北京地鐵某豎井富水砂卵石地層注漿止水施工技術

陳浩

（北京軌道交通建設管理有限公司，北京 100068）

1 引言

地下水對軌道交通工程的施工影響很大，在前階段依據北京水文和工程地質情況，大多采用降水方案從而實現無水作業環境。而隨著北京市對地下水的保護和相關政策的提出，軌道交通工程建設中采用止水方案作為控制地下水的措施勢在必行，因此，針對北京不同地層及工程需求采取相應的止水措施具有實際的工程意義[1]。

城市軌道交通止水方案的選取一般有帷幕止水和冷凍法止水。冷凍法施工適用于滲透性較好及降水工況，同時施工造價較高，凍融時沉降無法預估；而對于帷幕止水，多采用旋噴樁、咬合樁、地下連續墻等方式，但均需在開挖施工前完成帷幕施工；針對降水井部分區域無法施工的工況，采用樁間及基坑底部通過注漿形成止水帷幕的止水方案[2]。

針對軌道交通結構入水深、土層滲系數大、粒徑大的砂卵石止水方案未曾有較多文獻提及，而隨著隧道開挖深度的加大，及北京市地下水位的上升，該問題成為北京地鐵施工急需解決的問題。以北京地鐵16 號線19 標段2#豎井止水為例，對入水深、高滲透性、涌水量大、無隔水層的砂卵石地層進行注漿止水分析及研究，闡述了注漿止水方案在該地層的可行性，并在注漿止水帷幕設計、施工工藝、注漿材料方面進行了研究，通過對現場止水效果的觀察，滿足了現場開挖需求，為該土層的止水方案的選取提供了工程案例支撐[3]。

2 工程概況

2.1 工程簡介

北京地鐵16 號線工程土建施工19 合同段2 號風道2 期采用倒掛井壁法施工，風井結構尺寸為（9.3～10.3）m×5.05 m，高度約34.2 m；風井由鋼格柵+噴射混凝土的初期支護和模筑鋼筋混凝土的二次襯砌構成。地下水位高于結構底板。由于該結構為后期增加，現場無施作降水井條件，故地下水處理采用止水方案，采用倒掛井壁法施工（見圖1）。

圖1 2#豎井平面布置圖

2.2 地質及水文情況

本站地面高程變化較大，范圍約為42.81～4.74 m，根據巖土工程勘察報告，工程范圍內地下水為潛水（二），含水層主要為卵石⑦層及礫巖13○層，水位標高為20.41～21.69 m，水位埋深為22.40～24.05 m，該層水滲透性好，主要接受側向徑流和越流補給，以側向徑流補給的方式排泄。含水層底板為基巖，基巖面呈北高南低趨勢，地下水隨基巖面起伏。卵石⑦最大粒徑不小于300 mm，一般粒徑為20～140 mm，粒徑大于20 mm 的顆粒占總質量的70%，亞圓形，中粗砂填充[4]。

2.3 注漿施工前現場工況

豎井開挖至標高21.5 m 位置，位于砂卵石地層，砂卵石與下層泥巖地層界面標高為19.9 m，根據豎井開挖實測水位標高約25.5 m 位置，此時豎井側壁及底部出現大量涌水，出水量約80 m3/h，豎井內水深約1.0 m，如圖2 所示。

圖2 現場土層及水位情況

3 富水卵石層注漿止水方案

3.1 豎井臨時封底及初支加固方案

為滿足深孔注漿條件，減小施工風險，需采用10 根I22a@1 000 mm 工字鋼進行臨時豎井封底，本次封底噴射混凝土+工字鋼+網片的形式，工字鋼與兩側豎井格柵采用4φ25 mm “L”形筋進行連接或錨入豎井格柵內，C20 混凝土噴射厚度300 mm，網片為φ6.5 mm@150 mm×150 mm，連接筋為φ22 mm，間距500 mm 內外層布置。

距離臨時封底1.8 m 位置設置雙拼I22a 工字鋼圈梁，沿豎井長邊設置I22a 對撐，間距2 000 mm。圈梁下設置L75 mm×75 mm 角鋼三角撐，間距1 000 mm，采用YG2 型脹管螺栓（M18，長度L=150 mm）固定，另外在短邊井壁中部設置1 根豎向I22a 工字鋼立柱，長邊井壁設置2 根豎向I22a 工字鋼立柱，間距1 500 mm。如圖3 和圖4 所示。

圖4 豎井初支加固剖面圖及三角托架加工示意圖（單位：mm）

3.2 基于不同注漿材料的止水方案設計

3.2.1 試驗目的

1）對不同注漿材料、注漿深度，觀察注漿參數的變化，同時觀測注漿效果及對周邊環境的影響，確定不同材料的實際施工參數。

2）分別對不同注漿材料在富水卵石層中的可注性及加固、止水效果進行分析，為類似工況下合理選擇注漿材料提供支撐。

3.2.2 試驗區域及注漿材料確定

結合現有應用場景，選用3 種注漿材料進行富水砂卵石地層中的加固、止水效果試驗：常規改性水玻璃+水泥水玻璃雙液漿漿液組合、快硬硫鋁酸鹽灌漿料、普通硅酸鹽水泥+水下不分散注漿料，如圖5 和表1 所示。

表1 注漿材料試驗表

圖5 注漿試驗分區平面示意圖

3.3 施工中遇到的問題及處理措施

為了應對注漿時出現的施工狀況，提前對可能出現的管路堵塞、跑（串）漿等問題的原因及處理措施進行整理，施工時出現突發狀況及時進行排查及解決，如表2 所示。

表2 注漿管路堵塞原因分析及處理措施

4 施工過程及開挖驗證情況

4.1 施工過程情況觀察

3 種材料組合在注漿過程中，組合三由于材料本身黏度大，在注入土體中壓力提升最快，組合二最慢，其凝膠時間最長。

通過改性水玻璃、水泥水玻璃雙液漿進行注漿后，臨近一期豎井泄水孔水流逐漸減小至無水，且無漏漿現象，注漿孔周邊豎井壁滲漏水有減小趨勢，但注漿孔上部之前不明顯漏水的地方有水流增大趨勢。說明漿液注入后，首先沿著孔隙較大的區域擴散，也就是封堵既有土層水流通道，減小孔隙率，形成有效堵水，而后漿液會沿著鉆桿向襯砌背后填充，垂直方向填充豎井壁背后空隙將豎井背后流水向上擠壓，水平方向填充封底格柵背后空隙向四周蔓延，產生初襯由陰濕不明顯到局部漏水的情況。

4.2 開挖效果驗證

豎井封底破除完成至第一榀開挖過程中，豎井壁少量滲水，由于注漿擠密豎井底卵石層，挖機開挖困難，需要換炮錘，開挖過程中出現少量卵石雙液漿結合體。北側漿脈以化學漿液為主，與卵石結合體強度低，基本無黏結；西側、南側漿脈以雙液漿為主，與卵石結合強度高，黏結性大。第三榀開挖過程中，北側偏東漿脈以化學漿液為主，與卵石結合體強度低，基本無黏結，北側偏西漿脈以雙液漿為主，與卵石結合體強度高，黏結性強；西側漿脈偏少。南側基本無漿脈。自第四榀開挖，漿脈明顯由均勻的填充過渡至片狀漿脈，呈劈裂樁，水玻璃漿脈與雙液漿漿脈相互交錯，整體漿脈減少。至第七榀開挖完成，北側和西側有少量漿脈成片狀，南側無漿脈。如圖6所示。

圖6 不同深度漿液形態變化情況

5 結論與討論

1）改性水玻璃凝結時間快（現場調試凝膠時間3 s），短時間內堵水效果好，但是與卵石形成的結合體不具備強度及黏結性，可作為鉆孔到一定深度后的封孔措施。

2）水泥水玻璃雙液漿相比于改性水玻璃凝結時間慢，與卵石形成的結合體強度較大、黏結性強，水玻璃先行封孔后進行雙液漿加固。

3）普通硅酸鹽水泥漿結合抗分散添加劑，摻入能增大水泥漿的流動性，但是由于漿液過于黏稠，擴散范圍小，無明顯的堵水效果，未試驗出抗沖散能力，可能是因為試驗孔都是在有水流量較大位置布置，需要后續進一步試驗。而快硬硫鋁酸鹽水泥漿液，通過試驗未顯示出有明顯的優勢。

通過常規后退式注漿方式，以實際最大壓力不超3 MPa的情況下，單孔超過設計注漿量，且漿液能夠較好地在地層中填充、滲透，通過效果跟蹤，改性水玻璃與雙液漿與砂卵石地層相互交錯，形成一個“砂卵石為骨架、改性水玻璃填充、水泥水玻璃雙液漿加固”的一個復合體系，根據效果跟蹤，這種體系能夠滿足現場土方開挖及支護在時間、空間上的需求，達到比較理想的止水效果。