深孔注漿技術(shù)在地鐵暗挖隧道施工中的應(yīng)用

鄭皓

[摘 要]城市地鐵暗挖隧道施工中所面臨的難題之一就是水的治理問題，水不僅危及掌子面開挖作業(yè)的安全，同樣也威脅到地面建（構(gòu)）筑物的安全。面對(duì)富水砂層及軟弱破碎層， 如何進(jìn)行掌子面加固及止水是施工的關(guān)鍵。深圳地鐵某正線暗挖區(qū)間隧道工程采用深孔注漿技術(shù)成功地完成了富水砂層段的施工，充分表明在不良地質(zhì)地段采用深孔超前預(yù)注漿加固掌子面固結(jié)止水技術(shù)是行之有效的。文章針對(duì)此工程實(shí)例，闡述了深孔注漿技術(shù)的機(jī)理和工藝特點(diǎn)，以及在城市暗挖地鐵隧道施工中的應(yīng)用效果。

[關(guān)鍵詞]深孔注漿；暗挖隧道；工藝特點(diǎn)

中圖分類號(hào)：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）02-0284-02

引言

在城市地鐵暗挖隧道施工中水的治理一直貫穿始終，水不僅危及施工過程中人員、設(shè)備的安全，也影響后續(xù)隧道運(yùn)營(yíng)的質(zhì)量， 同樣也影響周邊建（構(gòu)）筑物的安全。一般地鐵事故 70%以上都和水有關(guān)，比如開挖過程中涌水、或是基礎(chǔ)泡軟拱頂沉降侵限、周邊建筑物沉降開裂、管線拉裂等等，都和水密切相關(guān)。可以說水治理成功了，整個(gè)隧道的安全、質(zhì)量就有保證了。隨著越來越多的地鐵工程的建設(shè)，在工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境等復(fù)雜條件的影響下，如何保證隧道施工安全，減小地面沉降，保護(hù)周邊環(huán)境成為礦山法隧道需要解決的關(guān)鍵問題。本文結(jié)合深圳地鐵某正線暗挖隧道，研究了針對(duì)不良地質(zhì)段采用深孔超前預(yù)注漿加固技術(shù)，旨在減小地表沉降，提高隧洞的安全可靠程度。

1、注漿加固機(jī)理

1.1、注漿加固機(jī)理

注漿加固就是要讓水泥漿液在周圍巖層、土體中通過滲透、充填、壓密擴(kuò)展形成漿脈。由于地層中巖層的不均勻性，通過鉆孔向巖層中加壓灌入一定水灰比的漿液，一方面灌漿孔向外擴(kuò)張形成圓柱狀漿體，鉆孔周圍巖層被擠壓充填。另一方面隨著灌漿的進(jìn)行，巖層裂縫的發(fā)展和漿液的滲透，漿液在地層中形成方向各異、縱模交錯(cuò)、厚薄不一的片狀、條狀、團(tuán)塊狀漿脈，漿脈隨著其凝結(jié)硬化，起到控制沉降、提高承載力的作用[1]。

1.2、灌漿處理范圍：

隧道拱頂及全斷面穿越淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、砂層及穿越斷層處，采用半斷面注漿止水加固措施，保證隧道的開挖安全，注漿液采用水泥-水玻璃雙液漿。

2、工程應(yīng)用

2.1工程概況

深圳市城市地鐵某正線暗挖區(qū)間為礦山法施工隧道，該區(qū)間為沖洪積平原地貌，地形較平坦，地面高程一般為11.78～14.10m。區(qū)間所在位置道路兩側(cè)建筑物較多，地下管線復(fù)雜，且車流量大，交通繁忙。本區(qū)間隧道埋深7.5m～11m，隧道主要穿越淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)黏土、砂層、全、強(qiáng)、中、微風(fēng)化花崗片麻和全、中、強(qiáng)、中、微風(fēng)化混合花崗巖。地表為人工素填土，局部地表有雜填土。其中隧道下穿砂礫層段極易造成涌砂和地表沉降等事故，故此段需要采用深孔注漿加固、止水措施，頂部加固至隧道開挖輪廓線外3m，兩側(cè)加固至隧道開挖輪廓線外3m，底部加固至砂層下1.0m。

2.2深孔注漿施工[2]

做好注漿工作應(yīng)從四個(gè)方面入手：（1）做好注漿前技術(shù)準(zhǔn)備；（2）合理的注漿設(shè)計(jì)；（3）合理運(yùn)用注漿技術(shù)的三個(gè)核心（材料、設(shè)備、工藝）；（4）對(duì)注漿效果的準(zhǔn)確評(píng)定。

2.2.1 注漿前的技術(shù)準(zhǔn)備

1 熟悉工程對(duì)象特征

（1）工程地質(zhì)特征：影響材料和工藝。

（2）水文地質(zhì)特征：影響材料、設(shè)備和工藝。

（3）周邊環(huán)境特點(diǎn)：影響材料和工藝。

（4）造價(jià)和工期要求：影響設(shè)備和勞動(dòng)力組織。

2 漿液注入地層的方式

（1）滲透擴(kuò)散：中粗砂層采用超細(xì)水泥-水玻璃雙液漿注漿固結(jié)。

（2）劈裂擴(kuò)散：動(dòng)水粉細(xì)砂層溶洞采用六種共混材料注漿固結(jié)。

（3）裂隙填充：斷層破碎帶采用普通水泥-水玻璃雙液漿注漿加固。

（4）擠壓填充：粉細(xì)砂層中局部空洞采用普通水泥單液漿擠壓填充。

2.3 注漿設(shè)計(jì)

2.3.1 深孔注漿參數(shù)[3-4]

（1）漿液凝膠時(shí)間： 雙液漿凝膠時(shí)間 30 sec～3 min，單液漿不宜超過 8 h。

（2）單孔單段注漿量：根據(jù)公式計(jì)算。

（3）注漿分段長(zhǎng)度：前進(jìn)式分段注漿每環(huán)15 m。

（4）注漿終壓：0.1～0.3 MPa。

（5）注漿速度：砂層、粉質(zhì)粘性土 20～40 L/min，砂礫石40～60 L/min，斷層破碎帶 60～120 L/min。注漿參數(shù)主要根據(jù)地層實(shí)際情況進(jìn)行試驗(yàn)確認(rèn)，并在現(xiàn)場(chǎng)施工中不斷完善調(diào)整，注漿過程中結(jié)合注漿壓力變化情況，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)調(diào)整優(yōu)化注漿參數(shù)。 本次結(jié)合砂層和粉質(zhì)粘土特性，設(shè)定注漿參數(shù)見表1。

2.3.2 深孔注漿工藝

深孔注漿工藝具體過程是：首先采用水平地質(zhì)鉆機(jī)成孔，開孔后安裝孔口管，在孔口管內(nèi)分段向前鉆注施工。每一循環(huán)進(jìn)尺控制在15 m，注漿后開挖12m，留3m不開挖作下一循環(huán)的止水巖盤。

2.3.2注漿孔間排距

注漿孔的布置目的是為了使?jié){液擴(kuò)散范圍相互重疊，不出現(xiàn)漏注區(qū)。本工程應(yīng)用中，注漿孔布置由工作面向開挖方向呈輻射狀，鉆孔均勻布置成圓形圈，保證注漿充分，不留死角，漿液擴(kuò)散半徑1.5m，現(xiàn)場(chǎng)施工根據(jù)地質(zhì)情況具體布置鉆孔。注漿孔布置參數(shù)如圖一所示。

2.4 深孔注漿效果的檢驗(yàn)

深孔注漿完成后，在隧道正式開挖前，需進(jìn)行鉆芯取樣測(cè)定抗壓強(qiáng)度，加固后的土體強(qiáng)度需達(dá)到 1.5MPa 以上；如未達(dá)要求，需補(bǔ)充注漿。注漿后掌子面不僅沒有出現(xiàn)滲漏水情況，土體的強(qiáng)度也大大增加，必須采用風(fēng)鎬進(jìn)行破除開挖。

3、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)情況

為了保證隧道和圍巖的穩(wěn)定，確保施工安全，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目采取以典型斷面位移測(cè)量（地表沉降、隧道拱頂沉降、凈空收斂）為主的測(cè)量方法。

3.1 洞內(nèi)變形分析

（1）監(jiān)測(cè)結(jié)果

洞內(nèi)變形監(jiān)測(cè)包括拱頂沉降和洞內(nèi)凈空收斂等，典型斷面拱頂沉降、收斂與時(shí)間的關(guān)系曲線見圖二、三。

（2）監(jiān)測(cè)分析

① 富水軟弱地層隧道采用臺(tái)階法施工時(shí)，上臺(tái)階開挖至仰拱封閉期間，拱頂沉降，累計(jì)變化最大為-4.40mm。洞內(nèi)凈空收斂在上臺(tái)階開挖過程中變化較大，初襯封閉成環(huán)后，隨著掌子面向前推進(jìn)、初襯混凝土強(qiáng)度上升以及地下水位的穩(wěn)定，數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定。

② 優(yōu)化施工組織，加快開挖初襯作業(yè)循環(huán)以及及時(shí)封閉仰拱，減少施工擾動(dòng)，有利于將隧道結(jié)構(gòu)本身變形控制在允許范圍內(nèi)。在富水軟弱地層中，采用深孔超前預(yù)注漿加固，很好地起到超前預(yù)支護(hù)作用，在開挖段形成具有一定厚度的加固圈，對(duì)控制洞內(nèi)整體下沉效果明顯。

3.2地表沉降分析

（1）監(jiān)測(cè)成果

地表沉降典型監(jiān)測(cè)斷面歷時(shí)曲線見圖四。

（2）監(jiān)測(cè)分析

地表沉降累計(jì)變化最大為-25mm，相比拱頂沉降變化較小，隧道周邊房屋主體無明顯裂紋及差異沉降，結(jié)構(gòu)安全，說明深孔注漿在地層加固方面起到了良好的作用。

3、總結(jié)

礦山法隧道采用注漿加固措施來保證巖層穩(wěn)定性及施工過程中隧道的安全，其工藝和技術(shù)都已有多年的發(fā)展，但為了充分實(shí)現(xiàn)注漿措施的目的，還需要根據(jù)隧道所處的環(huán)境、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件等來選取合理的漿液類型、注漿管材料、注漿方法和注漿參數(shù)等；同時(shí)在注漿施工進(jìn)行之后，要密切關(guān)注注漿效果，以及時(shí)調(diào)整注漿方法和注漿參數(shù)等，并加強(qiáng)已注區(qū)域的質(zhì)量檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)不合格時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取合理的補(bǔ)救措施，以保證隧道施工安全、順利地進(jìn)行。

對(duì)軟弱地段進(jìn)行注漿加固之后，需要設(shè)置測(cè)站對(duì)地表沉降作長(zhǎng)期監(jiān)控監(jiān)測(cè)，一般用精密水準(zhǔn)儀與塔尺配合進(jìn)行，對(duì)其量測(cè)可為判定隧道施工過程中對(duì)地面建筑的影響程度及范圍提供重要依據(jù)，尤其是隧道施工通過加固區(qū)域期間，需要加大監(jiān)測(cè)頻率。若監(jiān)測(cè)到的地表沉降大小超過極限值，則應(yīng)立即停止施工，分析排查沉降原因并采取補(bǔ)救措施，待處理完畢后，測(cè)得的沉降速率正常之后方可繼續(xù)施工。

參考文獻(xiàn)

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