后退式注漿在淺埋隧道軟塑紅黏土層中的應用

任新建，鄭文昌，簡中飛，任登富

(1.貴陽市公共交通投資運營集團有限公司，貴州 貴陽 510000； 2.中鐵隆工程有限公司，四川 成都 610000)

0 引言

紅黏土是指出露在地表的碳酸鹽系巖石(如石灰巖、泥灰巖、白云巖等)，在熱帶、亞熱帶的濕熱氣候條件下經風化、淋濾和紅土化作用形成并覆蓋于基巖上的一種棕紅或褐紅或褐黃色的高塑性黏土。紅黏土的分布具有明顯的地域性，不同地區的紅黏土力學特性差異較大，尤以貴州地區的紅黏土工程特性最為復雜，其軟塑、富水特性導致常規注漿措施成孔困難、漿液擴散滲透不足，不能達到改善土體工程特性的要求，國內研究后退式注漿的文獻多為砂礫石或粉砂質堆積體等不良地質[1]，對于城市軌道交通穿越軟塑紅黏土的研究較少。孫克[2]在強中風化砂巖地層發生突泥涌水時，采用后退式注漿技術使堆積體內部得到有效固結；段學鋒[3]在隧道穿越污水管斷裂區域及隧頂富水粉細砂層時，采用后退式注漿加固確保了施工過程中道路和建筑物的安全；郭光旭[4]采用后退式注漿技術在富水飽和砂礫地層隧道施工過程中，解決了涌水、涌沙、塌方等危害；李治國等[5]在富水、松散、軟弱破碎地層進行隧道施工時，采用鉆桿后退式分段注漿技術，實現了鉆孔注漿的連續一體化作業，提高注漿效率，改善了注漿效果。貴陽地鐵2號線一期七機路口站—云峰路站區間隧道下穿軟流塑紅黏土層，施工過程中若處置不當極易引發地面開裂、脫空、坍塌等安全風險，為有效解決這一問題，引進后退式注漿技術對軟土層進行預加固處理，確保了施工安全。

1 工程背景

1.1 工程概況

貴陽市軌道交通2號線一期七機路口站—云峰路站區間，線路起止里程DK10+273.3～DK11+181.897,左線隧道全長912.055 m(右線908.598 m)，線路凈間距4.3 m～7.3 m，采用礦山法暗挖施工。

1.2 工程地質及周邊環境

七—云區間大部分隧道拱頂位于軟塑紅黏土或可塑黏土層，隧道拱頂埋深8.2 m～10.6 m，地下水位3.2 m～9.0 m，在巖溶管道水及雨污管道滲漏水的共同作用下，日涌水量約4 500 m3。

區間暗挖隧道沿線穿過的建(構)筑物和管線較多，線路側穿主要建構筑物有華聯超市及其北側2棟6層居民樓、白云區城管大樓、新安小區居民樓、垃圾轉運站、工商銀行營業廳大樓、鋁廠輸液管線橋墩、貴陽煙草局白云大隊辦公樓東側居民樓等；隧道中心線距周邊建筑的水平距離，左線為9 m～20.9 m，右線為9 m～21.4 m；下穿雨水管、污水管、自來水管、電力管、電信管、燃氣管等市政管線。通過機器人探測周邊雨污水管線進行了調查，發現既有雨污管線因年久失修，破損、堵塞、滲漏嚴重，使得紅黏土層長期處于浸泡狀態，改變了既有巖層力學性能，降低了圍巖等級。

1.3 前期施工情況

隧道位于市政道路下方，拱頂多為富水軟塑紅黏土或可塑黏土層,在施工過程中，隧道開挖對原有土體的擾動，加上地面的行車動荷載，大大降低了土體本身的自穩能力。工程前期采用傳統的超前小導管+型鋼拱架+錨桿+鋼筋網的錨噴支護技術，多次出現隧道掌子面及拱頂失穩，涌水、突泥，溶洞填充物流失，拱頂溶洞失穩、孤石掉落砸壞拱架、地面塌陷、管線破壞等安全事故。經過現場調查，出現該類情況的主要原因為：該隧道地質條件極其復雜，紅黏土層較厚，垂直裂隙與串珠狀溶洞發育且相互貫通，場地地勢較高，具有較大的匯水面積卻無明顯的地表排泄路徑，大氣降水主要通過強巖溶發育帶排泄，再加上周邊雨污管線滲漏嚴重，進一步加劇了土體松散區的擴大，導致土體短時間內迅速流失，出現塌陷情況。傳統超前小導管注漿，受限于注漿壓力及注漿工藝，擴散半徑較小，無法滿足超前預加固的效果，采用傳統的錨噴支護措施難以滿足現場的安全施工要求。

2 地質加固注漿方案比選

由于區間隧道拱頂位于軟塑紅黏土或可塑黏土層，根據紅黏土的不透水性，采用常規注漿小導管施工，存在漿液擴散半徑小，注漿效果不佳，且小導管剛性小，懸挑受力，不能完全承受拱部土體壓力；采用φ76 mm中管棚注漿或常規全斷面注漿，需先鉆孔后安注漿管道注漿，但在軟、流塑土體中，存在成孔困難與注漿擴散半徑小的問題；采用φ108 mm大管棚跟進施工，需修建管棚作業室，施工復雜，工期長。通過多方比選，本工程采用后退式注漿工藝，對掌子面進行注漿加固處理。

3 后退式注漿施工方案

3.1 修建簡易止漿墻

首段后退式注漿加固前，在隧道開挖掌子面修建簡易止漿墻如圖1所示，止漿墻掌子面掛設φ8@150 mm×150 mm單層網片，同時在掌子面初支環向施作φ22×2 m錨筋，與鋼筋網片連接成整體，增加其受力特性。最后采用C25網噴混凝土封閉，厚度50 cm。若后期需連續加固時，則利用已經注漿加固后的2 m～3 m土體作為止漿墻，實現搭接施工，可不另作止漿墻。

3.2 超前地質預報

在止漿墻施工完成后，后退式注漿施工前，采用掌子面地質雷達掃描+超前水平探孔的形式對隧道前方的地質、水文情況進行探測(見圖2，圖3)，根據探測結果調節注漿參數，避免盲目注漿[6]。

3.3 后退式注漿工藝流程

按照“由外到內、由上到下、間隔跳孔”的原則進行注漿加固處理。首先用鉆機定位、鉆孔，孔深20 m；然后采取后退式分段注漿工藝注漿施工，注漿分段長度根據鉆孔情況可現場調整，本案例采用1 m～2 m為一段，即鉆進孔底，注漿一次，注漿結束后再退1 m～2 m進行注漿，依次循環，直至結束該孔注漿。若鉆孔過程中遇到突水、涌泥，則應立即停止鉆孔，進行注漿。注漿時同步做好地面沉降觀測工作，具體注漿施工工藝流程如圖4所示，圖5為后退式注漿施工示意圖，圖6為后退式注漿布孔示意圖。

3.4 注漿參數

注漿參數見表1。

表1 注漿參數

3.5 漿液配合比

注漿材料采用普通水泥-水玻璃雙液漿、普通水泥單液漿，注漿材料配比見表2。

表2 注漿材料配比表

3.6 注漿異常處理

在注漿過程中，通過儀器監測手段和日常巡視，監測地表隆起及隧道周邊管線的沉降及變形情況。后退式注漿壓力較大，漿液進入地層后土體封閉強度較低或松散不密實處，可能會出現漿液冒出地面等情況，發現后應立即停止注漿，封堵冒漿，確認無問題后再進行下一步注漿。應根據冒漿情況采取間歇注漿保證注漿加固的效果。

注漿漿液的膠凝時間通過試驗和加固土體的性質及含水量確定，注漿加固的地層含水量較大時，地下水易稀釋注漿漿液，導致漿液配合比發生變化而影響加固效果，配置雙漿液時應根據地層的含水量調整配合比，保證不同含水量地層的加固效果。

由于現場情況多變，洞內注漿時雙漿液膠凝時間較短，兩種漿液混合過程中可能因凝固而堵塞管路，一旦管路堵塞應立即停止注漿，拆卸注漿管并將注漿泵沖洗干凈，待查出故障部位、管路通暢后方可繼續注漿，以免損壞機械或發生傷人事故。

3.7 注漿效果檢驗

注漿結束后，采用鉆機取芯驗證注漿效果如圖7所示，取芯過程中，檢查孔不坍孔，不涌泥，漿液填充率達80%；后期開挖揭示掌子面注漿凝固體呈脈狀分布如圖8所示，拱部軟流塑地層有效加固效果達75%以上，隧道開挖面土體穩定，解決掌子面失穩、涌水、突泥等問題，達到了控制沉降變形的目的。

4 結語

紅黏土不同于其他黏性土，因其具有高滯水性、突變性、上硬下軟、滲透性差等特性，表現出軟狀、流塑狀態，為該類地質城市淺埋暗挖隧道施工加大了施工難度，特別是隧道下穿軟塑狀紅黏土層，若處治不當，容易引發地面沉陷、坍塌等安全風險。采用后退式注漿技術可有效實現在軟流塑狀紅黏土層低壓注漿加工操作，保障施工安全、城市管網道路安全，加快施工進度。該技術其關鍵點在于改良紅黏土物理性能，且操作簡單。主要工藝為：一是修建簡易止漿墻，利用鋼筋網片噴射混凝土，同時在掌子面初支環向施作錨筋與鋼筋網連接成整體，施工簡單，效果顯著；二是采用后退式注漿技術，利用潛孔鉆機在掌子面向前方鉆進至設定深度，然后鉆桿旋轉后退，同時進行注漿作業，無需單獨鉆孔埋管，利用隧道前方天然土體及簡易止漿墻，可有效控制注漿壓力，確保在城市淺埋隧道施工中地表環境安全。綜上所述得出如下結論：

1)由于紅黏土的不透水性，在軟流塑狀紅黏土層低壓注漿加固一直是工程界的技術難題，采用后退式注漿技術科學有效的突破了該項問題，有效解決了在低壓環境下軟流塑紅黏土注漿難的問題，利于加固軟流塑狀紅黏土，確保開挖安全。

2)由于隧道洞內施工場地狹窄，簡易止漿墻的修砌采用網噴混凝土+錨筋的形式施工，方便快捷，避免了傳統混凝土澆筑的繁瑣，因此止漿墻修建具有簡單易操作、穩固、快速、高效的優點。

3)后退式間歇低壓注漿工藝操作簡單，不用先成孔后埋管，有效解決了傳統工藝在軟流塑狀黏土層成孔難、反復洗孔的缺點；注漿壓力較小，防止地面隆起對管線及路面結構造成破壞；此外，加固段落巖層變化較大時，可根據圍巖情況實時動態調整漿液配比參數，不用再單獨開孔注漿。

4)在城市淺埋隧道施工過程中，周邊環境保護是重點。該工藝施工可操作性強，利于減小對周邊環境的影響，有效保護市政管網，確保市政管網及道路運行安全。

5)施工簡便、易操作，縮短工序銜接，加快了施工進度，降低施工成本，達到安全、經濟、高效的目的。