砂層深孔注漿實驗及成果分析

陳 安

(北京市軌道交通建設管理有限公司，北京 100080)

1 工程概況

1.1 項目概況

北京地鐵某暗挖區間下穿既有地鐵站，為提供作業條件，在暗挖區間南端設置橫通道，橫通道采用臺階法施工，斷面尺寸為4.7m×12.75m,5.2m×12.75m，分四層開挖，其中橫通道與既有M7號線距離最短距離為6.204m，最遠距離為9.476m。

圖紙設計橫通道12.45m～63.64m為超前加固措施為初支范圍外3m全斷面深孔注漿，與暗挖區間超前加固措施一致。為保證注漿效果、減小對既有線的影響以及為后續下穿既有線提供具體注漿參數，對橫通道2m～12.45m進行深孔注漿實驗。

1.2 水文地質情況

橫通道范圍由上至下穿越內地層為：粉質黏土層、粉細砂層和砂質粉土層；暗挖區間拱頂為粉質黏土，上半斷面為粉細砂，下半斷面為砂質粉土。

2 深孔注漿施工方案

2.1 施工準備

(1)止漿墻施工 防止深孔注漿過程中工作面漏漿，施作止漿墻，上下導洞止漿墻均采用φ6.0雙層鋼筋網，φ22@500×500mm鋼筋錨桿，L=2m，噴200mm厚C20混凝土進行封閉。

(2)注漿孔布設 鉆機就位之前，先進行測量放線工作，測量出每個孔的具體位置并進行編號，并用紅油漆標出。

(3)技術準備 項目部技術部門組織現場技術人員及注漿施工人員的技術交底會，確保現場人員熟悉技術交底相關內容，并在配漿站明顯位置懸掛漿液配合比標識牌。

2.2 定孔位

深孔注漿在注漿部位標識出孔位，鉆孔孔位偏差不宜大于 200mm, 成孔偏斜率不宜大于1%。

2.3 鉆孔

(1)鉆機按指定位置就位，調整鉆桿的垂直度。對準孔位后，鉆機不得移位，也不得隨意起降。

(2)注漿前檢查注漿管路及連接件、孔口管、止漿塞等，并進行試壓。

2.4 漿液類型

由于選取注漿試驗段內地層為細砂，同時存在層間滯水，且走向不明，普通水泥漿液固結緩慢隨水流失過多起不到有效加固效果，因此選取普通水泥漿液無法進行試驗，從而選取漿液類型為水泥-水玻璃雙液漿，注漿漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，注漿方式為鉆桿后退式。相關漿液材料如下。

水泥：普通硅酸鹽水泥P42.5，水灰比為0.8∶1～1∶1。

水泥—水玻璃雙液漿的體積比C∶S=1∶1，水玻璃濃度15～40波美度，注漿壓力0.3MPa～0.5MPa。

2.5 機械選取

鉆孔機械：鄭州TZB100/150，多功能鉆機，每節鉆桿長2m，可調整鉆孔角度，滿足施工需求。

注漿機械：鎮江ZBSB-70-11注漿泵及配套高壓管、消音器及測定工具。

制漿設備：水泥漿攪拌桶。

測定儀：CJ-G6型灌漿自動記錄儀。

2.6 注漿孔分布

參考DB11-1444-2017《城市軌道交通隧道工程注漿技術規程》第19頁9.2.1，此段地層漿液擴散半徑取值范圍為250mm～500mm，實際施工時以擴散半徑為250mm考慮，每個孔位間距0.5×0.5m，梅花形布置。

2.7 單節鉆桿深孔注漿量

漿液設計用量Q=V·n·α·β

式中：Q-注漿量(m3)；V-被加固的土體體積(m3)，擴散半徑為250mm，即0.25m，孔長10m，每節鉆桿長2m，單節鉆桿加固土體積=3.14·0.252·2，即0.392 5m3；n-地層孔隙率，可按地質勘察報告中給出的地層孔隙率取值，或參考DB11-1444-2017《城市軌道交通隧道工程注漿技術規程》第7頁4.2.1，因地層多為粉細砂、細砂、中砂，應選33～49%，本次計算取中，按41%計算。α-地層填充系數，因本次注漿擴散形式主要為填充、滲透，因此宜取1。β-漿液損失系數，宜取1.2～1.4，本次計算取中，按1.3計算。

單孔設計注漿量Q=1.962 5·0.41·1·1.3≈1.046m3(保留3位小數)。

單孔每節鉆桿注漿量Q=0.392 5·0.41·1·1.3≈0.209m3(保留3位小數)。

3 深孔注漿實驗

3.1 漿液配比

因水泥漿水灰比及水玻璃波美度均為范圍值，現場在此范圍內進行漿液調制，實驗段注漿孔共計30個， 通過在不同孔位注配置不同配比的漿液，以確定最適合此段地層漿液配比(因波美度>30的水玻璃在實際操作中較為粘稠，在水泥—水玻璃體積比為1∶1的情況下， 凝結時間較快，易堵管，不具備操作性，現場實驗時僅調制波美度15～30水玻璃)。

3.2 深孔注漿施工

注漿順序從上到下，同一排孔位應間隔注漿，預留部分孔位作為泄水孔，防止注漿過程中因壓力增大導致止漿墻開裂，同時若注漿壓力驟然升高或永不升高，應先停止注漿，找出原因并解決后繼續注漿，確保施工過程安全與質量，同時注漿過程中隨時觀察初期支護是否變形，如有變形應當立即停止注漿，待重新加固后繼續進行注漿。

工藝流程

(1)鉆孔：待定位確定好后，鉆機根據點位進行固定，鉆機使用無縫鋼管進行鉆孔，孔位偏差不宜大于20mm，成孔偏斜率不宜大于1%。

(2)檢查：注漿前檢查注漿高壓管及連接件、孔口管等，并進行試壓。防止出現安全事故。

(3)注水：尋找可能冒漿處并進行封堵。

(4)配漿：漿液配比中需按照實驗要求進行配比。

(5)注漿：注漿時每根注漿管需要按照實驗要求進行注漿，以便于后續開挖時觀察同種漿液配比，不同注漿量的注漿效果；不同種配比值的漿液注漿時應具有一定距離，且注漿時應確保注漿量相同，以便于后續開挖時觀測不同配比值漿液的效果；注漿時應確保注漿壓力在可控范圍內，同時應關注止漿墻是否出現變化。

(6)注漿實驗相關數據。

(7)注漿結束標準：注漿孔達到設計孔深，注漿過程中壓力逐漸上升，流量逐漸將少，當壓力達到注漿終壓0.5MPa，可結束單孔注漿；注漿孔達到設計孔深，注漿壓力未能達到設計終壓，注漿量已達到設計注漿量2倍，即0.418m3，可結束單孔注漿。

3.3 一般情況分析及處理

注漿過程中常出現管路堵塞、跑(串)漿等問題時，主要原因及處理措施參照以下表1處理。

表1 管路堵塞、跑(串)漿主要原因及處理措施參照表

3.4 異常情況分析及處理

(1)冒漿 注漿過程中時刻關注止漿墻、降水井、初支墻壁等是否出現問題、由于后退式注漿壓力較大，漿液滲入地層后，可能會隨處流動，導致噴射砼噴射較薄弱處出現冒漿，發現冒漿后應立即進行停止注漿，進行封堵，確認無問題后可繼續注漿。

(2)注漿管堵住 因需要觀察不同波美度水玻璃的注漿效果，可能會因為波美度濃度過高，導致漿液凝結過快，從而堵死注漿管，一旦出現問題，應先停止注漿，后確定是否是因為濃度過高導致。如果因濃度過高導致，應該迅速做好記錄并更換其他濃度。

(3)壓力值異常 應隨時關注壓力表讀書，如果壓力值長時間不動，一直超過規定壓力，因先停止注漿，確定是否是壓力表出現問題，如果是壓力表問題應更換壓力表方可繼續注漿，并隨時觀察。

(4)注漿量調整 地層的注漿量是否合適是地層加固的效果的體現，采用隔孔注入方式，這樣既避免注漿孔互相影響，又使后注孔起到補充先注孔的作用，保證土體漿液擴散均勻。

4 監控量測情況

橫通道、導洞上方監測點共340個沉降監測點，其中既有線附近沉降檢測點73個，施工期間通過對橫通道、既有線、周邊管線及建構筑監測點進行監測，監測數值無變化。

5 成果分析

5.1 注漿效果

通過調整水玻璃波美度、水泥漿水灰比，在同波美度情況下，水灰比為0.9∶1注漿效果最好，而在同水灰比情況下，波美度為25注漿效果最好，20稍次之，具體實驗結果如表2。

表2 調整水玻璃波美度、水泥漿水灰比實驗表

5.2 注漿強度

根據設計要求：地層注漿加固后單軸抗壓強度應達到0.6MPa～0.8MPa。

實驗段注漿加固完成后，委托具備檢測資質的第三方對不同配比情況下注漿孔注漿效果進行檢查，共抽取7個垂直探孔，每個探孔孔徑50mm，取芯的樣品拿到第三方檢測出檢測報告，具體注漿強度如表3。

表3 注漿強度檢測表

6 結 論

(1)地下水對注漿施工影響較大，施工前嚴格按照要求進行降水，如不具備降水條件，則需調整水玻璃波美度，加快雙液漿凝結時間，確保注漿效果。

(2)深孔注漿每段長度為10m～15m，本次實驗段為10m，在此配比情況下，注漿過程中，后8m～10m易出現堵塞注漿管現象，而同水灰比，水玻璃波美度為20未出現此情況，因此，粉細砂、細砂、中砂地層0～8m深孔注漿段深孔注漿水灰比為0.9∶1，水玻璃波美度為25，而8m～10m、8m～15m深孔注漿段深孔注漿水灰比為0.9∶1，水玻璃波美度為20。

暗挖車站施工步驟較為復雜，多次臨近既有線施工沉降控制比較困難，通過以上組合措施控制，有效地減少地面及既有線內施工沉降，同時對沉降監測曲線分析等結論分析，為后續類似施工提供了參考。