地鐵暗挖隧道工程中的深孔注漿施工技術

趙宏達

（中鐵二十三局集團第二工程有限公司，北京 102600）

1 引言

地下水的治理是地鐵建設中的重難點內容，在地鐵暗挖隧道工程中，常采用深孔注漿施工技術，其特點在于可有效止水，減小現場地下水對施工的影響，營造安全的暗挖隧道施工環境。實踐表明，深孔注漿施工技術在改善施工條件、保證施工質量等方面均有突出的優勢，是地鐵暗挖隧道工程中的重要技術形式，有必要加強技術探討，把握應用要點，以便充分發揮該技術的優勢。

2 TGRM深孔注漿的原理與應用優勢

TGRM是基于特殊注漿材料進行注漿的工藝形式，被廣泛應用于地下注漿施工中，例如，城市隧道下穿道路、管線等工程。隧道開挖具有一定的破壞性，加上城市已建設的設施類型豐富、數量多，開挖可能對道路和管線造成影響，需采取控制措施，以免既有設施異常下沉，在此施工要求下，可采用TGRM水泥基特種灌漿料，用于維持地表的穩定性，規避異常狀況。TGRM水泥基特種灌漿料兼具以下多項優勢：

1）耐久性：以無機的硫鋁酸鹽水泥為主要成分，按比例摻入多類特種外加劑，拌制后的漿液可取得突出的加固效果，通常可滿足工程10年的使用壽命要求。

2）早強性：按照1∶1的水灰比制備漿液后，2 h的強度可提升至2 MPa，24 h超10 MPa，注漿后可在短時間內顯現出效果，得益于材料的早強特性，中途無須等待過長的時間即可安排開挖作業，提高了施工效率。

3）微膨脹性：以注入地層固化施工為例，漿液產生的漿塊有1%～2%的膨脹率，通過此類漿液的應用，可填補因土體擾動而引起的地表下沉，有利于維持地表穩定性。

4）抗分散性：漿液制備時摻入適量的絮凝劑，使漿液具有抗分散性，優勢在于抵御地下水對漿液的沖擊，以免漿液被沖散。由于漿液具有抗分散性，可有效控制注漿范圍，減少不必要的漿液浪費量，并且在地下水流動較強的區域具有更突出的應用效果[1]。

3 項目概述

某軌道交通工程，雙線全長1 338 m，其中，某區段為上軟下硬地層，拱頂穿越富水砂礫層和中砂層；掌子面以富水砂層居多，區間多次近距離穿越所在城市的重要建（構）筑物，施工的擾動性較強，可能會對周邊環境造成干擾，因此，加強防控至關重要。中砂層、砂礫層以石英質為主，級配良好，分選性差，在動水作用下可能發生軟化，缺乏足夠的自穩能力，嚴重時有坍塌的可能。

4 工程施工的重難點

1）現場勘察結果顯示，在左線拱頂周邊有雨水箱涵，此設施建設年代久遠，由于雨水的沖刷作用，導致底部的砂墊層受損，顯現出大量的水囊、空洞。此外，箱涵常年水量較多，是隧道水源的重要補給形式，在高水量的狀態下，極易威脅隧道的施工安全。

2）隧道周邊分布居民區，且以高密度的高層建筑居多，此條件下難以開展地面降水工作，為滿足工程對水處理的要求，需采取超前注漿止水、洞內引排的方法。

3）隧道斜穿越φ500 mm次高壓燃氣管，為保證該燃氣管的正常使用，必須加強控制，最大限度地減小沉降量。

5 深孔注漿施工技術的應用

5.1 注漿準備

1）梳理施工條件。加強現場勘察，確定施工范圍內的地質條件和水文條件，同時關注周邊的建設狀況，例如，已建設的建（構）筑物和管線，把握好隧道施工與周邊設施的位置關系；關注工程在工期和造價兩方面的要求，以便合理規劃注漿作業。

2）漿液注入方法的選擇。根據現場地層條件采取合適的漿液注入方法：中粗砂層以滲透擴散的方法為宜，材料選用超細水泥-水玻璃雙液漿；動水粉細砂層溶洞以劈裂擴散的方法為宜，漿液選用6種共混材料；斷層破碎帶以裂隙填充的方法為宜，材料選用普通水泥-水玻璃雙液漿；粉細砂層局部空洞的處理則以擠壓填充的方法為宜，材料選用普通水泥單液漿。

5.2 深孔注漿設計

5.2.1 基礎參數

1）凝膠時間：根據材料的類型而定，單液漿不超過8 h，雙液漿30 s～3 min。

2）單孔單段注漿量：結合工程參數，借助相關公式計算而得。

3）分段長度：以前進式分段注漿的方法為例，每段不超過5 m。

4）注漿終壓：水壓穩定在0.2～0.4 MPa。

5）注漿速度：根據地質條件動態控制，砂層、粉質黏性土20～40 L/min；斷層破碎帶60～120 L/min；砂礫石40～60 L/min。

各項注漿參數的合理設定是取得良好注漿效果的重要前提，需要以現場試驗的方法確定，并結合施工條件靈活優化，保證注漿參數的可行性。在本工程中，主要考慮的是現場砂層和粉質黏土層，確定適宜的注漿參數，具體見表1。

5.2.2 深孔注漿工藝

以前進式分段的方式注漿，基本流程為：在指定點位用水平地質鉆機鉆孔，然后將配套的孔口管安裝至孔內，以分段的方法有序向前鉆注施工，最終完成整個深孔注漿作業。單個循環進尺為2～3 m，鉆孔到位后先將鉆桿退出，再完成法蘭盤和注漿管的安裝作業，注漿后，加強對漿液狀態的觀察，若其凝固則拆除法蘭盤，再按照前述提及的流程鉆孔，重復作業，直至鉆進深度達到要求為止。

5.2.3 注漿設備

ZDK-5水平工程地質分體式液壓鉆機，此設備的靈活性較強，可根據現場施工條件適當傾斜和偏移角度，以便高效注漿。

5.3 施工方法

5.3.1 注漿范圍的設定

每循環施作長度12 m，開挖量10 m，剩余2 m暫不做開挖處理，作為下一循環的止漿巖盤。

5.3.2 鉆孔、注漿

鉆孔前，以噴射混凝土的方法封閉掌子面，形成穩定的止漿墻，避免注漿期間出現漏漿現象。鉆孔和注漿的作業要點如下。

1）鉆進成孔：以設計圖紙為準，確定孔口的具體位置，做好標記。孔位偏差≤20 mm，鉆孔角度偏差≤1°。鉆孔前做好技術交底，使司鉆人員掌握作業要求和具體方法，以便后續順利鉆孔。嚴格控制鉆桿深度，以慢速的狀態鉆進，保證鉆進深度的合理性[2]。鉆孔期間加強觀察，若有大量溢水的現象，暫停鉆進，查明原因，制定可行的處理方法，待現場異常狀況得到處理后，方可恢復鉆進。

2）提升鉆桿：以勻速的狀態提升鉆桿，每次回退量≤20 cm；鉆桿在鉆進期間附著一定量的渣土，因此，回退出孔后及時清理鉆桿，以便后續繼續投入使用。

3）漿液配制：以試驗確定的配合比為準，精準稱量各類質量達標的原材料，充分拌和，得到滿足注漿要求的漿液。為充分發揮出漿液的性能優勢，盡可能隨拌隨用。

4）正式注漿：注漿壓力0.15～0.75 MPa，具體根據現場情況靈活調節，同時注漿作業人員加強對每孔注漿量、注漿壓力等參數的控制。若注漿時出現注漿壓力異常波動（升高或降低）的情況，暫停注漿，分析原因，采取調節注漿參數、移位等相關處理方法，待現場恢復正常施工狀態后，方可繼續注漿。

5.4 注漿期間可能出現的異常狀況及其處理措施

5.4.1 冒漿

注漿時，現場作業人員加強對地表和相鄰管線的觀察，判斷隨著注漿進程的推進地層是否存在異常變化。例如，遇局部冒漿現象時，及時對該處做堵塞處理，以免漿液繼續冒出，必要時調整為間歇注漿的方法，使漿液被有效注入地層內。

5.4.2 注漿壓力異常波動

注漿壓力是注漿過程中的重點控制指標，若該值異常偏高或偏低均會影響注漿效果。注漿壓力偏高時，可能是管路堵塞所致，需及時檢查管路，若有堵塞則予以疏通；注漿壓力偏低時，可能是管路漏漿所致，需要及時修復，使管路恢復嚴密狀態。注漿期間動態控制注漿壓力，注漿接近尾聲時，終壓不可超過設定值。

5.4.3 凝膠時間變化

凝膠時間主要以現場加固土體的特性為參考合理調整。地層含水量偏高時，由于水的干擾，注入的漿液可能被稀釋，因此，需縮短凝膠時間；地層含水量偏低時，可適當延長凝膠時間，以保證漿液有足夠的擴散范圍，實現對特定區域的加固處理。凝膠時間的調節主要以原材料比例優化的途徑實現，根據規律，在水泥漿比例較高時漿液的凝膠時間相對較短。

5.4.4 注漿量調整

為控制地層的注漿量，宜采取隔孔注入的方法，避免相鄰注漿孔彼此造成影響，且后注孔的漿液還能在一定程度上補充先注孔，使各孔的漿液均具有飽滿性，進而全面加固土體。

5.5 深孔注漿效果分析

深孔注漿結束后，以鉆芯取樣的方法測定抗壓強度，只有在實測強度達到1.5 MPa后方可安排隧道開挖作業，否則需補注漿并再次檢驗，直至檢測結果滿足要求為止。

在本工程的施工中，對注漿后的施工情況做了全面的檢查，掌子面未見滲漏水現象，現場土體經過加固后其強度大幅提高，可避免原始狀態下軟弱、承載力不足的問題。在TGRM注漿的方式下，順利通過填石層、富水砂層，也安全通過水塔、次高壓燃氣管等既有設施，現場施工狀態良好，無安全事故，保證了既有設施的正常使用，總體來看，施工安全性較好、施工質量和施工進度滿足要求，具有突出的經濟效益和社會效益。

6 結語

綜上所述，地下水的治理是地鐵安全隧道工程中的重點內容，在此方面，深孔注漿施工技術具有代表性，通過該項技術的合理應用，可有效加固土體，減小地下水對現場施工的不良影響。經過本文有關于工程實例的分析，提出深孔注漿施工技術的具體應用要點。現場檢驗結果表明該項施工技術具有良好的應用效果。