淺埋洞樁法地鐵暗挖車站注漿加固技術研究

王云博、崔建娜

[1.濟南市市政工程設計研究院（集團）有限責任公司，山東 濟南 250000；2.山東三箭建設工程股份有限公司，山東 濟南 250000]

0 引言

目前，全國各大城市都將公共交通基礎設施作為衡量城市發展的重要指標，地鐵也憑其突出的優勢，成為城市公共交通系統的主體，也是城市居民生活中不可或缺的出行工具。通過中國城市軌道交通協會的年報可以看出，未來幾年正是地鐵高速發展的時期，各大城市都在加緊建設地鐵。地鐵線路主要分布在市區的主要干道下方，周邊環境復雜，若采用明挖法施工，會極大影響公共交通秩序，且帶來的噪聲和環境污染較為嚴重，所以，一般都會采用暗挖法施工。但是，暗挖法對地質條件的要求較高，若是地層土質松散，整體性和穩定性較差，將直接給施工帶來高風險，容易發生安全事故，這就需要對地層進行加固處理。目前，注漿加固是最常用的處理方法。

北京地鐵10號線蘇州街站暗挖車站工程中，在卵石層施工中使用了注漿加固技術[1]。經過整理監測數據可知，該工程中的加固措施已經起到了作用，沉降從未超標，證明注漿加固可以保證施工安全。

為解決在富水卵石的地質條件下注漿困難的問題，技術人員通過室內試驗和現場實踐改進了注漿工藝，經檢驗，改進的注漿工藝在富水卵石地質條件下也有較好的注漿效果[2]。對于在富水砂質層條件下修建隧道時可能出現的問題，技術人員通過理論分析，結合數值模擬的方法，對注漿加固進行了優化[3]。技術人員還對注漿漿液進行了力學特征試驗，研究了漿液對加固土體的影響，并給出了不同期齡，漿液產生的注漿壓力[4]?；跐{液的擴散理論，技術人員建立了漿液擴散的控制方程，并進行了算例分析，驗證了其可行性和正確性，而后結合實際工程進行了漿液擴散的數值模擬，結果證明注漿形成的帷幕質量很好[5]?；谏奥褜佣軜嫻こ?，技術人員結合數值模擬和現場監測數據，證明了注漿加固技術可有效控制路基沉降，還證明了在卵石層地質下，鋼花管地層注漿具有很好的加固效果[6]。

文章依托北京某地鐵車站施工時采用的注漿加固措施，對注漿參數、注漿工藝流程等進行了詳細介紹，并通過現場揭示了掌子面驗證和實際檢測數據，證明了注漿的效果，旨在為類似的工程提供借鑒經驗。

1 工程概況

北京某新建地鐵車站密貼下穿既有車站工程，兩車站平面位置見圖1。新建車站埋深約12m，下穿段采用8導洞PBA施工方法，總長度50m，隧道斷面形式為矩形，尺寸約為23m×14m，車站主體結構的頂板、側墻和底板的厚度分別是1200mm、900mm和1000mm，均采用C40混凝土進行澆筑。既有車站建成于1966年，尺寸為30m×7m，車站主體結構的頂板、側墻和底板的厚度大致均為1m。目前，車站處于正常運營狀態，為了避免影響既有車站的運營和安全，施工時需要將既有車站的沉降穩定在3mm之內。

根據現場鉆探的結果可知，在施工區域內的地質分布情況從上至下分別為雜填土、粉土填土、卵石層、粉質黏土和砂巖，新建車站的頂板位于卵石5層，底板位于卵石9層。由于新建車站采用的是PBA施工方法，因此為防止在開挖土體時既有車站產生較大沉降，影響正常使用，需使用深孔注漿技術，對受開挖影響的區域進行超強注漿加固，加固完畢后方可進行正常的導洞施工。在導洞開挖時，首先應開挖下部左、右兩側的導洞，待兩導洞掘進6m后，開始同步開挖上部左、右兩側的小導洞；當上部左、右兩側的小導洞掘進10m時，開挖下部中間的兩個小導洞，同樣掘進10m后，開挖上部中間的兩個小導洞。待所有小導洞全部貫通后，便施作導洞內的條形基礎和底縱梁，然后在條形基礎和底縱梁上采用人工挖孔的方式施作邊樁和鋼管樁。為了進一步穩定邊樁和鋼管樁，需要分別在上面施作樁頂冠梁和縱梁。而后，便需要開挖各小導洞之間的土體，同時要及時施作初支，待結構穩定后再拆除初支，并施作二襯和防水層。

2 深孔注漿控制技術

為了防止注漿時有漿液泄露，進而導致注漿效果不顯著，甚至不起作用，需要在注漿前將注漿區域用止漿墻圍起來，止漿墻由鋼筋網噴射混凝土構成。止漿墻施工結束后搭設施工平臺，平臺使用鋼管腳手架支撐體系，采用φ48×3.0mm鋼管。為方便施工及工人安全，可在上面鋪設硬木板并設置警示標語。為確保注漿效率及準確率，需要提前測量每個注漿孔的位置，方便注漿。后退式注漿采用TXU-200型鉆機泥漿鉆進，管幕鉆機采用空氣潛孔錘（氣動沖擊器）鉆進。TXU-200型鉆機鉆孔孔徑為φ42mm，管幕鉆機鉆孔孔徑為φ76mm。將鉆機鉆頭對準鉆孔后不可移動，直至鉆好一個孔后，才能移動到下一個鉆孔位置。若在鉆進過程中出現溢水，需要及時停止鉆進，直至排除問題。

全部注漿口鉆進完成后，即可進行注漿，每個注漿孔的注漿量按下式（1）進行估算：

式（1）中：R為漿液擴散半徑，取R=0.6L；L為注漿長度；n為地層孔隙率；α為地層填充系數，一般取0.8；β為漿液消耗系數，一般取1.15。

注漿材料的選擇需要依地質情況而定，一般情況下，可使用水泥和水玻璃組成的雙液漿。水泥-水玻璃的作用機理為：單一的水泥漿液凝結時間過長，會造成工期的延誤，且膠結效果較差，不能很好地加固地層，而加入水玻璃后組成的雙漿液，可以大大縮短凝結時間，且膠結效果顯著，能夠達到100%的結石率，從而起到加固作用。如果是富水地層，注漿時會因無法控制地下水導致加固失敗，可使用硫鋁酸鹽水泥漿化學漿液。不同注漿漿液的優勢及劣勢見表1。

表1 漿液性能對比

注漿過程中，必須嚴格遵守相應的標準，注漿量需經過計算、確認后，由專業的技術人員進行操作，全過程應確保注漿壓力不能過大或過小。若在注漿過程中出現漿液溢出，或注漿壓力出現不合理的變化，必須立刻停止并檢查問題，解決問題后方可繼續操作，一定要保證注漿量達到設計要求。操作完成后，需要馬上堵住注漿孔，防止跑漿。

根據工程的特點和難點以及地下工程的不可預見性，在施工過程中，還應采取如下措施：加強對風險源的監控，確保及時反饋信息，以便能隨時根據現場施工情況做出相應調整，保證施工安全；開挖過程中，應加強對前方的探水，發現問題及時采取小導管工藝進行補救；在初支施工過程，預留一定數量的注漿漿液，可以在沉降過大時補償注漿，保證結構安全；應著重注意沉降量，通過沉降數據的變化可以看出注漿的控制效果。

3 注漿效果驗證

在深孔注漿控制技術實施過程中，通過現場開挖記錄的注漿參數和實際檢測數據，證明注漿的效果。在小導洞開挖期間，根據施工掌子面揭示情況，把握現場的注漿效果，如果掌子面無滲水也無空隙，漿脈與膠結效果十分明顯，直立性能也得到顯著增加，則說明注漿效果良好，已經達到預期效果，可按施工計劃執行下一步施工步驟，注漿效果如圖2所示。

為了進一步驗證注漿效果，防止在施工過程中注漿不均勻而導致掌子面坍塌，同時也可通過實際沉降監測數據來檢驗注漿效果，提取在隧道上方布置的沉降觀測點的沉降數據，并整理、繪制成沉降曲線進行分析，沉降曲線如圖3所示。

由圖3可知，各測點在注漿之后的沉降速率均較注漿前有明顯減小。未作任何處理前，隧道頂部的沉降速率峰值達到了0.8mm/d，其次是邊墻處，沉降速率峰值達到了0.5mm/d，且各點的沉降量也一直處于單調增長的趨勢，如果不采取任何加固措施，最終的沉降量可能超過沉降控制標準。在進行深孔注漿處理后，無論是隧道頂部還是邊墻，其沉降速率峰值都已被控制在0.1mm/d內，且已經停止了沉降增加的趨勢。這說明，注漿已經起到了改善地層的作用，可有效增加地層承載力，提高施工時的安全程度，也可以保證既有車站的沉降在控制范圍內，符合施工質量控制標準。

4 結語

在導洞開挖前，為防止因為土質疏松、富水等原因影響施工安全，可以通過深孔注漿對受開挖擾動的地層進行加固處理。其原理是將漿液注入土體，漿液在土體中的流動過程，會將土體間的氣泡和地下水擠走，待漿液凝固后，便會將較松散的土層黏結起來，從而大大提高土體的強度、穩定性以及承載能力。

針對不同的地質情況，需采用不同的注漿漿液。對于滲透系數較大的地層，比如卵石層，可采取水泥-水玻璃雙漿液進行注漿加固；對于滲透系數較小的地層，比如未受擾動的細粉砂層，可使用硫鋁酸鹽化學漿進行注漿加固。兩種注漿漿液均具有凝結時間可控、注漿早期強度較高的優點。

在導洞開挖過程中，可以通過掌子面揭示的注漿效果，隨時對注漿參數、注漿量以及注漿工藝進行調整，以期達到最好的注漿效果。注漿結束后，通過實際工程中的沉降監測數據，對比注漿前、后不同監測點的沉降速率，可以明顯看出，注漿后的沉降速率較未作任何加固措施前的沉降速率大大減小，且沉降趨勢逐漸平穩，證明注漿可以起到改善地層的作用，可有效增加地層承載力，提高施工安全。