模袋法分段注漿技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)隧道中的應(yīng)用

張永順 王萬仁 朱 帆 張 偉

(1.山東科技大學(xué)，山東 青島 266590； 2.中鐵22局集團(tuán)軌道交通有限公司，山東 青島 266100)

1 概述

在隧道施工過程中，注漿效果的好壞直接影響了隧道的質(zhì)量安全。傳統(tǒng)的注漿技術(shù)操作復(fù)雜，注漿周期長，在地質(zhì)較差的隧道施工時(shí)，容易出現(xiàn)涌砂突水現(xiàn)象，難以取得很好的施工效果。而模袋法分段注漿操作簡單且能很好的解決隧道開挖過程中出現(xiàn)的涌砂突水問題，因而能夠很好的提高隧道施工效率。

本文以青島地鐵2號線青島站疏散口開挖通道為依托，針對軟弱介質(zhì)注漿過程中孔口難以封堵、漿液擴(kuò)散難以控制的問題，采用模袋法分段注漿工藝。通過膨脹模袋來擠密巖體，使?jié){液擴(kuò)散均勻，繼而形成連續(xù)支護(hù)體系。實(shí)踐表明：采用模袋法分段注漿能取得很好的應(yīng)用效果。

2 工程概況

青島地鐵2號線青島站消防疏散口位于香港中路南側(cè)青島國際新聞中心前，采用暗挖通道的方式進(jìn)行掘進(jìn)。開挖斷面寬3.27 m，高5.12 m，拱頂埋深5.35 m。消防口于2020年7月采用小導(dǎo)管超前支護(hù)后開挖，在開挖過程中出現(xiàn)了涌水涌砂現(xiàn)象。青島站D出入口暗挖段地面盡管采用旋噴樁預(yù)加固，洞內(nèi)采用全斷面注漿，開挖效果仍不理想，導(dǎo)致開挖時(shí)間長達(dá)2個(gè)月。由于消防口上方管線復(fù)雜，施工存在極大的風(fēng)險(xiǎn)。鑒于以上原因，常規(guī)加固方法已不能適用于消防口的開挖，故引入模袋法進(jìn)行注漿。通過膨脹模袋擠密巖體形成支護(hù)體系，來保證漿液的有效擴(kuò)散和孔口封堵。

地勘資料和開挖情況表明，通道位于砂層及粉質(zhì)黏土層，工程地質(zhì)較差。開挖時(shí)易發(fā)生涌砂涌水現(xiàn)象，導(dǎo)致隧道變形、失穩(wěn)，施工風(fēng)險(xiǎn)大。通道巖層自上而下分為素填土層、細(xì)砂層、粗砂層、粉質(zhì)黏土層、風(fēng)化花崗巖。砂層主要為細(xì)砂、粗砂，顆徑均勻但級配差，給地鐵隧道施工帶來很大困難。

3 模袋法分段注漿

3.1 模袋法分段注漿原理

通過內(nèi)側(cè)模袋注漿管壓入水泥漿及配制液，由外至內(nèi)通過隔離器實(shí)現(xiàn)逐個(gè)注漿，在第一個(gè)模袋注漿完成后，打開隔離器，進(jìn)行第二個(gè)模袋注漿，待第二個(gè)模袋注漿完成后，通過間隙注漿管對第一個(gè)及第二個(gè)模袋間隙進(jìn)行注漿填充，水泥漿在地層內(nèi)形成擠嵌填充作用，使地層實(shí)現(xiàn)很好的粘結(jié)加固和防水。模袋法注漿示意圖如圖1所示。

3.2 注漿工藝流程

模袋注漿程序有：1)布置孔位。2)鉆機(jī)布置，調(diào)整好鉆孔角度，開始鉆孔。3)成孔驗(yàn)收，安裝孔內(nèi)模袋樁裝置。4)灌注模袋樁。注漿流程圖如圖2所示。

注漿效果關(guān)鍵在于注入的漿液都留存在目標(biāo)加固區(qū)域內(nèi)，目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的有效注漿量與注漿加固效果緊密相關(guān)。注漿時(shí)，膨脹模袋中的漿液由鉆孔注漿段進(jìn)入地層來實(shí)現(xiàn)漿液的有效留存。

3.3 模袋法分段注漿鉆孔設(shè)計(jì)

鉆孔設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括：布孔、鉆孔及安裝孔內(nèi)裝置等部分。

1)布孔。沿開挖輪廓線布置，環(huán)向間距300 mm(96個(gè)注漿孔，13個(gè)探孔)。水平打設(shè)，打穿暗挖段。孔位布置情況如圖3所示。

2)鉆孔。為便于安裝孔內(nèi)模袋注漿裝置，鉆孔直徑采用150 mm以上，鉆孔傾斜度控制在1%以內(nèi)。鉆孔分兩序進(jìn)行，采取隔孔跳打施工方式。鉆孔完成后沖洗孔底沉渣，確保成孔完整，深度滿足模袋下放要求，驗(yàn)收合格后隨即進(jìn)行孔內(nèi)一次性安裝好分段模袋注漿裝置。

3)安裝孔內(nèi)裝置。a.成孔后，校驗(yàn)孔位、孔深等均滿足設(shè)計(jì)要求后，開始下管。在鉆孔的同時(shí)，進(jìn)行模袋加工。嚴(yán)格按照作業(yè)要求綁扎模袋及下管、接管。分段模袋在孔口連接綁好，下管過程中要避免模袋繞管和刮破，注漿管端頭露出掌子面0.5 m左右。b.接長灌漿管應(yīng)滿足受力要求，相鄰鋼管的接頭應(yīng)前后錯開。

鉆孔方式采用垂直于側(cè)墻鉆孔，為便于安裝孔內(nèi)模袋灌漿裝置，鉆孔直徑采用89 mm，下注漿管φ42無縫鋼管，模袋長度4 m，采用兩序鉆孔布置。采取隔孔跳打施工方式，環(huán)向間距400 mm，水平向上打設(shè)角度為2°，注漿孔結(jié)構(gòu)剖面圖如圖4所示。

3.4 模袋法分段注漿參數(shù)設(shè)計(jì)

1)注漿材料和注漿設(shè)備。注漿材料為P.O42.5硅酸鹽水泥。水與水泥按1∶1配制。采用雙桶攪拌機(jī)配制漿液、3SNS注漿泵進(jìn)行注漿。

2)注漿順序和注漿方式。模袋注漿采用分序施工。注漿順序根據(jù)成孔順序進(jìn)行，模袋注樁由外至內(nèi)進(jìn)行分段壓漿，模袋達(dá)到一定飽和程度后，插入DN20鐵管穿過模袋隔離器進(jìn)行第二個(gè)模袋及模袋與鉆孔間空隙注漿施工。循環(huán)進(jìn)行，直到終孔結(jié)束。

3)注漿壓力。注漿壓力根據(jù)水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件確定。施工中需嚴(yán)格控制注漿壓力在0.3 MPa～0.5 MPa；設(shè)計(jì)終壓為0.5 MPa；現(xiàn)場實(shí)施過程中應(yīng)根據(jù)各段埋深、地質(zhì)情況進(jìn)行注漿壓力調(diào)整。

4)注漿控制。注漿速度應(yīng)控制在10 L/min～15 L/min，起壓后逐漸減小注漿速度，使?jié){液連續(xù)均勻來確保模袋達(dá)到飽和程度。如注漿效果未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充注漿。在青島地鐵隧道施工過程中采用模袋法注漿技術(shù)取得了很好的應(yīng)用效果(見圖5，圖6)。

4 模袋法注漿應(yīng)用效果評價(jià)

采用模袋法分段注漿能很好的解決軟弱介質(zhì)注漿過程中孔口難以封固、漿液擴(kuò)散難控制的問題。我們從施工效果，縮短的工期和變更費(fèi)用三個(gè)方面來分析模袋法注漿實(shí)際的應(yīng)用效果。

1)施工效果。采用模袋法分段注漿通過模袋膨脹擠密土體，形成連續(xù)支護(hù)體系有效解決了軟弱介質(zhì)注漿過程中孔口難以封固、漿液擴(kuò)散難控制的問題。工程實(shí)踐表明：采用模袋法注漿能使地層實(shí)現(xiàn)很好的粘結(jié)加固和防水，形成有效的支護(hù)，在很大程度上減少隧道施工風(fēng)險(xiǎn)，提高了施工效率。

2)縮短工期。青島站D出入口暗挖段(共13.5 m)地面采用旋噴樁預(yù)加固，洞內(nèi)采用傳統(tǒng)的全斷面注漿后，開挖效果不理想，經(jīng)常出現(xiàn)涌水涌砂，開挖時(shí)間長達(dá)2個(gè)月。而消防疏散口(共19.3 m)采用模袋法分段注漿技術(shù)后，僅用一個(gè)月的時(shí)間就完成了開挖。施工效率較傳統(tǒng)的注漿方式提高了近34.9%。

3)變更費(fèi)用。采用模袋法分段注漿技術(shù)進(jìn)行施工，縮短了施工周期，減少了人工成本以及傳統(tǒng)的注漿方式所產(chǎn)生的材料費(fèi)用，提高了施工效率。從整個(gè)施工過程來看，采用模袋法施工取得經(jīng)濟(jì)效益顯著，因而具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié)論

1)通過選取青島地鐵青島站消防口共計(jì)19.3 m范圍進(jìn)行研究，從施工效果、縮短的工期以及變更費(fèi)用3個(gè)方面對模袋法注漿效果進(jìn)行分析評價(jià)。結(jié)果表明，采用模袋法分段注漿能使地層實(shí)現(xiàn)很好的粘結(jié)加固和防水，形成良好的支護(hù)效果。提高了施工安全性，減少了隧道施工風(fēng)險(xiǎn)，從而有效的提高了施工效率。

2)青島地鐵消防出入口采用小導(dǎo)管超前支護(hù)后開挖進(jìn)行施工，由于工程地質(zhì)以及水文地質(zhì)較差，在開挖過程中多次出現(xiàn)涌砂涌水現(xiàn)象，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。自2020年引入模袋法分段注漿技術(shù)后，成功的解決了消防出入口軟弱介質(zhì)注漿過程中孔口難以封固、漿液擴(kuò)散難控制的問題。

3)模袋法分段注漿技術(shù)操作簡單且施工效果明顯。采用模袋法分段注漿使得圍巖具有了優(yōu)良防砂防滲能力，而且降低了費(fèi)用，縮短了周期，使青島地鐵隧道施工能夠順利的進(jìn)行。

4)在地鐵隧道開挖過程中，注漿技術(shù)的關(guān)鍵在于如何快速有效的進(jìn)行巖體的注漿加固。圍巖參數(shù)的不同決定了注漿壓力的不同。采用傳統(tǒng)的注漿方法注漿壓力難以控制，而采用模袋法分段注漿技術(shù)可根據(jù)現(xiàn)場施工成孔情況進(jìn)行注漿參數(shù)調(diào)整，來調(diào)節(jié)注漿壓力以確保注漿達(dá)到預(yù)期的效果，因而模袋法分段注漿技術(shù)比傳統(tǒng)的注漿方法應(yīng)用范圍廣且效果更好，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。