富水軟塑地層中地鐵暗挖區(qū)間注漿堵水施工技術(shù)

鄧鵬宇　張智斌

摘 要：地下水處理一直是困擾城市暗挖地鐵施工的難題，在不具備降水條件的情況下，需要因地制宜采取不同的堵水施工措施。通過深圳地鐵工程實例，詳細介紹了富水軟塑地層幾種成功的堵水施工技術(shù)，供大家參考。

關(guān)鍵詞：地鐵暗挖；軟塑；堵水

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

文章編號：16723198（2014）12018303

1 概述

深圳地鐵5號線5303A標暗挖區(qū)間長，地質(zhì)情況比較復雜，線路從寶安經(jīng)南光高速后主要在留仙大道下穿行，所在地區(qū)為沖洪積平原，兩側(cè)為臺地或丘陵，溝谷切削較深，線路兩側(cè)地形開闊，植被發(fā)育，基本為原始地貌，雨季地表水補給豐富。隧道上覆素填土、雜填土較厚（約9m），受地形、地貌和地質(zhì)條件影響，地下水系發(fā)育，給降水帶來很大的難度。富水狀態(tài)下，粉質(zhì)粘土和全風化花崗巖殘積層呈軟塑狀，穩(wěn)定性極差，堵水成為確保施工安全的有效保障措施。

2 工藝原理

堵水工藝基本原理是通過全斷面高壓深孔注漿，除了沿開挖輪廓線按軸線輻射狀布置注漿孔外，也可在開挖中心布孔注漿，使?jié){液擴散滲透到水源孔隙或破碎帶裂隙中，漿材快速固結(jié)，切斷水源通道，以此達到固結(jié)止水、保持圍巖穩(wěn)定、增加施工安全的目的。注漿方式上可采用全孔一次性注漿或分段后退式注漿，注漿漿液常用的有水泥-水玻璃雙液漿、改性水玻璃和超細水泥等漿液。不同的水文地質(zhì)條件，應選擇不同的注漿方式和注漿漿液。

3 長花管深孔注漿工藝

長花管深孔注漿采用全孔一次性注漿方式，注漿工藝與小導管超前注漿相同，利用小導管作為壓漿通道，在適當壓力下，漿液克服地層固結(jié)力，通過填充和分層劈裂滲透的形式固結(jié)地層，切斷水源通道。本工程在留西區(qū)間1號豎井橫通道上臺階進洞19、24m位置分別進行了2循環(huán)長度為6m的長花管注漿堵水工藝。

3.1 工點概況

留西區(qū)間1號豎井位于留仙大道下，兩側(cè)地貌為丘陵。橫通道設(shè)計為馬蹄形斷面，凈空為8.8m×6.5m，通道長29.6m，拱頂埋深13.8m。通道穿越地層為砂粘土、全風化花崗巖和強風化花崗巖及其混合巖，地質(zhì)松散且含水率大，粘粒含量大的情況下，掌子面易發(fā)生滑移現(xiàn)象，該險情先后出現(xiàn)在橫通道上臺階掌子面進洞19m、24m位置。地質(zhì)條件見圖1。

3.2 注漿孔的布置

注漿孔沿掌子面全斷面布置，靠拱部外環(huán)注漿孔以15°外插腳打入，環(huán)向間距取50cm，掌子面中心（含核心土）小導管間距為1.0m梅花型布置。

（1）打孔布管：小導管在打管前，按照設(shè)計要求放出小導管的位置。風鉆作動力，用專用頂頭將小導管頂入。

（2）封面：注漿前，掛網(wǎng)噴30cm厚混凝土封閉工作面，以防止漏漿。

（3）注漿：用KBF-50/70雙液注漿機進行注漿，漿液在導管前端匯合。

3.3 注漿工藝參數(shù)

（1）注漿壓力及注漿類型：注漿壓力應根據(jù)地層致密程度決定，一般為0.5～1.0MPa。

（2）注漿材料及漿液配比：采取水泥水玻璃雙液漿，起到快凝止水作用。A液水泥漿液比重一般取1：1～0.8，B液為25Be左右的水玻璃，由40Be的水玻璃稀釋而成。

（3）注漿數(shù)量的控制：注漿量通過壓力和膠凝時間來控制，膠凝時間從大到小，最長60s，最短20s左右，以控制注漿滲透半徑。

3.4 注漿效果檢查

兩次注漿分別使用水泥40t和20t，每次注漿時間約3d，開挖效果觀察，均達到了預期的效果：

（1）掌子面滲漏水明顯減少，地層得到一定改良，局部有少量殘留水，但土方穩(wěn)定，極少發(fā)生坍塌或流砂現(xiàn)象。

（2）具有一定的劈裂注漿效果，漿塊樹枝狀由厚變薄。見圖2、圖3。

4 后退式深孔注漿工藝

袖閥管和鉆注一體二重管旋噴注漿是國內(nèi)常用的兩種退式深孔注漿方式。袖閥管注漿普遍用于地層加固與建筑物保護中，可根據(jù)加固效果進行多次重復注漿，但其適用性漿材單一，固結(jié)時間長，成孔過程繁瑣，材料昂貴，地層適用性差，堵水效果不明顯，地下堵水施工中較少采用。鉆注一體二重管旋噴注漿是在袖閥管基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型注漿工藝，通過調(diào)整漿液配比和注漿壓力，在漿液可注性、固結(jié)強度和注漿范圍控制等方面得到很大的改善。本工程在特定環(huán)境分別采取了無收縮雙液WSS二重管高壓旋噴注漿和常規(guī)雙液二重管旋噴深孔注漿工藝。

4.1 注漿工藝原理

二重管雙液注漿技術(shù)是采用二重管鉆機鉆孔至預定深度后注漿。漿液有兩種，即A液和B液。兩種漿液通過二重管端頭的漿液混合器充分混合。注漿時通過對注漿段實施定向，定量，定壓注漿，使巖土層的空隙或孔隙間充滿漿液并固化，改變了巖土層的性狀。根據(jù)不同的地質(zhì)情況，深孔注漿的對地層加固和止水的途徑不同。地層松散顆粒密實度均勻的地層中，注漿漿液是先擠壓密實，然后是劈裂滲透填充。地層密實但裂隙（節(jié)理）發(fā)育的地質(zhì)條件下，漿液擴散途徑是沿透水通道（層面），在注漿壓力超過水的滲透壓的情況下，把地層水強行擠出，漿液填充過水通道，達到止水的效果。

無收縮雙液WSS二重管高壓旋噴注漿在常規(guī)雙液二重管旋噴深孔注漿的基礎(chǔ)上，通過對漿液的改良，提高堵水及對地層的加固效果。

4.2 二重管定向旋噴工法的特點

（1）在噴漿的過程中，噴漿管不回轉(zhuǎn)，不會發(fā)生漿材溢流現(xiàn)象，并且對土層具有很強的滲透性，采用調(diào)節(jié)凝結(jié)時間和注漿壓力的辦法可使注漿范圍人為控制。

（2）設(shè)備為二重管鉆機，可實現(xiàn)鉆注一體，不需要先成孔、后埋管，從鉆孔至注漿完畢，可連續(xù)作業(yè)。

（3）在二重管的端頭設(shè)置的漿液混合器中，A、B無收縮漿材可以完全地混合，均勻的噴入到地層中，凝結(jié)時間可以自由調(diào)節(jié)，并且可以實行復合噴入施工。

（4）注漿方式靈活，可從地面垂直注漿，亦可傾斜注漿，適當增加注漿壓力，可進行水平放射注漿。

（5）對掌子面的封閉要求不高，可通過調(diào)整雙液漿的膠凝時間控制掌子面漏漿。

4.3 工藝流程

4.4 施工方法

噴入管在端點裝有管內(nèi)混合器，使?jié){材充分混合。鉆進到預定深度后，用注漿泵漿A、B兩液分別壓入外管和內(nèi)管，并在二重管的端端頭混合室內(nèi)混合，通過濾網(wǎng)在水平方向?qū)嵭袊娚?，使?jié){材能浸透到地層中。

（1）注漿孔間距：根據(jù)工程實際確定，一般為1m～15m。

（2）注漿管的設(shè)置：鉆孔機將注漿管設(shè)于預定深度注入清水并從漿液混合器端部流出。

（3）橫噴射注漿：注漿管設(shè)置完畢，將端點關(guān)閉，進行橫噴射切換，一般噴射量為15～20L/min，同時根據(jù)工程實際進行調(diào)整。

（4）回抽注漿：施加壓力注漿時，必須精心操作控制壓力，壓力控制在1.0～1.5MPa之間。

（5）注漿結(jié)束注漿完畢將注漿管沖洗干凈全部收回，對注漿孔進行密封，恢復原畢狀。

（6）漿液強度、膠凝時間、滲透性能可根據(jù)工程實際需要調(diào)整。

4.5 漿液選型

二重管深孔注漿常用漿液一般選用水泥+水玻璃雙液漿，通過調(diào)整配比，可調(diào)整膠凝時間，達到快凝止水的效果，但其漿材硬化慢，強度低，當對地層固結(jié)強度要求較高時，宜采取WSS無收縮漿材。無收縮漿材繼承傳統(tǒng)雙液漿特性外，其固結(jié)硬化時間可根據(jù)實際工程需要進行調(diào)整，地層中有流動水的情況下也具有很強的固結(jié)性能，漿材不流失，固結(jié)后不收縮，硬化劑無毒、對周圍環(huán)境及地下水資源不造成污染。屬于安全性、高滲透性的噴漿材料。

4.6 無收縮雙液WSS工法注漿工藝的應用

興留區(qū)間3號豎井開挖從11m深度開始，多次出現(xiàn)涌泥、涌砂現(xiàn)象，均采用長短小導管井內(nèi)和地面密排注漿，保證了豎井開挖安全，但隨著豎井繼續(xù)下挖，地層壓力逐漸增大，管涌逐漸加劇，開挖到16m深度時底板12小時隆起約60cm，超前小導管端頭向基坑內(nèi)偏移量最大達到100cm，地表沉降速率連續(xù)3天約為20mm/d，險情出現(xiàn)。在立即封底后，采取無收縮雙液WSS深孔注漿得以成功解決。

4.6.1 工點工程概況

興留區(qū)間3號豎井位于留仙大道上，豎井開挖尺寸為6.4m×10m，井深為35.135米。豎井支護結(jié)構(gòu)采取格柵鋼架、鋼筋網(wǎng)噴混凝土+系統(tǒng)錨管+臨時支撐形式，噴砼支護厚度為35cm，倒掛井壁法施工。豎井施工穿越地層依次為雜填土、砂粘土和全風化花崗巖為主，地下水位較高。地質(zhì)描述見圖5。

4.6.2 漿液施工配比

根據(jù)本豎井所屬地層情況，擬采用漿液為A液和B液的混合物，A液為稀釋后的水玻璃，B液由水泥、水和外加劑（納米材料）組成。外加劑主要是調(diào)節(jié)漿液的可灌性和混合液的凝結(jié)時間，因此在施工現(xiàn)場中，外加劑的添加應根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進行適當?shù)恼{(diào)整。B液各成分放入攪拌機的順序依次為：水、外加劑、水泥，兩種漿液在注入之前必須攪拌均勻，并經(jīng)常檢查混合后的漿液凝固時間是否適應現(xiàn)場施工環(huán)境。

4.7 常規(guī)雙液深孔注漿施工技術(shù)的應用

常規(guī)雙液深孔注漿工藝原理與無收縮雙液注漿相同，也是采用二重管鉆機鉆孔至預定深度后，分段后退注漿，不同的是漿液為普通的雙液漿配比，漿液為水玻璃（A液）和水泥漿（B液）。

4.7.1 工點工程概況

受客觀地質(zhì)條件（見圖1）的影響，加上降水效果不理想，興留區(qū)間1號豎井橫通道上臺階進洞4m后，拱腳出現(xiàn)涌砂涌泥，掌子面出現(xiàn)整體滑移（管涌）現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場技術(shù)可行性分析和討論，決定封閉掌子面進行常規(guī)雙液深孔注漿，注漿長度15m。

4.7.2 實施步驟

（1）封閉掌子面。

掛網(wǎng)噴射C20早強混凝土封閉掌子面，厚度約30cm，主要是確保掌子面的穩(wěn)定。

（2）布孔。

橫通道上臺階采用預留核心土施工方法。注漿孔沿核心土外設(shè)置2環(huán)，環(huán)向間距800mm，排距600mm，外環(huán)以15°外插腳打設(shè)。見圖9。

（3）漿液配制。

①水泥漿（A液）配制。

根據(jù)預配制漿液的體積，按配比（本次采用1：1～0.8）參數(shù)計算出所需的水泥和水的用量，特殊條件下可加入緩凝劑。在攪拌機內(nèi)加入計算好的用水量，將計算好的緩凝

劑加入，強力攪拌均勻；待緩凝劑完全溶解后，邊攪拌邊加入計算好的水泥用量，攪拌均勻后倒入儲漿桶內(nèi)以備注漿。

②水玻璃漿液（B液）配制。

在拌漿桶中加入濃水玻璃，然后邊攪拌邊加水，同時用玻美計測量其濃度，直至稀釋至需要濃度為止。

③膠凝時間的確定。

膠凝時間是本工藝的重要指標，通過膠凝時間的控制來達到對擴散半徑的控制。一般膠凝時間選定在15s～60s。測量方法采用簡單容器，A、B液用不同的比例混合即可測定。

（4）注漿施工。

采用雙液注漿泵進行注漿作業(yè)。注漿方式采取后退式分段注漿工藝，每次注漿段長1.0m，注完第一注漿段后，后退注漿芯管，拆除后進行第二注漿段的鉆孔。如此循環(huán)，直至該孔結(jié)束。

4.7.3 注漿效果檢查

施工時間從6月15日～6月28日，共26孔深孔注漿，每天完成2孔，注漿共使用水泥約60t，水玻璃約45t，注漿效果明顯。

（1）地層加固效果明顯，開挖土方干燥，地層飽和水含量減少，承載力提高，無滲漏水，開挖掌子面穩(wěn)定。

（2）在砂粘土地層，注漿具有較好的劈裂填充效果，漿液呈樹狀劈裂，或分層劈裂，填充效果均勻。見圖10。

（3）在全風化花崗巖地層中，漿液分層劈裂填充，地質(zhì)越松散，層面密度越大，局部有塊狀填充。雙液漿漿液在劈裂注漿效果中，與全風化花崗巖的晶體結(jié)合，漿體略具透明。見圖11。

5 總結(jié)

富水地層的堵水工藝非常多，在特殊地質(zhì)條件下應用的還有水平深孔旋噴注漿和冷凍法等。我標段因地制宜，根據(jù)現(xiàn)場條件，采取以上不同的堵水手段，都達到了預期的效果。從工期和造價方面分析，三種工藝設(shè)備簡單，可實施性強，效果易驗證。比較三種工藝，優(yōu)缺點如下：

（1）WSS和雙液深孔注漿設(shè)備和原理相同，配比不同，漿液性能WSS較好，兩種工藝可注性相當，一般地層堵水加固宜首選雙液深孔注漿，可降低工程造價。

（2）小導管在軟塑松散地層中是一種快捷、省時、省力的好辦法，難點是掌子面的封閉，可通過小導管溢漿孔的有效長度來控制，缺點是注漿范圍難以控制。