富水砂卵石地層盾構隧道聯絡通道高噴灌漿加固施工技術

以具體工程為依托，研究優化了高噴灌漿加固施工的施工工藝，在實際工程進行了應用，并通過降水試驗和鉆孔取芯驗證了該方案的加固效果。

砂卵石； 聯絡通道； 高噴灌漿； 加固施工技術

U455.48+1A

［定稿日期］2023-04-25

［作者簡介］聶華（1983—），男，本科，高級工程師，研究方向為城市軌道交通。

0 引言

聯絡通道開挖會影響周圍土體穩定性，操作不當或地質條件較差時，會造成地表沉降和隧道位移［1］，因此在地質條件不良的情況下，開挖聯絡通道需要采取加固措施。目前，富水砂層聯絡通道的輔助施工工法主要有降水法、凍結加固法、高壓旋噴注漿、攪拌樁、地下連續墻加固等［2-3］。其中高壓旋噴注漿具有施工自動化程度高、適用范圍廣、對周邊環境影響小等諸多優點［4］。目前，很多學者對高壓旋噴注漿加固技術進行了研究，馮波［5］總結了地表高壓旋噴注漿加固技術的施工工藝，分析了其常見技術難題，并提出了解決措施；翟志國等［6］介紹了MJS工法在富水軟土地層中、狹小空間的施工工藝和方法；文妮等［7］以具體工程為依托，分析了高壓水平旋噴樁超前支護的作用機理、特點，證明了高壓旋噴注漿可以有效解決施工中地表沉降問題。

對于高壓旋噴注漿的實際效果，在很多工程中也得到了驗證，例如：樸健［8］從原理和工藝方面證明了高壓旋噴樁在深基坑施工中可以有效減小周圍變形；何本春等［9］采用高壓旋噴樁軟弱黏土層進行加固，并通過沉降監測驗證了高壓旋噴樁在加固地基方面的可行性；張紅濤［10］通過采用高壓旋噴注漿對某基坑進行隔水帷幕施工，證明了高壓旋噴技術在粗砂礫石層中具有良好的隔水效果；劉澄赤等［11］以上海某地塊基坑加固工程為依托，研究證明了在深層軟土中采用MJS工法進行止水加固施工施工質量較好;呂強［12］通過研究高壓噴射注漿法地層加固原理和施工工藝，證明了高壓噴射注漿在地鐵工程中的適用性和可靠性。

本文以某具體工程聯絡通道施工為背景，研究了高噴灌漿施工技術的具體施工工藝，并通過降水試驗和鉆孔取芯驗證了，該工藝的有效性。

1 工程概況及施工難點分析

1.1 工程概況

成都軌道交通19號線二期工程土建2工區龍橋路站-雙流機場站區間，盾構左線起點里程ZDK76+170.000，終點里程ZDK81+074.276（長鏈17.833），長度為4 787.765 m，風井長度134.344 m。盾構右線起點里程YDK76+170.000，終點里程YDK81+074.276，長度為4 771.756 m風井長度132.520 m，線路最大縱坡28‰，最小曲線半徑850 m，最大埋深38.4 m，最小埋深10.97 m，線路成“V”字形，平均線間距16.5 m。區間設置一座中間風井兼盾構始發井及8座聯絡通道，其中5號聯絡通道近江安河和美麗點小區。其區間工程位置及線路走向等如圖1所示。

區間5號聯絡通道（里程ZDK78690）部位，原設計方案為通過打降水井的施工進行降水然后做聯絡通道施工，在盾構掘進到聯絡通道的位置，通過該聯絡通道降水井進行開倉換刀，降水后通過監測發現地面及美麗點小區內房屋沉降較大，如果繼續按照原方案采用降水井方式施工聯絡通道，施工過程中，掌子面存在坍塌的風險，并且還會加速地面沉降，臨近小區房屋也會下沉。故擬定在該部位進行高噴防滲加固施工，將聯絡通道形成封閉區域，保證聯絡通道施工安全。

1.2 地質水文情況

根據前期地勘和補勘鉆孔揭示，開挖部位從上往下依次為：回填卵石層、稍密砂卵石層、中密砂卵石、密實砂卵石、密實中砂層、強風化泥巖和中等風化泥巖的復合地層。卵石粒徑2～20 cm不等，卵石含量55%～75%，多為砂充填，分選性較差，磨圓度較好。

高噴鉆孔揭示地層結構為：0～2 m為回填土及建渣覆蓋層，2～36 m為砂卵礫石層， 36～39 m為強風化泥巖層，39～40 m為中風化泥巖層，部分孔揭示中間夾0.6～1.5 m純砂地層。地質斷面如圖2所示。

根據勘察期間長期水位觀測孔資料：區內地下水穩定水位埋深3～15 m，勘察期間區間范圍地下水位埋深3～20 m，局部受人工降水影響水位變化幅度較大，通過前期對該部位的水位觀測地下水位3～25 m，施工前期通過水位觀測地下水位為4.0 m，水位較穩定，汛期地下水位在3～4 m。

1.3 下穿施工難點分析

根據區間下穿既有地鐵3號線地質情況、地下水情況及既有3號線變形控制標準，新建盾構隧道19號線穿越既有地鐵3號線施工存在諸多安全風險和不穩定性因素，主要表現在幾個方面：

（1）面臨地下水豐富、受小區干擾大等困難，施工難度大。

（2）降水對周邊建筑物影響較大。

（3）直接降水對已形成的盾構區間存在一定程度的影響。

2 聯絡通道高噴灌漿加固施工技術

根據實際工程案例分析和正在施工項目的調研，類似于聯絡通道的施工可以選擇的工藝方法有：圍井法（高噴防滲墻、混凝土防滲墻等）、凍結法、管井降水法等施工方法。不同施工方法的對比如表1所示，結合本工程地質資料進行綜合分析，高噴防滲墻對該地層和周邊條件的適應性最強，能滿足墻體強度、剛度、止水等功能。

2.1 具體實施

實施方案為：在5號聯絡通道位置周邊布置單排36個孔，將聯絡通道形成一道封閉圍井，孔距67～68 cm，孔軸線與垂直隧道方向的聯絡通道開挖邊線水平距離為80 cm，沿隧道方向距離管片水平距離為65 cm，垂直隧道方向距離聯絡通道開挖邊線140 cm布置一個試噴孔。

實際施工中對原設計進行優化：在原設計的37個高噴孔施工完成后，分別在鉆孔角度交叉偏斜導致的墻體薄弱部位增補3個高噴孔Z-2-1、2-3-1、2-7-1。具體布孔情況見圖3。

高噴灌漿加固施工包含兩部分：鉆孔施工和高噴灌漿施工。

2.2 鉆孔施工工藝

（1）高噴鉆孔采用同心跟管超前鉆進技術，鉆進、跟管護孔連續完成（圖4）。

（2）開孔之前采用全站儀測量儀器精確測量孔位，孔位偏差不大于5 cm。開孔之前，先用水平尺+重錘校核鉆機大梁和護壁套管的垂直度，反復測試無誤后才開鉆。在初始開孔6 m之內，檢測鉆孔傾斜情況，發現偏斜過大情況立即采取糾正。鉆孔糾偏通過走車、轉動轉盤、調整大臂、推進梁方向和上下卡瓦結合進行。

（3）在鉆孔過程中，用水平尺、重錘隨時測量套管的偏斜情況，并及時糾偏。鉆孔完畢，使用“重錘式測斜儀”測量鉆孔孔斜，孔斜偏差小于0.8%，孔深偏差均不大于10 cm（圖5）。

（4）鉆孔孔徑150 mm，鉆孔完畢后，下入特制100 mmPVC塑料薄壁管進行臨時護壁，塑料管底用無紡布包扎，接頭用不干膠粘連，以確保連接強度與接頭不漏漿， PVC塑料管下設完畢后，由吊車起拔套管，淤積不大于20 cm。

（5）鉆進過程中注意鉆機響動和鉆進感覺，詳細準確記錄鉆孔時遇到的各種特殊情況，根據返碴情況、鉆進速度、鉆機及沖擊器運情況判斷地層分層深度、地下水位、漂卵石的分布、埋深及架空、漏失、動水等情況，并在鉆孔時探明深入基巖的高程。

2.3 高噴灌漿施工工藝

2.3.1 旋噴機就位，地面試噴

高噴灌漿采用XL-50型旋噴機，該旋噴機最大噴灌深度可達70 m，噴具由高強螺栓連接，連接處用尼龍墊密封。噴具組裝完畢后采用水在地面進行試噴，水壓超過35 MPa， 3 min無異常即可結束試噴。

2.3.2 噴具下設及加長

試噴結束后，將噴具下入PVC管護壁孔內，本次噴灌孔深為40 m，采用3根14 m噴具組成，并確保下入設計孔深位置。

2.3.3 制漿

制漿采用XG-HZJ-80型臥式灰罐智能制漿系統，系統由上下兩部分構成一體式箱體結構，拆卸、安裝運輸便捷，供料和制漿全過程均在封閉環境中完成，更利于環境保護，系統實現自動進水、自動制漿、自動供漿、制漿準確、快速制漿等優點。制漿完成后輸送至高噴灌漿泵內。

2.3.4 噴漿

噴漿采用ZJB/BP-50高噴灌漿泵進行噴漿，該泵最大灌漿壓力可達45 MPa，最大流量可達150 L/min，采用開山中風壓空壓機進行供壓縮空氣，空氣壓力1.6 MPa，排量達14 m3/min。

本次高壓旋噴灌漿采用“兩管法”，施工采用自下而上一次噴灌法。兩管法是用高壓泥漿泵產生35～38 MPa壓力的漿液，用壓縮空氣機產生0.7～0.8 MPa壓力的壓縮空氣，漿液和壓縮空氣通過具有2個通道的噴射管，在噴射管底部側面的同軸雙重噴嘴中同時噴射出高壓漿液和空氣2種射流，沖擊破壞土體，在高壓漿液射流和外圍環繞氣流的共同作用下，噴嘴一邊噴射一邊旋轉和提升，最后在土體中形成直徑明顯增加的柱狀固結體，其直徑達80～150 cm。

當噴具下入至設計深度后，先通漿后通風，靜噴一段時間待孔口返漿后，再啟動臺車主卷揚調速電機及旋擺機液壓馬達，由高壓漿對地層進行充分切割，水泥漿液對地層進行攪拌充填，風壓提高漿液的串動保證漿液裹俯充填效果，邊旋轉邊提升自下而上噴射成墻，直至設計終噴高程停噴。在噴灌過程中，要時刻注意檢查風和漿的流量及提升速度等參數是否符合要求，遇到特殊情況，如漿壓過高或噴嘴堵塞等，應將噴具提出地面進行處理后再進行施工。具體施工參數如表2所示。

2.3.5 封孔回填

為解決凝結體頂部因漿液析水和滲漏而出現凹陷現象，高噴灌漿結束后，由專人負責用冒漿漿液進行孔口注漿，回填搗實直至漿面不再析水下沉為止；利用冒漿漿液回灌時，宜采用“七”字型溝渠引導返漿，以利廢漿液排放及待封孔的持續回填（噴漿孔位于“七”字折線頂端，廢漿引排在橫線位置，待封孔在折線折點處）。高壓噴射灌漿冒漿封孔示意如圖6所示。

3 施工效果檢驗

3.1 降水試驗

高噴完成圍井噴灌7天后，在圍井內進行了兩次的降水試驗進行檢測圍井滲透情況，如圖7所示為降水試驗示意。

第一次在高噴圍井內鉆兩個150 mm（套管跟鉆進）38 m深的降水孔，內下114 mm的鋼花管，在花管內下深井泵，由于從114 mm鋼花管內下泵，能夠滿足降水高程和尺寸要求的泵排量最大約為50 L/min，實際抽排量約為40 L/min，通過測量2臺泵抽排量約87 L/min，通過36 h降水試驗，圍井內水位從4.35 m降至到8.8 m離圍井外6 m廠房內的水位4.28 m并沒有下降，但是由于抽排量較小，圍井內水位不再下降，停止降水后，約6 h，圍井內水位又恢復到之前的水位4.35 m。

第二次又增加了一口降水井進行降水，井內下500 mm混凝土管，管內可下更大的深井泵（150 L/min），實測2臺降水抽排量約為180 L/min，通過48 h降水試驗，圍井內的水位從原來的4.35 m降至23.8 m，圍井外6 m廠房內的水位從4.28 m下降至6.2 m，此時圍井內的水位不再下降，停止降水后約24 h，水位又恢復到原來的4.35 m水位。

通過2次降水試驗判斷，圍井上部防滲效果較好，在深部區域存在滲水通道，滲水量較大。通過圍井阻斷，降水水位在圍井位置形成一個陡降的趨勢，但由于滲漏量較大，水位還高于聯絡通道，聯絡通道達不到干地施工條件，后期施工采用了井外輔助降水的措施。

3.2 開挖后驗證

左線管片打開后，通過鉆孔取芯獲得巖石芯樣，芯樣較完整，通過抗壓強度試驗，最大抗壓強度達到45 MPa，開挖過程中通過風鎬進行開挖，高噴墻非常堅硬。

4 結論

總體來講，采用高噴灌漿圍井進行坑內降水的方法是可行的。

通過開挖揭示，高噴灌漿結石強度較高，最大抗壓強度為45 MPa，聯絡通道施工過程中，周邊建筑物和盾構區間均未出現變形等異常情況，但由于單排設計和近江安河等情況，導致30 m以下區域存在滲水通道且滲水量較大，在采用坑內降水時，最大降水深度約26 m，因此，采用滲漏通道外側增加坑外降水的輔助措施，以提供聯絡通道干地施工條件。

結合現場情況進行綜合分析，本次施工措施效果良好。但在圍井設計，施工工藝和降水井布置等方面仍有較大優化空間；如：圍井范圍應適當加大、加長，特別是平行于區間方向應適當加長、近地下水強補給側增加為雙排或其它補強措施、細化坑內降水點與高噴防滲墻和聯絡通道的平面布置等；特別是在圍井設計時，應充分考慮后期降水是否會對高噴防滲墻和聯絡通道的施工造成較大影響等因素。

在高噴圍井與盾構區間的交接面（即聯絡通道的出入口處），應采用雙液灌漿進行水平封閉。

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