超前小導(dǎo)管注漿在淺埋暗挖粉細(xì)砂地層中的應(yīng)用

孫雪娜

（中鐵建大橋工程局集團(tuán)建筑工程有限公司， 天津 300300）

1 工程概況

南水北調(diào)配套工程南干渠工程位于北京市南部地區(qū)，工程起點(diǎn)位于豐臺(tái)區(qū)盧溝橋地區(qū)老莊子鄉(xiāng)，沿五環(huán)路向南轉(zhuǎn)向東，終點(diǎn)到亦莊水廠調(diào)節(jié)池，全長27.282km。

北京市南水北調(diào)配套工程南干渠工程第七標(biāo)段位于北京市西南五環(huán)狼垡西橋以南100米，為雙線輸水隧洞，其開挖斷面為Ф4600mm圓形斷面，采用淺埋暗挖法施工復(fù)合式襯砌。隧洞結(jié)構(gòu)斷面見圖1所示。

圖1 隧洞結(jié)構(gòu)斷面

2 工程地質(zhì)狀況

本工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)為粘、砂、礫（卵）多元結(jié)構(gòu)Ⅱ段。

地表覆蓋有人工填土層，主要分布在建筑區(qū)、鐵路附近，含磚塊、礫石，疏松、厚度不均，一般0.7～1.8m。其下上部為粘土層，以粉土為主夾粉質(zhì)粘土層，厚度一般為1.0～2.3m。粉土、粉質(zhì)粘土一般以中壓縮性為主，局部高壓縮性，工程地質(zhì)特性較好。其下為細(xì)砂層，厚一般4.2～9m，其間夾厚度1.2～4.3m不等的粘性土透鏡體。中細(xì)砂含少量細(xì)礫，礦物成分以石英、長石為主，含少量云母及暗色礦物，呈稍密～中密～密實(shí)狀態(tài)，屬較透水層。下部為厚層圓礫及卵石層，未被鉆孔揭穿。圓礫、卵石呈雜色，磨圓度較好，成分以巖漿巖為主，結(jié)構(gòu)呈中密，具強(qiáng)透水性，卵石粒徑一般2m～8cm，卵石含量一般在70%以上，局部夾有漂石。

3 施工過程

3.1 小導(dǎo)管加工

依據(jù)底層情況和開挖步距要求，超前注漿小導(dǎo)管采用無縫鋼管制作，小導(dǎo)管設(shè)定長度1.7m，端頭1m花管管壁周圍打眼，管尖做成錐形，管末端焊φ6環(huán)形箍筋，詳見小導(dǎo)管加工示意圖。

小導(dǎo)管加工示意圖

3.2 小導(dǎo)管打設(shè)

暗挖采用正臺(tái)階法施工，分上、下臺(tái)階兩步進(jìn)行，預(yù)留核心土，待上臺(tái)階開挖及支護(hù)結(jié)束后，進(jìn)行下臺(tái)階的開挖、支護(hù)。在粉細(xì)砂地層中超前小導(dǎo)管采用高壓風(fēng)引孔插入，沿拱部環(huán)向布設(shè)，注改性水玻璃漿液或雙液漿。

小導(dǎo)管注漿工藝流程圖

粉細(xì)砂層超前小導(dǎo)管施工

3.3 注漿試驗(yàn)室內(nèi)部分

（1）改性水玻璃漿液配制

注漿原則：對于無水的中砂及粉細(xì)砂地層采用改性水玻璃

分別將水玻璃和濃硫酸在容器中稀釋，其中根據(jù)《地鐵暗挖隧道注漿施工技術(shù)規(guī)程》中改性水玻璃配制中稀釋溶液的參考值分別為水玻璃10～20Be＇，硫酸稀釋溶液濃度為 18%；本試驗(yàn)中選擇硫酸溶液濃度取 18%，并配制 25Be＇、20Be＇和15Be＇三種不同濃度的水玻璃，進(jìn)行改性水玻璃溶液的配制。

1）將98%濃度的濃硫酸稀釋成18%濃度的稀硫酸

根據(jù)總質(zhì)量配制前后不變原則進(jìn)行計(jì)算后

V硫：V水=1:8.18

2）將40Be＇的水玻璃配制成25Be＇的水玻璃

V水：V40Be＇水玻璃=0.8:1

乙液：濃度98%硫酸稀釋為18%

V硫： V水=1:8.18

用波美比重計(jì)復(fù)測配制好的水玻璃溶液，符合配制波美度要求?？焖贁嚢柘♂尯玫牧蛩崛芤海従徏尤肱渲坪玫乃Ａ芤哼吋舆呌肞H試紙測定其PH值，當(dāng)PH值在3-4之間為宜。 以此得出

改性水玻璃配合比：甲液：乙液=3：1

3）將40 Be＇的水玻璃配制成20Be＇的水玻璃

甲液：V水：V40Be＇水玻璃=1.38:1

乙液：V硫：V水=1:8.18

用波美比重計(jì)復(fù)測配制好的水玻璃溶液，符合配制波美度要求?？焖贁嚢柘♂尯玫牧蛩崛芤?，緩緩加入配制好的水玻璃溶液邊加邊用PH試紙測定其PH值，當(dāng)PH值在3～4之間為宜。 以此得出

改性水玻璃配合比：甲液：乙液=3.86：1

4）將40 Be＇的水玻璃配制成15Be＇的水玻璃

甲液：V水：V40Be＇水玻璃=2.31:1

乙液：V硫：V水=1:8.18

用波美比重計(jì)復(fù)測配制好的水玻璃溶液，符合配制波美度要求。快速攪拌稀釋好的硫酸溶液，緩緩加入配制好的水玻璃溶液邊加邊用PH試紙測定其PH值，當(dāng)PH值在3-4之間為宜。 以此得出改性水玻璃配合比：甲液：乙液=5.2：1

（2）水泥-水玻璃雙液漿

注漿原則：有水的粗砂及砂石地層采用水泥-水玻璃雙液漿

水泥水玻璃雙液漿：分別配制水泥漿和水玻璃漿，用雙液注漿泵壓注，在孔口混合的漿液。

水泥漿：水灰比1：1（重量比）

水玻璃漿：35Be＇

雙液漿配合比為：水泥漿：水玻璃漿=1:1～1:0.6

本注漿試驗(yàn)取雙液漿配合比為：水泥漿：水玻璃漿=1：0.8

實(shí)際施工時(shí)，根據(jù)地層情況及注漿試驗(yàn)調(diào)整配比。

水泥漿配制參數(shù)

注漿原則：無水的粗砂及砂卵石地層采用單液水泥漿

水泥漿水灰比為1：1

（4）注意事項(xiàng)

1）分別將二種水玻璃稀釋溶液逐步加入硫酸溶液中，隨加隨測定混合液 PH值，并根據(jù)試驗(yàn)，測定水玻璃出現(xiàn)明顯凝膠沉淀，選擇適宜的水玻璃溶液。

2）對PH值由小到大直到臨界PH值的各級混合液測定其在空氣中的凝結(jié)時(shí)間。

3）對PH值由小到大直到臨界PH值的各級混合液測定其在室內(nèi)土體樣本中的凝結(jié)時(shí)間。

（5）注漿試驗(yàn)室外部分

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果，擬選用18%硫酸與20Be＇、 15Be＇水玻璃溶液配制出的改性水玻璃的配合比作為現(xiàn)場單液漿注漿試驗(yàn)。水泥-水玻璃雙液漿的配制依據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)配合比。

1）改性水玻璃及水泥-水玻璃雙液漿 漿液配制表（見附表）

附表：改性水玻璃及水泥-水玻璃雙液漿 漿液配制表

改性水玻璃及水泥-水玻璃雙液漿 漿液配制表

2）注漿試驗(yàn)的位置：主洞注漿試驗(yàn)選在主洞洞口上2m范圍內(nèi)選擇和洞內(nèi)地質(zhì)條件相似的地層。

A、在試驗(yàn)部位噴射10cm厚C25混凝土后，打設(shè)小導(dǎo)管9根后，再噴射10cm厚混凝土封閉。（小導(dǎo)管布設(shè)位置詳見附表）

B、以試驗(yàn)室取得的最佳配合比注漿，現(xiàn)場配制漿液。

C、按照注漿終壓0.3MPa、0.35MPa 2個(gè)等級，進(jìn)行現(xiàn)場注漿，每等級各3根。

D、統(tǒng)計(jì)各終壓控制等級下注漿孔位的注漿量并檢測其擴(kuò)散半徑。

E、實(shí)際現(xiàn)場調(diào)制漿液時(shí)，與室內(nèi)試驗(yàn)有所差別。具體試驗(yàn)參數(shù)以室外試驗(yàn)部分為準(zhǔn)。在現(xiàn)場調(diào)制漿液時(shí)，使用高壓風(fēng)管放入稀釋好的硫酸溶液中進(jìn)行風(fēng)攪拌。

F、注漿固結(jié)效果

豎井注漿試驗(yàn)固結(jié)效果

隧洞開挖注漿固結(jié)效果

4 超前小導(dǎo)管注漿技術(shù)參數(shù)

4.1 注漿工藝參數(shù)數(shù)據(jù)收集

（1）注漿壓力一般不大于0.35MPa。

（2）改性水玻璃漿：配合比為硫酸：水玻璃=1∶1.8～1∶2.2，PH=3.1～3.5。

（3）純水泥漿：原材料為摻入10%微膨脹劑的普通水泥，水灰比0.45～0.6。

（4）水泥-水玻璃雙液漿：水泥采用32.5R普通硅酸鹽水泥，水玻璃為35Be'。水泥漿液水灰比為1∶1～1∶1.2；水泥漿液與水玻璃體積比為1∶1。

4.2 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

（1）單根管結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿過程中，壓力逐漸上升，流量逐漸減少，當(dāng)壓力達(dá)到注漿終壓，注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的 80%以上，可結(jié)束該孔注漿，注漿量未達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，而達(dá)到注漿量亦可結(jié)束該孔注漿。

（2）本循環(huán)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：所有注漿孔均達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，即可結(jié)束本循環(huán)注漿。

小導(dǎo)管選用內(nèi)徑φ25的無縫鋼管，根據(jù)注漿試驗(yàn)成果：此類粉細(xì)砂地層中小導(dǎo)管長 1.7m，橫向間距 0.3m，小導(dǎo)管打入最佳角度 25°～30°打入，環(huán)向間距0.3m，外露20cm。在遇到粉細(xì)砂底層松散度較大，地質(zhì)狀況較差部位，采取雙排小導(dǎo)管注漿技術(shù)：每排環(huán)向間距30cm，（其中南干渠隧洞不良地質(zhì)段為每榀49根），外插角分別為 15°～20°、30°～45°交錯(cuò)布置能有效固結(jié)前方土體，保障開挖安全。

5 結(jié)束語

小導(dǎo)管超前注漿，漿液配制依據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，不能一味參照規(guī)范及施工參數(shù)進(jìn)行漿液的配制，摸索最佳注漿參數(shù)解決前方地層固結(jié)效果。小導(dǎo)管施工工序連接緊密，循環(huán)周期小，細(xì)砂段注漿固結(jié)效果較好，注漿壓力、注漿量和擴(kuò)散半徑都達(dá)到了設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，能夠很好的加固拱頂?shù)貙?，達(dá)到注漿目的。

[1]《DBJ 01-96-2004地鐵暗挖隧道注漿施工技術(shù)規(guī)程》，北京市建設(shè)委員會(huì)，2004年10月

[2]《北京南水北調(diào)配套工程南干渠工程地質(zhì)勘探報(bào)告》, 北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,2008年6月