。

2）注漿量計(jì)算 加固土體孔隙率0.4，漿液損耗率0.1%，填充率0.9。

3）施工安排 以實(shí)際進(jìn)場時(shí)間為準(zhǔn)，平均每天完成32個(gè)孔（鉆孔、注漿），預(yù)計(jì)5個(gè)月完成。

4 施工技術(shù)

4.1 成孔

4.1.1 鉆孔保證措施

1）嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行鉆孔，鉆孔孔位及角度偏差符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定，若現(xiàn)場鉆孔孔位因?yàn)榭陀^條件限制不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行移位并進(jìn)行計(jì)算確定參數(shù)，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)孔。

2）在鉆孔施工過程中要穩(wěn)定鉆機(jī)，穩(wěn)步鉆進(jìn)，要求有豐富經(jīng)驗(yàn)的鉆機(jī)手進(jìn)行操作，杜絕無經(jīng)驗(yàn)的新手貿(mào)然進(jìn)行操作。

3）每班上班前對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢查，嚴(yán)禁機(jī)械帶病作業(yè)；同時(shí)對鉆具進(jìn)行檢查，使用質(zhì)量性能良好的鉆桿和鉆頭，嚴(yán)禁使用有缺陷的鉆具。

4.1.2 鉆孔技術(shù)要求

1）放點(diǎn)時(shí)孔位要求 嚴(yán)格按設(shè)計(jì)孔位坐標(biāo)測量放樣。

2）終孔標(biāo)準(zhǔn) 終孔深度為底板下12m。

3）鉆孔要求 所有鉆孔采用水鉆進(jìn)行，鉆孔孔徑95mm。

4）孔斜要求 孔斜應(yīng)不大于1°，在鉆進(jìn)過程中應(yīng)進(jìn)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。

5）封孔 注漿結(jié)束后采用水灰比0.8∶1的濃漿封堵所有鉆孔。

成孔后，往鉆桿內(nèi)吊放雙重管，吊放雙重管時(shí)要檢查密封圈，吊放結(jié)束后加蓋防止堵管。

4.2 注漿

4.2.1 注漿材料

1）注漿加固范圍內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)主要為砂層，所以采用水泥加添加劑與化學(xué)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 000L漿液。

注漿時(shí)根據(jù)現(xiàn)場情況決定注漿種類，壓力小時(shí)采用B液與C液，壓力大時(shí)選用A液，B液與C液配比為1∶1。配制雙液漿漿液凝膠時(shí)間：B液與C液為2～10s，A液與B液為30～90min。為滿足注漿固結(jié)的目的，需要按照一定的順序進(jìn)行漿液配制。

2）漿液攪拌 在攪拌桶中按每次攪拌體加入所需水量，開動(dòng)攪拌機(jī)，再加入水泥攪拌3min以上。

4.2.2 注漿方式

1）同時(shí)注4～6孔，且兩側(cè)對稱，盡量做到同時(shí)同步同位注漿，控制好井筒兩側(cè)注漿量和壓力平衡。

2）注漿段長0.2～0.5m。

4.2.3 注漿順序

注漿時(shí)先從井口開始往里，且先井上后井兩側(cè)，注兩側(cè)時(shí)從外往內(nèi)，且跳孔注漿。

4.2.4 注漿流量控制

注漿流量控制在20～40L/min，達(dá)到慢慢滲透擠密的效果。

4.2.5 注漿壓力

1）注漿泵試運(yùn)轉(zhuǎn)，確定注漿系統(tǒng)各部分連接無誤后，開動(dòng)注漿泵壓水試驗(yàn)，檢查注漿泵液壓情況，系統(tǒng)管路有否漏漿，管路是否暢通。

2）注漿開始時(shí)先進(jìn)行壓水（取10個(gè)孔做注漿前壓水試驗(yàn)），再逐步變換成靜壓注漿，注漿壓力不大于3.5MPa。

4.2.6 壓力、注漿量控制

通過流量計(jì)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(dá)到3.5MPa時(shí)，止?jié){塞往上提0.5～1.0m后，繼續(xù)注漿。

4.2.7 異常情況處理

1）冒漿 注漿過程中要認(rèn)真觀察地層變化情況，由于漿液的進(jìn)入，引起地層變化，封閉強(qiáng)度較低的地方，可能首先會(huì)冒出漿液，這就需要在冒漿處加以堵塞，必要時(shí)采取間歇注漿方式，以保證漿液有效注入沙層。

2）注漿壓力變化 注漿過程中，壓力要在控制范圍內(nèi)。如果壓力過低應(yīng)該檢查是否有漏漿之處，或漿液通過地下某些管道流走；壓力過高應(yīng)檢查管路或混合器是否被堵塞。注漿開始壓力較低，隨著圍巖孔隙被填充，需要壓力劈開裂隙才能繼續(xù)進(jìn)漿。施工時(shí)需要觀察好注漿終壓不能高于規(guī)定的注漿壓力值。

3）注漿量調(diào)整 觀察地層注漿量是否滿足加固效果，采用隔孔注入方式，這樣既避免注漿孔互相影響，又使后注孔起到補(bǔ)充先注孔的作用，保證土體漿液擴(kuò)散均勻，注漿效果好。

4）注漿泵異常 在注漿過程中，注漿泵會(huì)由于管路故障而提高壓力，機(jī)器發(fā)出異常聲音，壓力表指示壓力上升，如果不及時(shí)處理會(huì)產(chǎn)生高壓傷人危險(xiǎn)。此時(shí)必須停泵卸下注漿高壓軟管，沖洗清理管路，或清理混合器，檢查故障部位，并予以處理，沖洗干凈后再繼續(xù)工作。

4.2.8 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)壓力和設(shè)計(jì)注漿量雙重控制。

1）注漿末期，泵壓逐漸升高，當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，或注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)單孔注漿量時(shí)，穩(wěn)定15min注漿結(jié)束。

2）雖然注漿壓力未超過控制壓力，但當(dāng)注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)單孔注漿量時(shí)注漿結(jié)束。

5 結(jié)語

隨著我國各地地鐵建設(shè)發(fā)展迅猛，但各區(qū)域水文地質(zhì)情況差異大，在修建中存在很多問題。通過太原地鐵2號(hào)線基坑采用注漿大面積封底止水施工的研究，讓化學(xué)漿液在復(fù)雜環(huán)境下大面積封底止水施工技術(shù)在地鐵建設(shè)領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用，可為今后在地鐵深基坑開挖施工不具備降水的條件下提供參考。