城市地鐵穿越既有鐵路線路地層加固施工技術(shù)

趙恒

摘 要：本文介紹地鐵盾構(gòu)區(qū)間將面臨下穿既有鐵路線路時(shí)，為避免施工過(guò)程中路基沉降過(guò)大，給列車(chē)運(yùn)行帶來(lái)安全隱患，需提前進(jìn)行地層加固處理。WSS注漿施工技術(shù)是在地鐵盾構(gòu)區(qū)間穿越既有線路提前進(jìn)行地表注漿加固的施工方法，通過(guò)地面靜壓注漿形式對(duì)既有線路路基地層加固，保證了列車(chē)安全通行，對(duì)同類(lèi)工程有很好的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：區(qū)間下穿；既有線路；地層加固；WSS注漿

1 引言

十三五期間，我國(guó)城市軌道交通行業(yè)發(fā)展迅速，城市地鐵建設(shè)正處于蓬勃的發(fā)展時(shí)期。城市地鐵施工將不可避免發(fā)生近接、下穿既有建筑甚至公路、鐵路線路情況。因此，地鐵施工過(guò)程中，不但要保證工程本身結(jié)構(gòu)安全，更要減少對(duì)周邊建筑的安全干擾。為了避免施工過(guò)程中因工程地質(zhì)不良、地下水豐富等客觀原因造成穿越既有線路時(shí)路基沉降，需提前對(duì)穿越段路基地層采取加固措施。近年來(lái)，WSS 注漿技術(shù)被引用到地鐵施工領(lǐng)域，為注漿加固工藝增添了新的施工方法，在工程實(shí)踐的應(yīng)用中取得了良好的效果。地鐵施工穿越既有鐵路線路時(shí)采用WSS注漿施工技術(shù)對(duì)地層進(jìn)行加固，最大限度地減少洞內(nèi)施工對(duì)地上構(gòu)筑物的不利影響，控制了地表沉降，通過(guò)優(yōu)化洞內(nèi)外施工措施確保既有鐵路線路的運(yùn)營(yíng)和地鐵施工的安全。

2 工程概況

某城市地鐵1號(hào)線香工街站至中長(zhǎng)街站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，區(qū)間線路全長(zhǎng)675m，區(qū)間隧道地面地勢(shì)起伏較大，隧道拱頂覆土最大19.6m，最小14.6m。區(qū)間線路橫穿既有哈大鐵路線沙河口火車(chē)站路基，穿越段地質(zhì)情況從上到下依次為素填土、粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化鈣質(zhì)板巖、強(qiáng)風(fēng)化鈣質(zhì)板巖、中風(fēng)化鈣質(zhì)板巖。圍巖呈黃褐色，碎裂結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，巖體風(fēng)化節(jié)理裂隙發(fā)育，巖心呈碎片狀、片狀，巖體破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為V級(jí)，地下水類(lèi)型主要為基巖裂隙水，賦存強(qiáng)風(fēng)化巖層中，且具有承壓性，水量及其豐富。盾構(gòu)穿越區(qū)域地層局部存在粉質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化鈣質(zhì)板巖“V”型侵入中風(fēng)化現(xiàn)象，呈現(xiàn)“上軟下硬”現(xiàn)象，加之此段為原沙河口老河道，地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜。

3 施工風(fēng)險(xiǎn)分析

盾構(gòu)區(qū)間隧道穿越既有鐵路線沙河口火車(chē)站站場(chǎng)路基段巖層破碎，地下水豐富，嚴(yán)重危及洞內(nèi)盾構(gòu)施工及上部路基、管線等構(gòu)筑物的安全，易發(fā)生較大沉降甚至坍塌現(xiàn)象。故需對(duì)該特殊地質(zhì)段隧道周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)圍巖進(jìn)行地質(zhì)改良加固，使圍巖裂隙得到充分填充及密實(shí)，使地層的不透水性增強(qiáng)，且具有一定的強(qiáng)度，達(dá)到止水加固之目的。受站場(chǎng)路基軌道交通條件限制，無(wú)法采用大型機(jī)械設(shè)備鉆孔，因WSS注漿技術(shù)采用的二重管鉆機(jī)重量較輕，便于人工進(jìn)行移動(dòng)作業(yè)，且在富水地層加固效果較好，固采用WSS注漿技術(shù)對(duì)地層進(jìn)行加固處理，確保穿越段地上構(gòu)筑物及列車(chē)運(yùn)營(yíng)的安全，從而確保盾構(gòu)區(qū)間施工的順利進(jìn)行。

4 WSS注漿施工工藝及施工方法

WSS注漿技術(shù)是采用二重管鉆機(jī)鉆孔至設(shè)計(jì)深度，利用同步雙液注漿機(jī)進(jìn)行注漿的施工方法。注漿漿液有三種，即A液（水玻璃）、B液（磷酸）、C液（水泥漿），A液先后與B液、C液通過(guò)漿液混合器充分混合分別合成AB液（水玻璃與磷酸混合液）、AC液（水玻璃與水泥漿混合液）。該注漿方法是將地層間的空隙充滿漿液并使其固結(jié)，達(dá)到改良土層性狀的目的。其原理是先通過(guò)AB液將土層顆粒間的水強(qiáng)迫擠出，再利用AC液使該土層的粘結(jié)力、內(nèi)摩擦角值增大，從而使地層粘結(jié)強(qiáng)度及密實(shí)度增加，起到止水加固作用。

4.1 施工工藝流程圖

4.2 施工方法

（1）注漿材料及配合比。①溶液型漿液：AB液，即水玻璃-磷酸；配比：A液：B液=50：1；A液為稀釋后水玻璃，其中水玻璃：水=1：1；B液：外加劑（磷酸），（以上均為體積比）。

②懸濁液：AC液，即水玻璃-水泥漿；配比：A液：C液=1：1；A液為稀釋后水玻璃，其中水玻璃：水=1：2（體積比）；C液為水泥漿，其中水：水泥=2：1（質(zhì)量比，現(xiàn)場(chǎng)采用Φ1.0m的攪拌桶加入38cm高的水，再配3包50kg的袋裝普通硅酸鹽水泥）。

溶液型漿液配比用量為：每立方米溶液型水玻璃用量400-440kg。懸濁液配比用量為：每立方米懸濁液水泥用量256kg，水玻璃110kg。

注漿時(shí)，將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整配合比，并適當(dāng)加入特種材料以增加可灌性和堵水性能提高止水效果。

（2）注漿設(shè)備

（3）注漿范圍。根據(jù)場(chǎng)內(nèi)巖土工程勘察資料，結(jié)合前期盾構(gòu)施工中揭示的地質(zhì)及地下水情況，擬定注漿范圍為盾構(gòu)區(qū)間外輪廓9m，深度至入巖即19m ，詳見(jiàn)注漿加固斷面圖。

（5）布孔及注漿順序。根據(jù)場(chǎng)內(nèi)情況，平面布孔按盾構(gòu)區(qū)間下穿鐵路路基段地表注漿加固平面圖執(zhí)行，注入順序：隧道加固區(qū)域從外圍到中心進(jìn)行施工。

（7）注漿質(zhì)量控制

①鉆孔施工：開(kāi)鉆前，嚴(yán)格按照施工布置圖，布好孔位。鉆機(jī)定位準(zhǔn)確，開(kāi)鉆前的鉆頭點(diǎn)位與布孔點(diǎn)之距相差不得大于5cm。鉆桿角度偏差不得大于1°。鉆孔時(shí)，密切觀察鉆孔進(jìn)度，如發(fā)生涌水情況，應(yīng)立即停止鉆孔，先進(jìn)行注漿止水 ，并確認(rèn)止水效果后，方可停止注漿，向下繼續(xù)鉆孔施工。

②配料：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同地質(zhì)情況選擇由A、B液組成的溶液型漿液或A、C液組成懸濁液漿液，必須采用準(zhǔn)確的計(jì)量工具，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)配合比施工。

③注漿：注漿必須按程序施工，每段進(jìn)漿要準(zhǔn)確，注漿壓力一定要嚴(yán)格控制在0.5MPa～1.2MPa之間，專人操作。當(dāng)壓力突然上升或從孔壁溢漿，應(yīng)立即停止注漿，每段注漿量嚴(yán)格按設(shè)計(jì)進(jìn)行，跑漿時(shí)，需采取措施確保注漿量滿足設(shè)計(jì)要求。

④注漿全過(guò)程必須進(jìn)行施工檢查和監(jiān)控量測(cè)，注漿完成后，需采取措施保證不溢漿不跑漿，嚴(yán)格控制地面隆起和沉降。

⑤注漿加固施工期間，每道工序均由專人負(fù)責(zé)，并做好施工記錄。

（8）注漿效果檢驗(yàn)

第一步：本工程注漿施工結(jié)束后，通過(guò)注漿體內(nèi)鉆孔，用壓水的辦法測(cè)定加固區(qū)地基的流量及滲透系數(shù)，對(duì)不合格的注漿孔進(jìn)行了補(bǔ)充注漿。本工程注漿孔數(shù)120個(gè)，檢查孔的數(shù)目為總注漿孔數(shù)的5～10%，即12個(gè)，重點(diǎn)將地質(zhì)條件不好的地段以及注漿質(zhì)量較差或有疑問(wèn)的部位進(jìn)行了補(bǔ)充注漿。

第二步：利用取芯鉆機(jī)鉆孔，從檢查補(bǔ)充加固后的注漿體內(nèi)取出原狀樣品，送試驗(yàn)檢測(cè)中心進(jìn)行必要的試驗(yàn)研究。通過(guò)檢測(cè)樣品的密度，結(jié)石的性質(zhì)、漿液充填率及剩余孔隙率、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度、滲透性及長(zhǎng)期滲流穩(wěn)定性等重要的物理力學(xué)性能指標(biāo)，試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)論得出本次注漿效果良好

第三步：現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)顯示鐵路路基處于穩(wěn)定狀態(tài)，為了確保后續(xù)盾構(gòu)施工安全，又采用地質(zhì)雷達(dá)掃描法，對(duì)路基加固區(qū)地質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)試掃描，最終確定穿越段地層無(wú)不良地質(zhì)。

5 結(jié)束語(yǔ)

穿越既有鐵路線路是本盾構(gòu)區(qū)間施工中的一項(xiàng)重大風(fēng)險(xiǎn)源，通過(guò)提前采用WSS注漿技術(shù)對(duì)鐵路路基地層進(jìn)行加固處理，極大地降低了盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)。盾構(gòu)機(jī)順利穿越了既有鐵路路基，完成了區(qū)間施工任務(wù)，既保證了洞內(nèi)盾構(gòu)施工安全，又保證了洞上構(gòu)筑物及列車(chē)運(yùn)營(yíng)安全，為下一步同類(lèi)地鐵工程施工起到了很好的借鑒作用。

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