帷幕注漿加固技術在地鐵線路段工程施工中的運用

薛永斌

（中電建鐵路建設投資集團有限公司，北京 100000）

帷幕注漿加固是將制備好的漿液材料，以一定壓力注入到巖層的裂隙中。一段時間后漿液材料凝固，可同時發揮阻水效果和加固效果，顯著提高了巖層強度，保證了上部工程穩定。在地鐵隧道工程施工中，由于隧道開挖深度大、隧道線路長，不可避免會遇到軟弱圍巖、巖層破碎等特殊地質。這種情況下選用帷幕注漿加固技術，可以在較短時間內顯著提升巖層強度，為隧道工程施工創造理想條件。當然，在帷幕注漿加固施工中，鉆孔深度、注漿壓力、注漿量等都是需要重點把控的技術要點。只有采取精細化的施工管理，才能切實發揮帷幕注漿加固技術的優勢，進而保證地鐵工程建設任務的高標準完成。

1 工程概況

X 市地鐵的某區間隧道全長2 683.06 m，深度11.5～15.5 m。該區段內設有1 座豎井和1 處橫通道，豎井采用噴錨支護方式，橫通道采用噴錨構筑法施工。隧道整體為復合襯砌，隧道拱頂與地面最小距離為4.6 m。根據地質勘察結果，施工區域位于構造破碎帶上，沿線有3 條寬度在15～20 m 不等的構造破碎帶；地下水主要為松散土層孔隙水和基巖裂隙水。為保證隧道結構的穩定性，采用了帷幕注漿加固技術。

2 帷幕注漿加固技術的應用

2.1 注漿材料的選用

帷幕注漿加固技術中所用的漿液材料，主要有主劑、溶劑、外加劑三部分組成。主劑通常選擇水泥、粉煤灰，與溶劑（水）和外加劑按照一定比例混合后，充分攪拌制得漿液[1]。注漿材料的選用直接決定帷幕注漿加固效果，是施工準備階段的一項重要工作。在本次工程中，結合地質條件和隧道施工要求，在選擇注漿材料時應滿足以下幾點要求：（1） 漿液粘度低，保證有良好的流動性，可以充分滲透至巖層的微小裂隙中，達到良好的充填、加固效果。（2） 漿液無腐蝕性，不會對注漿設備造成腐蝕，并且易于沖洗。（3） 漿液的穩定性強，可在常溫環境下保存較長時間。（4） 漿液綠色、無毒，不會對地下水以及施工現場的生態環境造成破壞。現階段市場上可以選擇的注漿材料有多種，按照其組成形態的不同，大體可分為兩類，即顆粒漿液、溶液漿液。前者又包括水泥漿、水泥粉煤灰漿等；后者包括水泥-水玻璃漿、環氧樹脂類漿、聚氨酯類漿。在綜合考慮成本、性能、適用范圍等多種因素的基礎上，本次隧道帷幕注漿加固工程最終選擇了水泥-水玻璃漿液，黏度20～100×10-3pa·s，滲透系數10-2cm/s，擴散半徑20·30 cm，其組成成分見表1。

表1 水泥-水玻璃漿液的基本參數

2.2 施工準備

2.2.1 布置注漿系統

在選定漿液材料后，還要設計帷幕注漿加固的注漿系統。現場施工時，首先進行預注漿，目的是檢查并修正注漿施工的各項參數，將最終確定的參數應用到正式的注漿施工中。根據地質勘察結果，該隧道工程位于斷裂破碎帶上，因此無論是鉆孔作業還是注漿作業，都必須按照“先外后內，先近后遠”的順序，可有效避免出現塌孔的情況。另外，現場作業空間狹小，在布置注漿系統時也應盡可能的節約空間，本次工程中逐漸系統的布置見圖1。

圖1 注漿系統布置示意

注漿系統安裝完畢后，還要安排注漿施工所用的各類機具設備進場。本次工程中使用到的主要設備有鉆孔機、注漿泵、止漿塞等。KY-200 型潛孔鉆機入場后，按照標記好的孔位順序，置于1#孔位處，施工人員調整鉆機，使鉆桿垂直，鉆頭與孔位點對齊。

2.2.2 漿液的配制

本次工程中所用注漿材料為水泥-水玻璃漿液。其中，水灰比為1:1，水玻璃原漿與水的比例為1:1.5。按照上述比例將各類基礎材料倒入雙層攪拌器中，設定攪拌時間為20 min[2]。等到充分攪拌結束后，使用網孔為1 mm×1 mm 的細目篩網進行漿液過濾。所得漿液可以暫存于施工現場的儲漿桶中，漿液從制備完成到施工，中間間隔時間應控制在3 h 以內。漿液經檢查確定符合施工要求后，確定注漿參數，包括注漿加固長度、注漿壓力、注漿速度等，為下一步的注漿施工提供必要的參考。注漿參數見表2。

表2 注漿參數

2.3 帷幕注漿施工流程

上述準備工作結束后，開始進行帷幕注漿加固施工。首先按照施工圖紙，在掌子面上彈線標記出各個注漿孔的位置，對標記點進行復核確定無誤后，按照順序標記序號。然后重新檢查鉆機是否校正，并設定鉆進參數（包括進給壓力、進給速度等），參數設定完成后啟動鉆孔機，開始進行鉆孔。鉆進作業中隨時檢查成孔效果，發現鉆孔偏斜后及時采取糾偏措施。嚴格控制鉆進深度，避免出現超挖或欠挖的情況。第一個鉆孔鉆完以后，退出鉆頭，檢查成孔效果，確認無塌孔等質量問題后，進行鉆孔清洗。此時將鉆孔機移動至2#孔位，同時在1#孔位進行注漿施工。注漿時同樣需要設定注漿泵的參數，對于短孔可適當減小注漿壓力，對于長孔則增加注漿壓力，保證漿液能夠充分滲透到破碎巖層的孔隙中。現場注漿中，以注漿壓力和注漿量作為結束依據。當實際注漿量達到設計注漿量的80%后，或者是注漿壓力達到設計注漿壓力并穩定10 min 后，即可停止注漿。等到施工區域內所有的鉆孔全部注漿完畢后，統一檢查注漿效果，避免出現漏注孔。

2.4 配套注漿工藝

在地鐵隧道的帷幕注漿加固施工中，由于線路較長，地質條件較為復雜，因此在實際施工中還應根據不同區段的具體情況，采取一些配套的注漿工藝。例如在地表隆起程度過大的情況下，要使用誘導劈裂注漿工藝；在遇到富水軟弱區域時，需要使用前進式分段注漿工藝等。

2.4.1 隔壓滲透封固注漿

施工中遇到砂層結構時，由于這類地質組成松散、強度不高，鉆孔施工或注漿施工容易對原有的地質結構造成破壞，進而出現漏漿、孔間串漿的現象。因此，在砂層地質進行注漿施工，需要采取隔壓滲透封固注漿工藝[3]。該工藝的原理是：選擇速凝材料加入到專用的隔壓膨脹注漿器內，使材料膨脹后自動完成加壓。然后將注漿器緊貼在鉆孔的孔壁上，這樣就能利用注漿器使漿液材料與砂層進行分隔。然后打開注漿器末端的高壓閥門，在釋放壓力的過程中讓漿液填充到周圍的軟弱圍巖中。等到漿液凝固后，即可提高圍巖的穩定性，從而達到理想的注漿加固效果。隔壓滲透封固注漿的現場布置見圖2。

圖2 隔壓滲透封固注漿示意

2.4.2 前進式分段注漿

在隧道加固施工中，如果遇到富水軟弱區域，會因為地下水較為豐富導致漿液注入后被稀釋，從而影響加固效果，這種情況下需要采用前進式分段注漿工藝。其原理是按照逐段、逐層推進的方式，讓鉆孔和注漿工序交替進行，既可以提高注漿加固的施工效率，同時還能解決漿液材料不均勻的問題，讓加固效果得到明顯提升。為了保證注漿質量，每段長度控制在4～5 m[4]。前進式分段注漿區段可分為3 部分，靠近孔口管的起始段，需要保持低壓、慢速注漿，避免注漿太快或者一次性注漿量太大，導致地表隆起的情況；在進行末端注漿時，要適當增加注漿壓力，保證漿液能夠滲透到底部巖石的裂隙中。前進式分段注漿的現場布置見圖3。

圖3 前進式分段注漿示意

2.5 特殊情況的處理

在帷幕注漿加固施工中，有可能遇到一些特殊情況，如孔間串漿、注漿壓力長時間不上升等。現場施工人員要根據具體問題采取相應的處理措施，確保現場施工順利進行和提高施工質量。這里以注漿壓力長時間不上升為例，其原因可能與漿液材料過于稀薄，或者注漿壓力太小有關。因此，現場施工人員在觀察到注漿壓力超過10 min 沒有明顯變化后，必須檢查漿液的濃度，如果過于稀薄需要調整漿液的比例，增加水玻璃的比例，以提高漿液濃度[5]。如果漿液濃度合適，則考慮是因為壓力不足導致的，需要在注漿設備上調大壓力，在觀察到注漿壓力開始穩定上升后即可解決問題。

3 帷幕注漿施工效果分析

為了驗證帷幕注漿加固技術在地鐵隧道施工中的應用效果，還需要選擇恰當的方法進行評價。常用的評價方法有檢查孔法、開挖取樣法以及分析法。本研究選擇分析法，通過收集注漿信息，根據注漿壓力（P）、注漿流量（Q）和注漿時間（T）的相互關系，繪制P-Q-T 曲線，評價注漿加固效果，見圖4。

圖4 注漿P-T 與Q-T 曲線圖

根據圖4 可知，本次工程中起始注漿壓力為0.7 MPa，隨著注漿時間的增加，注漿壓力也相應的提升。這是因為現場注漿采用的是由上到下、由近及遠的順序。注漿時間越長，注漿位置越深，為了保證漿液能夠以鉆孔為中心向四周順利擴散，必須要持續增加逐漸壓力。當單孔注漿時間達到40 min 后，注漿壓力達到了1.1 MPa，之后隨著注漿時間的繼續增加，注漿壓力穩定在1.1 MPa 不變，說明漿液已經完全充填到破碎巖層的裂隙中，并且沒有漏漿情況。在開始注漿后的50 min，終止注漿。另外，在剛開始注漿時進漿量比較大，結合圖4（右）可知大概在52 L/min，這是因為地表巖層裂隙較大，消耗的漿液量較多，并且注漿阻力較小，因此進漿量較大；而隨著時間的推移，注漿深度增加，地層巖層的裂隙寬度變小，注漿阻力增加，因此進漿量逐漸降低，最終在注漿40 min 后，穩定在20 L/min。根據P-Q-T 曲線分析可知，本次工程中采用帷幕注漿加固技術，可以使漿液較好地充填到隧道破碎巖層的孔隙中，起到了理想的加固效果。

4 結論

在地鐵線路工程施工中，經常會遇到各類復雜地質條件。其中，巖層破碎會導致工程基礎的承載力下降，進而影響到地鐵線路工程的運行穩定和行車安全。因此，在地鐵隧道施工中必須要采取針對性措施加固基礎。帷幕注漿加固是一種比較常用的破碎巖層和軟弱圍巖加固技術，將制作好的漿液以較大的壓力灌注到巖石裂隙中，等到漿液凝固后可以同時發揮加固巖層和阻擋滲水的效果。在本次工程中，使用帷幕注漿加固技術對地鐵隧道工程的破碎巖層進行了加固，分析表明注漿效果良好，為地鐵線路工程的高質量建設完成奠定了扎實的基礎。