地鐵暗挖施工中的超前加固技術

鐘建明

(廣東建科建設咨詢有限公司，廣東 廣州 510500)

1 工程概況

某地鐵車站總長696.55 m，以主體結構為核心，此部分總長271.5 m，配線總長425.05 m。依據設計方案車站標準段寬26.15 m，采取的是雙柱島式車站形式，總建筑面積達41 674 m2。基于現場施工情況設置有4個豎井與1段明挖段，以便滿足主體施工要求。配線段暗挖隧道所處環境復雜，為典型的微風化層，工程中基于CD法展開施工作業，含大量主體暗挖工程，主要發生于中、微風化泥質砂巖層。

2 超前加固技術現狀

2.1 管棚支護

此環節以管棚注漿最為關鍵，具體可采取兩種方法：①針對鋼管采取全面的填充措施；②隔孔注漿，實現漿液在地層中的有效擴散[1]。若為前者所用材料以高強水泥砂漿為宜，需設置引氣孔以提升漿液飽滿度，適當降低注漿壓力，需滿足1.0 MPa以內的要求。現階段，特長管棚施工領域已經形成較為成熟的技術，但依然通過分段設置的方式實現，且要設置管棚工作室，隨之提升了施工難度。

2.2 小導管注漿加固

為確保工作面穩定性，展開小導管注漿加固作業必不可少，此舉也是提升支護可靠性的關鍵。此環節所用導管長均為2.5～3.5 m，彼此環向間距均控制為0.3 m，基于鉆孔頂入的方法有效置入導管，以止漿塞后退式注漿方式為宜，材料為水泥水玻璃，壓力控制在0.4～0.6 MPa。

2.3 膨潤土注漿技術

鈉基蒙脫石是工程膨潤土的關鍵物質，片狀晶體多在2 μm內，具備吸收水分子的能力，在其作用下可使得膨潤土顆粒發生較明顯的膨脹現象。當膨潤土遇水后，經一段時間分子內電荷處于飽和狀態，形成阻礙水分子通過的屏障，從而決定了膨潤土低透水性的特點[2]。鈉基膨潤土是典型的注漿材料，遇水膨脹后體積迅速擴大，可達到原狀態的10～15倍，具有優良的防水效果；原材料采購成本相對較低；注漿過程中省去了大量的開鑿作業，結束注漿作業后便能與漿液形成良好的凝結狀態。

3 本項目超前加固、支護

3.1 超前小導管施工

給超前小導管注漿是為了達到加固的效果，其主要步驟是順著輪廓線外側進行縱向鉆孔并向孔內注入水泥漿，以此實現加固地表、防止滲水的效果。此外，超前小導管也可以在一定程度上保障管棚的穩定性。

小導管安裝及固定小導管的安設應采用引孔頂入法。其安設步驟如下：①用風管引孔，孔徑為φ50 mm，孔深較導管長度而定，一般較導管長度深100 mm；②成孔后插入導管，如插入困難可用沖擊錘頂入，保證導管插入到設計要求的位置；③導管周圍縫隙用塑膠泥封堵并用棉紗將孔口堵塞，以防土或砂礫堵塞導管。

注漿采用注漿壓力和注漿量雙重標準控制以達到合格標準。注漿過程中壓力緩慢上升，當壓力達到注漿終壓，注漿量達到設計要求的注漿量可結束該孔注漿；所有的注漿孔全部注完且達到設計要求的加固強度后結束本圈注漿[3]。具體工藝如下。

1)小導管加工及布置：采用φ42×3.5 mm熱軋鋼管，注漿管一端做成尖形，另一端焊上鐵箍。在距離鐵箍1.0 m處開始鉆孔，鉆孔間隔及布設按設計圖紙嚴格布設。

2)注漿工藝參數：水泥砂漿水灰比0.5～1.0(重量比)；壓力一般為0.5～1.0 MPa。

3)注漿施工流程。①打孔布管：采用鉆孔打入法。打設小導管前按照設計要求放出小導管的位置。采用鉆孔臺車或錨桿鉆機鉆孔，鉆孔直徑比鋼管直徑大3～5 mm，將小導管穿過鋼架，用錘擊或鉆機頂入，同時用高壓風將鋼管內的砂石吹出；②封面及注漿：塑膠泥封堵孔口及周圍裂隙，噴5～10 cm厚混凝土封閉工作面以防止工作面坍塌。用注漿機進行注漿，采用注漿量和注漿壓力雙控原則控制注漿時間。

4)導管注漿施工工藝，如圖1所示。

圖1 施工流程圖

5)質量檢查、管理的關鍵點：①鉆孔位置是否位于輪廓線外側、真實施工角度是否與設計有偏差，其位置、角度允許誤差范圍應分別在5 cm、5°內，應借助專業儀器(地質羅盤儀)進行檢測。一旦發現超出誤差允許范圍則對距離偏差較大的位置補充注漿；②在檢查前時需按照真實施工結果制作草圖，依照孔位標號順序以檢查其是否合格，并如實填寫記錄；③導管尾部應擺放在錨桿尾端、鋼架腹部等位置，使其連為一體、增強穩定性；④注漿完成前需保證壓力穩定到設計值，且穩定時長應在10 min以上；⑤注漿的同時需對所有漿管進行記錄，特別是注漿過程中的壓力值變化、注漿數量以及是否出現突發情況；⑥單孔注漿量應>平均值的4/5，若是檢測過程中發現不達標需再次注漿；⑦注漿完成后再次核對記錄內容，以免出現不合格之處，確保所有參數值均達到設計要求，且工作人員注漿過程中需檢查是否出現竄漿。

3.2 超前大管棚施工

管棚打設布置：主體結構拱部管棚施工以4座施工橫通道作為施作空間，同一橫通道內施工時，相鄰斷面相互作業的時間應錯開。在初支扣拱開挖前應先進行超前管棚注漿，扣拱開挖時及時展開超前小導管注漿。開挖至風險源段時需進行風險源加固注漿。

因橫通道凈空4 m，橫通道內管棚鉆機長度應<4 m，動力頭高度<主軸中心0.4 m方能在此工作面施工，故選用FDP-15B管棚鉆機。

管棚鋼管采用φ108×8 mm無縫鋼管，分段配管，每段長為2.5、3.0 m，按奇、偶編號，錯開安裝，保證每一斷面內接頭個數不超過50%，并在鋼管上鉆孔，孔徑10 mm，孔間距50 cm，呈梅花形布置。鋼管兩端間采用焊接連接，焊接必須牢固且具有足夠的強度。

1)鉆孔步驟：由工作人員事先擺放好器材設備、搭建平臺，并保障水、電的供應以及設備擺放是否科學，同時需檢測管位是否正確。前期準備工作完成后才可安裝鉆具、預制沖洗液。緊接著使用專業儀器檢測角度、位置是否在誤差允許范圍內，只有確保上述工作全部完成才可開始鉆孔。

2)注漿步驟：工作人員應先完成注漿泵、注漿管、管棚以及出水口等設備的連接，隨后開始注漿，待出氣孔持續冒漿才代表注漿工作完成。

3)注漿質量管理：工作人員應保證鉆孔已被完全沖洗干凈，確保漿液已均勻填充至孔內所有空間，最大程度上降低孔內鉆渣殘留量；同時，在整個注漿過程中應保持連續流暢，必須一次性完成整個注漿工作，待孔口被泥漿封堵后需多次加壓，加壓值保持在0.4～0.6 MPa。除此之外，注漿過程中可按實際需求轉動鉆具，使得注漿、排氣同時進行，以此保障孔內漿液填充均勻。最后，在注漿前還需預估注漿量，而真實注漿量應≥預估值的80%。管棚注漿示意圖如圖2所示。

圖2 環狀及管內注漿示意圖

4)管棚實施控制關鍵要點：①安裝棚管應秉持間隔跳打原則，但若施工環境特殊可稍作修改；②可將相鄰棚管接縫位置交錯開，且縫距應≥1 m，以加強開挖段管棚的穩定性能；③組裝設施之前應詳細排查所有零部件，防止出現零部件損壞等問題；④應按照施工環境科學安排各個工藝的施工場所，例如循環系統、注漿系統等；⑤電線鋪排必須按照專業標準，以此保障施工安全；⑥管棚搭設前應由操作人員詳細檢查其位置、角度是否在誤差允許范圍內，反之需告知甲方修改設計方案；⑦角度、位置的確定應由專業人士進行，且需反復檢測，真實、詳細記錄施工數據，便于日后查閱；⑧施工中根據對地層情況的了解適時調整技術參數；⑨注漿泵壓≤0.6 MPa為宜，根據單孔孔內情況靈活控制泵壓，孔內壓力保持在0.4～0.6 MPa。

4 結束語

本地鐵工程暗挖段施工中靈活運用了超前加固技術，為暗挖施工作業創設了穩定環境，有效加固、穩定開挖掌子面，減少了地表沉降，整個開挖過程中未出現異常情況，施工質量符合設計要求，保證了暗挖施工安全，并大幅節省了工程成本。

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