袖閥管注漿工藝在北京地鐵工程中的研究與應(yīng)用

周富寬

(北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，北京 100034)

1 概述

北京地鐵10號線二期工程主要位于北京市三環(huán)及四環(huán)之間，全場32.5 km，全部為地下線。本線線路較長，工程地質(zhì)較差，建設(shè)環(huán)境復(fù)雜多變，多次穿越既有鐵路、地鐵、河流、橋梁以及重要市政設(shè)施或者管線等，全線風(fēng)險源共計880處，其中特級7處，一級134處，二、三級共計739處。針對不同的工程地質(zhì)、環(huán)境風(fēng)險，設(shè)計采用明挖法、蓋挖法(包括順筑法、逆筑法)、暗挖法(包括CD，CRD，PBA等工法)、明暗結(jié)合、明蓋結(jié)合以及盾構(gòu)法等，幾乎用到了地鐵建設(shè)中所有工法。同時針對不同的風(fēng)險工程，采取不同的風(fēng)險控制措施，以達(dá)到保證施工安全及周邊環(huán)境安全的目的，袖閥管注漿措施便是其中一項(xiàng)比較有效的輔助保護(hù)措施。

2 袖閥管注漿工藝

袖閥管注漿工藝源于歐洲建筑公司發(fā)明的soletanche注漿法，可以適合于多種地質(zhì)條件，從而得到了國際的廣泛認(rèn)可和應(yīng)用，后引入中國，被稱為袖閥管注漿工法。

袖閥管注漿工法的機(jī)理是通過封管和注漿兩種材料進(jìn)行分次封孔和注漿，實(shí)現(xiàn)分次注漿的可能。通常，每一個工程的地質(zhì)條件、顆粒粒徑、透水性和不同地層之間交互層疊。由于不均勻地層的各層透水性不同，通過注漿所達(dá)到的效果也不盡相同，有針對性地對注漿地層進(jìn)行分析，在可注性好的地層進(jìn)行針對性注漿，不同的地層采用不同的注漿材料。有效地填補(bǔ)地層的空隙，使地層得到有效的加固處理，達(dá)到設(shè)計要求，從而達(dá)到保護(hù)工程施工安全及周邊環(huán)境的目的。該工藝的特點(diǎn)有:

1)能有效地按照注漿工程的設(shè)計要求，確定注漿的位置和范圍。

2)施工靈活，可根據(jù)現(xiàn)場情況垂直施工，也可水平施工，適用于基坑和隧道工程。

3)不易產(chǎn)生注漿盲區(qū)和薄弱區(qū)，適合高風(fēng)險工程注漿施工，如隔水帷幕墻等。

4)注漿的位置可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，在管內(nèi)隨意變動。

5)可以根據(jù)不同地層情況，采用不同的注漿材料，同一注入點(diǎn)也可注入不同材料。

6)注入后，可根據(jù)注漿的實(shí)際效果和需要非常方便的再次注入，保證注漿質(zhì)量。

3 注漿工藝施工過程

袖閥管注漿工藝施工過程主要包括以下幾個方面:首先采用鉆機(jī)成孔，鉆機(jī)成孔后，在孔內(nèi)下入袖閥管，然后進(jìn)行封孔，在鉆孔孔壁與袖管之間的空隙內(nèi)注入套殼料，隨后可通過注漿芯管插入袖閥管內(nèi)進(jìn)行多道注漿，將注漿材料按照設(shè)計要求注入地層內(nèi)。袖閥管施工工藝施工步驟見圖1。

圖1 袖閥管施工工藝施工步驟圖

3.1 鉆孔

鉆孔施工可分為豎直鉆孔和水平鉆孔施工兩種，現(xiàn)場施工時要根據(jù)不同的設(shè)計需求及場地條件、地質(zhì)條件選用合適的鉆機(jī)設(shè)備。

3.2 安放袖閥管

在鉆機(jī)成孔完成后，在孔內(nèi)下入帶閥套的套管(稱為袖閥管)。根據(jù)材質(zhì)不同，袖閥管可分為PVC袖閥管、鋼制袖閥管和其他材料袖閥管(見圖2)，可根據(jù)現(xiàn)場不同選擇使用。袖閥管每段長度可自由設(shè)置，根據(jù)鉆孔長度適當(dāng)接長。

3.3 注套殼料

在鉆孔內(nèi)下入袖閥管后，袖閥管與鉆孔孔壁之間會存在一定空隙，為了保證注漿實(shí)施效果，需要在袖閥管與鉆孔孔壁間注入一種經(jīng)特制的漿液(稱為套殼料)，以填充袖閥管與孔壁之間的空隙，并且要能保證后續(xù)的注漿漿液能通過注入地層中。

3.4 注漿

在袖閥管中插入帶注漿塞的注漿芯管，注漿塞可為單囊塞、雙囊塞，也可以根據(jù)其形式分為皮碗式、氣(水)脹式等。漿液通過注漿管沖開閥套進(jìn)入需注漿加固的土體中。當(dāng)注漿指標(biāo)達(dá)到技術(shù)要求時，停止注漿上提一段，進(jìn)行下一階段注漿。同時，剛注過漿的閥套會縮，緊緊抱住套管防止土體中的漿液回流到套管中。在需要時，可在套管的適當(dāng)位置重新下入注漿塞，進(jìn)行再次注漿，以達(dá)到預(yù)期的注漿加固效果。

4 工程應(yīng)用

4.1 在地鐵隧道超前加固工程中的應(yīng)用

北京地鐵10號線二期起點(diǎn)—潘家園站區(qū)間為暗挖區(qū)間隧道，北接一期既有線結(jié)構(gòu)，南到潘家園站。位于繁忙的東三環(huán)路下方，地面建筑密集，道路下方市政管線密集。其中左線從起點(diǎn)K24+361.340～K24+650段側(cè)穿10號線一期既有線隧道，為一期勁松站的折返區(qū)間。左線隧道距離既有線隧道水平凈距為1.2 m ～3.6 m(見圖3)。

圖3 區(qū)間隧道與周邊構(gòu)（建）筑物剖面圖

由地質(zhì)詳勘報告可知，本段線路隧道穿過的土層主要為飽和粉細(xì)砂層、粉質(zhì)粘土層和中粗砂層等，均屬于Ⅵ級圍巖，土石可挖性為Ⅰ級～Ⅱ級，土體自穩(wěn)能力很差，很難形成自然拱，支護(hù)不及時易發(fā)生大面積坍落現(xiàn)象。而且該區(qū)域砂層均為含水層，易發(fā)生涌砂和塌方，對既有線威脅很大。本工程要求既有線結(jié)構(gòu)豎向變形沉降控制在2.5 mm，橫向變形控制為3.6 mm，定為特級風(fēng)險工程。

經(jīng)過多方專家論證，本工程采用全斷面袖閥管超前注漿加固，加固范圍為隧道輪廓線外2 m范圍，每循環(huán)加固長度為10 m～12 m，經(jīng)過現(xiàn)場精心施工，加固止水效果良好(見圖4)，保證施工作業(yè)安全。10號線一期既有線沉降及位移監(jiān)測情況也滿足要求，保證了運(yùn)營安全。

圖4 袖閥管注漿止水加固現(xiàn)場實(shí)施效果圖

4.2 袖閥管注漿在基坑圍護(hù)中的應(yīng)用

北京地鐵10號線二期某站2號出入口及1號風(fēng)道明挖基坑位于城市主干道交叉路口東北角，基坑標(biāo)準(zhǔn)段面寬12 m，深16.7 m，基坑開挖范圍內(nèi)為細(xì)砂層和卵石層，開挖范圍內(nèi)存在一層地下潛水，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用樁撐+錨噴支護(hù)，基坑周邊涉及φ1 050污水管、φ400上水管、φ1 950電力管溝等多條管線，基坑北側(cè)臨近旱河，基坑距旱河橋樁結(jié)構(gòu)最近距離為2.7 m。由于雨季突降暴雨，旱河水量劇增，在水流的急速沖刷作用下，基坑與旱河橋之間形成一個較大的空洞區(qū)域(見圖5)。

為保證基坑開挖施工安全及管線、構(gòu)筑物安全，對空洞區(qū)域進(jìn)行砂土回填，并對基坑北側(cè)與旱河之間的土體進(jìn)行注漿加固。由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)冠梁以上存在擋土墻，可操作空間狹小，另φ1 050污水管與基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)間凈距約1 m，為保證注漿施工中污水管的安全，注漿成孔垂直度要求較高，且注漿施工需滿足注漿擴(kuò)散性良好、注漿壓力可控性強(qiáng)等條件，采用袖閥管進(jìn)行土體注漿加固。袖閥管注漿成孔深度進(jìn)入粉質(zhì)粘土層500 mm，深度約18 m;鉆孔工藝采用φ108套管跟進(jìn)成孔，成孔后下入φ48 PVC袖閥管，注漿采用袖閥管后退式注漿施工工藝，注漿材料采用普通水泥—水玻璃漿雙液漿(w∶c=1∶1，c∶s=1∶1)，注漿壓力控制在 0.3 MPa ～0.5 MPa，擴(kuò)散半徑為0.5 m。通過袖閥管注漿加固，基坑土方開挖中基坑側(cè)壁未出現(xiàn)塌方、滲水現(xiàn)象，基坑側(cè)壁土體固結(jié)良好，保證了施工安全。

圖5 基坑與橋體間空洞剖面圖

4.3 在深基坑陽角部位加固工程中的應(yīng)用

北京地鐵10號線二期慈壽寺站工程位于海淀區(qū)玲瓏路與藍(lán)靛廠南路交叉口西北區(qū)域，為北京地鐵6號線與北京地鐵10號線換乘車站，為北京城區(qū)西北四環(huán)與西北三環(huán)之間重要的地下、公共交通樞紐。車站主體呈“L”形布置，其中6號線東西方向布置，車站長313.5 m，車站標(biāo)準(zhǔn)段寬度23.3 m ～27.1 m，底板埋深約27.8 m ～30.0 m;10號線車站南北方向布置，站長176.7 m，車站標(biāo)準(zhǔn)段寬度22.1 m ～26.1 m，底板埋深約為19.7 m ～22.0 m。車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用圍護(hù)樁+錨索和樁撐的支護(hù)形式，受力情況復(fù)雜。由于車站的“L”形交叉形式，在車站基坑開挖過程中形成多個陽角部位(見圖6)。

圖6 慈壽寺站深基坑平面圖

為了保證基坑開挖過程中的安全，基坑開挖前對陽角部位土體采用袖閥管注漿加固，鉆孔及注漿采用地面垂直施工，加固深度深入基坑深度以下2 m范圍，注漿漿液采用1∶1普通水泥單液漿。注漿加固后，對加固效果進(jìn)行現(xiàn)場鉆孔取芯檢驗(yàn)，滿足設(shè)計要求，確保了基坑開挖過程中土體穩(wěn)定，保證了施工安全。

5 幾點(diǎn)體會

1)通過以上工程實(shí)例，袖閥管注漿工藝可以作為地鐵風(fēng)險工程施工的輔助保護(hù)措施，能夠達(dá)到有效地加固地層，確保施工安全及保護(hù)周邊建筑的目的。2)袖閥管注漿工藝可根據(jù)不同地質(zhì)情況實(shí)現(xiàn)多道注入不同的注漿材料，并且能真正意義上實(shí)現(xiàn)分段定量、定壓控制注漿，從而能有效地保證注漿效果，是一種非常好的注漿工藝。3)針對不同的地質(zhì)情況，采用更快速、經(jīng)濟(jì)合理的鉆機(jī)及成孔方式是今后需要改進(jìn)總結(jié)的工作之一。同時如何采用不同的注漿材料或者注漿材料組合，更有效地發(fā)揮注漿材料的功效，并且更經(jīng)濟(jì)，也是今后工作的研究重點(diǎn)。

［1］崔玖江，崔曉青.隧道與地下工程注漿技術(shù)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011.

［2］張民慶，彭 峰.地下工程注漿施工技術(shù)［M］.北京:地質(zhì)出版社，2008.