定向注漿技術(shù)在治理隧道水害中的應(yīng)用
——以深圳市竹子林車站隧道為例

黃 珂

(深圳市地鐵集團(tuán)有限公司 運(yùn)營(yíng)分公司, 廣東 深圳, 518000)

定向注漿技術(shù)在治理隧道水害中的應(yīng)用
——以深圳市竹子林車站隧道為例

黃 珂

(深圳市地鐵集團(tuán)有限公司 運(yùn)營(yíng)分公司, 廣東 深圳, 518000)

對(duì)位于深圳市深南大道南側(cè)地下的竹子林車站西側(cè)左線變形縫病害的處理方案和施工過程進(jìn)行了研究, 結(jié)果表明, 在充分了解水害情況和注漿條件允許的基礎(chǔ)上, 定向注漿技術(shù)是非常有效的, 能夠起到堵水和加固土層的作用. 該施工方法可以為類似工程提供有益參考.

隧道水害; 施工方法; 壓力注漿

隧道工程施工完成后, 在復(fù)雜的外界因素影響下, 經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)地下水或者部分地表水, 以涌出或者滲漏的方式進(jìn)入隧道, 影響到隧道的結(jié)構(gòu)安全. 隧道工程中地下水的存在不可避免, 但可以通過有效的整治措施減小對(duì)工程的危害.

許多學(xué)者對(duì)治理隧道水害和補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有益探索, 提出了一些獨(dú)到的見解. 張旻[1]在分析隧道滲漏水成因的基礎(chǔ)上, 對(duì)既有的水害整治措施進(jìn)行了全面的總結(jié); 李閩[2]專題研究了防水板無釘施工技術(shù)在隧道水害治理方面的應(yīng)用; 王學(xué)武[3]對(duì)南京地鐵二號(hào)線元通站深基坑涌水采用雙液注漿封堵加固施工技術(shù)進(jìn)行了研究; 胡哲峰[4]研究了多種漿液的注漿試驗(yàn), 同時(shí)還采用了多種方法檢驗(yàn)注漿效果, 為注漿參數(shù)的選擇和施工提供了依據(jù). 這些研究都為我們提供了借鑒, 定向注漿作為治理隧道水害的一種行之有效的措施, 本文以實(shí)際工程為例, 對(duì)定向注漿法的適用范圍和施工工藝進(jìn)行了研究.

1 工程概況

竹子林車站位于深圳市深南大道南側(cè)地下, 采用明挖法施工, 站內(nèi)設(shè)有 3條行車線, 東西兩端各有3條變形縫, 共計(jì)6條. 西側(cè)變形縫主要位于車站與該區(qū)間明挖法施工接鑲處, 變形縫寬度為20 mm;東側(cè)變形縫寬度與西側(cè)一致. 西側(cè)變形縫處, 原地面為一斜坡, 竣工時(shí)按一段平坡及一段1：5的斜坡回填. 深南大道地勢(shì)標(biāo)高13.87 m, 南側(cè)地勢(shì)較低, 標(biāo)高9.71 m, 高差4 m左右. 左線變形縫正好處于回填斜坡下, 中線(渡線)以及右線位于回填平坡下.

地面建筑除了以前的福田汽車站外, 在車站西南側(cè)還新修建了一座福田交通樞紐, 其側(cè)墻離車站左側(cè)行車線約11 m. 交通樞紐回填地面標(biāo)高約為13.4 m, 基本與深南大道地面標(biāo)高齊平, 其地面低于回填面約6.2 m. 依據(jù)地質(zhì)詳勘報(bào)告, 車站東西兩側(cè)變形縫處的地質(zhì)從上至下依次為4.0～8.0 m厚素填土層, 4.0～5.0 m厚礫砂層, 12.55～16.25 m厚礫質(zhì)粘性土層. 區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)底板埋深約13.5 m, 主要位于礫質(zhì)粘性土上.

在地鐵運(yùn)營(yíng)期間, 車站西側(cè)左溝底突發(fā)涌水, 水質(zhì)夾帶泥砂并發(fā)臭, 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察, 東西兩側(cè)變形縫處均有不同程度的漏水、破損及沉降, 其中以西側(cè)左線隧道變形縫漏水、破損最為嚴(yán)重, 與之相連的區(qū)間結(jié)構(gòu)沉降量比較大, 隧道頂板與車站頂板有明顯錯(cuò)臺(tái), 并且從道床兩側(cè)析出的砂層可以看出,道床與結(jié)構(gòu)底板已經(jīng)嚴(yán)重脫離, 道床只是在鋼軌的作用下沒有下沉.

2 監(jiān)測(cè)與物探結(jié)果

病害發(fā)生后, 有關(guān)單位即對(duì)該病害進(jìn)行了檢測(cè).

通過對(duì)竹子林車站左右線及變形縫兩端各150 m隧道左右線整體道床進(jìn)行了全面測(cè)量, 對(duì)比現(xiàn)在和以前相同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(包括沉降量和位移量), 計(jì)算分析結(jié)果顯示： 自地鐵運(yùn)營(yíng)至今, 車站西側(cè)左線車站端累計(jì)下沉3.3 mm, 區(qū)間端累計(jì)下沉12.7 mm; 西側(cè)右線車站端累計(jì)下沉8.6 mm, 區(qū)間端累計(jì)下沉12.3 mm. 并且由于水土流失, 西側(cè)左線區(qū)間隧道的沉降可能還會(huì)加劇. 坐標(biāo)監(jiān)測(cè)結(jié)果未發(fā)現(xiàn)明顯變化.

同時(shí)采用地質(zhì)雷達(dá)法對(duì)變形縫病害進(jìn)行了無損檢測(cè), 檢測(cè)的主要內(nèi)容是道床及隧底結(jié)構(gòu)的空洞,以及其他內(nèi)部缺陷分布情況. 檢測(cè)時(shí)充分考慮隧道結(jié)構(gòu)與病害缺陷的關(guān)系, 沿道床頂面的表面縱向布置測(cè)線, 分別位于道床中、左、右位置, 共計(jì) 3條測(cè)線. 根據(jù)物探報(bào)告分析, 變形縫兩側(cè)各 10～20 m范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)底板下存在砼不連續(xù)的界面, 地基基礎(chǔ)土體較松散, 深度為結(jié)構(gòu)底板下1.0 m左右.

3 病害處理方案

西側(cè)左線變形縫處滲漏水最為嚴(yán)重, 其它地方病害情況程度類似. 本文以西側(cè)左線變形縫病害處理方案為例進(jìn)行介紹.

對(duì)于地下結(jié)構(gòu)漏水, 并且已造成了結(jié)構(gòu)的下沉這種情況, 必須進(jìn)行堵水和加固地層處理. 常用的方法有很多, 如采用旋噴加固、注漿堵水加固、大開挖后重新處理地基并重做結(jié)構(gòu)外防水層等等. 針對(duì)竹子林站西側(cè)隧道變形縫漏水較嚴(yán)重的情況, 結(jié)合地質(zhì)條件和水文條件, 旋噴加固需在靜水位以上,此方法不適用; 大開挖法應(yīng)有非常多的現(xiàn)場(chǎng)條件才能施工, 也不適用; 注漿法可以通過壓力注漿將注漿材料通過泵壓入地層的空隙中, 堵住由于漏水而造成的空洞, 起到堵水的作用, 同時(shí)壓力注漿還能壓密土層, 提高土的承載力. 底板上的注漿孔通過注漿, 形成多個(gè)微小型水泥樁, 起到加固地層的作用. 因此, 壓力注漿法是有效的技術(shù)方法.

通過對(duì)變形縫病害狀況的監(jiān)測(cè)物探結(jié)果及原因分析, 利用系統(tǒng)工程的原理, 整治設(shè)計(jì)按以下思路綜合進(jìn)行： 首先在隧道內(nèi)注漿堵漏, 對(duì)結(jié)構(gòu)底板地基進(jìn)行加固, 然后填充道床與底板空隙排除結(jié)構(gòu)內(nèi)滲漏水的隱患, 最后進(jìn)行變形縫防水層修復(fù).

處理措施如下：

1) 洞內(nèi)止水. 清理現(xiàn)有的變形縫, 但盡量保留原有的止水裝置, 防止漏水進(jìn)一步發(fā)展. 封堵材料選用具有快速凝固作用的錨固劑. 封堵時(shí), 根據(jù)漏水的情況, 從不漏水或漏水不嚴(yán)重的地方開始, 逐步進(jìn)行封堵. 同時(shí), 按間距約500 mm(根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整)預(yù)埋注漿管.

2) 地基加固. 根據(jù)變形縫的漏水情況, 注漿加固、堵水區(qū)域主要以隧道結(jié)構(gòu)底板和側(cè)墻之間區(qū)域?yàn)橹? 注漿范圍為變形縫左右13 m的范圍內(nèi), 車站內(nèi)3 m, 隧道內(nèi)10 m. 通過注漿過程中漿液擴(kuò)散, 充填地層的空洞, 擠密地層, 堵塞漏水的通道. 同時(shí), 加固和穩(wěn)定地層, 防止隧道結(jié)構(gòu)再沉降. 鉆孔沿變形縫向兩側(cè)均勻布置, 孔距為1 m, 可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整(圖1).

圖1 注漿孔展開布置示意圖

3) 道床與隧道底板空隙填充. 在道床上垂直打設(shè)Ф14 mm注漿孔, 300 mm × 300 mm梅花型布置, 深度為400 mm, 孔內(nèi)埋設(shè)Ф12 mm的注漿管, 縱向從變形縫10 m處開始設(shè)置(圖2), 注漿管全部預(yù)埋好后, 一次性灌注.

圖2 道床注膠孔布置示意圖(單位： mm)

4) 防水層修復(fù). 注漿前清理原剛性密封劑, 整平變形縫凹槽, 不平時(shí)用環(huán)氧樹脂補(bǔ)平, 在槽內(nèi)安裝Ω形橡膠止水帶.

4 施工過程及施工方法

1) 注漿堵水、加固施工[5].

注漿采用多次序注漿的方式： 第一序注漿, 注漿孔間距2 m, 充填大部分的地層空隙; 第二序注漿,是精細(xì)化注漿, 加深注漿孔深, 注漿孔間距也是2 m, 根據(jù)前序注漿的參數(shù), 包括注漿壓力、注漿量等情況, 調(diào)整注漿孔的深度, 增大注漿壓力, 繼續(xù)擠密地層, 擴(kuò)大注漿范圍, 徹底堵住漏水的通道, 并加固地層. 注漿時(shí)采用先注側(cè)墻孔, 再注底板孔的次序. 鉆孔布置時(shí)要避開隧道內(nèi)已有設(shè)備. 鉆孔直徑Ф42 mm. 鉆孔深度, 一序底板孔2～2.5 m, 二序底板孔3～3.5 m(穿透600 mm隧道結(jié)構(gòu)、150 mm混凝土墊層、500 mm換填層, 進(jìn)入地層), 側(cè)墻和頂板孔深1.5 m. 注漿管長(zhǎng)度, 一序底板孔注漿管長(zhǎng)1～1.2 m, 二序底板孔注漿管長(zhǎng)3 m, 側(cè)墻孔注漿管長(zhǎng)1 m. 注漿壓力達(dá)到終壓, 穩(wěn)定5 min, 即可關(guān)泵, 停止注漿, 此孔注漿就為合格注漿.

注漿結(jié)束后檢查變形縫處是否還滲漏水, 如果變形縫處仍有漏水情況, 利用原注漿孔或者重新鉆注漿孔繼續(xù)進(jìn)行注漿, 如果變形縫沒有漏水, 進(jìn)行再封堵. 封堵時(shí), 清理變形縫, 切除注漿管, 用清水清洗表面, 吹風(fēng)機(jī)吹干變形縫, 然后再用彈性聚氨酯材料封縫膠進(jìn)行封縫處理, 最后安裝橡膠止水帶.

2) 道床與底板之間裂縫填充.

因隧道下沉的原因, 道床與隧道底板之間存在大面積的空隙, 空隙的存在將會(huì)對(duì)地鐵車輛的運(yùn)行產(chǎn)生非常大的危害, 必須進(jìn)行充填. 處理方案是壓力注化學(xué)漿(環(huán)氧膠), 施工時(shí)按照鉆孔→清孔→安裝注膠針頭→注水試壓→注膠→拆除針頭的順序進(jìn)行施工.

施工中要根據(jù)設(shè)計(jì)要求和試水實(shí)際情況控制鉆孔位置、深度, 以達(dá)到膠體能夠注入底板和道床間空隙并使其完全充滿; 鉆孔時(shí)碰到鋼筋孔位必須挪動(dòng), 以保證注膠能夠達(dá)到范圍; 針頭與底板接合處用高強(qiáng)水泥封閉密實(shí), 注膠達(dá)到相應(yīng)的壓力, 保證縫內(nèi)膠體飽滿, 而且每個(gè)孔的注膠都要一次注完,泵內(nèi)膠體不夠時(shí)及時(shí)配料補(bǔ)注.

5 整治效果

通過壓力注漿, 充填了區(qū)間隧道四周的空隙, 特別是隧道兩側(cè)和底部, 地下水已被隔離, 消除了變形縫滲漏水的現(xiàn)象, 隧道已處于穩(wěn)定狀態(tài), 注漿施工達(dá)到了工程預(yù)期效果.

通過在隧道底板與道床之間壓力注化學(xué)漿, 注入了可在水中固化的環(huán)氧樹脂, 恢復(fù)了道床的完整性, 對(duì)軌道的安全及地鐵列車安全運(yùn)行起到了很好的作用.

6 結(jié)論

本文通過對(duì)竹子林車站西側(cè)左線變形縫病害整治方案和施工技術(shù)的研究, 得到如下結(jié)論：

1) 對(duì)于不同的隧道水害工程, 應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況選用合理的整治技術(shù).

2) 注漿條件允許的情況下, 采用定向壓力注漿法對(duì)地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行堵水加固是非常有效的, 且能節(jié)約成本, 保證工程快速、安全、順利完成.

3) 壓力注漿施工方案必須建立在對(duì)病害情況以及施工區(qū)域地質(zhì)和水文條件充分了解的基礎(chǔ)上,這樣才能減少返工和材料浪費(fèi), 達(dá)到預(yù)期的施工效果.

[1] 張旻. 既有隧道滲漏水病害的治理[J]. 科技信息, 2011(7)： 223.

[2] 李閩. 隧道水害及防水板無釘施工技術(shù)[J]. 徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)： 自然科學(xué)版, 2011, 26(1)： 58-61.

[3] 王學(xué)武. 南京地鐵二號(hào)線元通站深基坑涌水采用雙液注漿封堵加固施工技術(shù)[J]. 職業(yè)技術(shù), 2007(7)： 63.

[4] 胡哲鋒. 地鐵隧道注漿試驗(yàn)及效果檢驗(yàn)[J]. 西部探礦工程, 2008(7)： 181-183.

[5] SL62-94. 水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].

(責(zé)任編校： 江 河)

Application of cement slurry injection through directional drilling to improve water disasters in the tunnel——Take the zhuzilin station in Shenzhen as an example

HUANG Ke
(Operation Branch of Shenzhen Metro CO., LTD., Shenzhen 518000, China)

The zhuzilin station locates in south of shennan avenue in Shenzhen, this paper introduces the disease of the movement joint in left line of the west side of zhuzilin station, and as an example, the management alternative and construction process were discussed. The results indicated that, based on fully realizing the disease and condition permission, cement slurry injection through directional drilling is effective and acquire the expected effect. This constructional method is helpful to the simple projects.

water disasters in the tunnel; constructional method; pressure grouting

U 457+.2

1672-6146(2012)02-0060-04

10.3969/j.issn.1672-6146.2012.02.015

2012-05-03

黃珂(1967-), 男, 工程師, 主要研究方向?yàn)檐壍?、隧道、橋梁、房建等的檢測(cè)及維修加固.

E-mail： jjgbaby1973@163.com