巖溶發(fā)育區(qū)地鐵車站道床板下鋼立柱滲水的封堵技術(shù)

洪冬明 賴德基

廣東省基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 廣東 廣州 510620

1 工程概況

廣州市城市軌道交通9號(hào)線某車站土建項(xiàng)目，車站主體結(jié)構(gòu)基坑長(zhǎng)度539.00 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度24.90 m，開挖深度16.09～18.53 m，中心里程基坑底面高程為－7.02 m。車站巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，地勘報(bào)告揭示巖溶見洞率達(dá)70%，勘察期間揭露本場(chǎng)地地下水穩(wěn)定水位埋深1.50～6.50 m（標(biāo)高3.49～8.50 m），初見水位埋深0.80～3.70 m（標(biāo)高6.14～9.40 m）。

基坑標(biāo)準(zhǔn)跨度為24.90 m，東西端頭跨度為33.60 m，為了保證基坑開挖階段支撐系統(tǒng)的安全有效，車站基坑共設(shè)置69根φ600 mm的鋼立柱作為支撐立柱。

車站在基坑支護(hù)工程中已完成69根鋼立柱施工，鋼立柱頂部與第1道支撐連接，深度為入微風(fēng)化灰?guī)r2 m（當(dāng)巖面位于基坑底面以上時(shí)，則成孔至基坑底以下2 m終孔），結(jié)合圖紙及車站結(jié)構(gòu)施工，鋼立柱在結(jié)構(gòu)封頂后再進(jìn)行切割，鋼立柱內(nèi)空洞采取孔內(nèi)焊接水平鋼板封閉并回填混凝土。

2 滲漏情況分析

在各單位完成施工并移交地鐵公司試營(yíng)運(yùn)期間，車站道床板面發(fā)現(xiàn)局部滲漏，影響車輛運(yùn)營(yíng)安全。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，滲水位置共23處，滲漏形式為局部點(diǎn)漏，分布較為規(guī)則，測(cè)量復(fù)核滲漏點(diǎn)均為原鋼立柱位置。原因分析：結(jié)構(gòu)封頂時(shí)，在割除底板以上的鋼立柱后，原方案為對(duì)底板以下的鋼立柱，在柱內(nèi)進(jìn)行焊接鋼板封閉，但因巖溶水較為豐富，封閉后，鋼板焊縫未冷卻即受地下水的侵入，造成局部出現(xiàn)裂縫。其間，由于軌交9號(hào)線年底通車的節(jié)點(diǎn)要求，軌道施工單位在未做封堵處理效果檢測(cè)的情況下，匆忙澆筑道床混凝土、鋪設(shè)軌道。結(jié)構(gòu)整體封閉后，進(jìn)入了雨季，底板水壓上升，由于部分鋼立柱鋼板焊縫自身存在缺陷或未冷卻即受地下水侵入造成了收縮裂縫，承壓水從焊接裂縫部位滲上，并從道床板混凝土澆筑不密實(shí)處滲出，造成道床板面出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象（圖1、圖2）。

圖1 道床面滲水

圖2 道床面開孔后滲水情況

根據(jù)滲漏情況分析，如不采取封堵措施，道床板上積水會(huì)對(duì)運(yùn)營(yíng)列車造成危險(xiǎn)，且在巖溶發(fā)育區(qū)域，如不及時(shí)處理，承壓水容易導(dǎo)致封堵鋼板銹蝕破壞，對(duì)運(yùn)行列車存在潛在風(fēng)險(xiǎn)。由于開通在即，列車已經(jīng)在試運(yùn)行，為避免對(duì)道床板產(chǎn)生變形影響列車運(yùn)營(yíng)，堵漏只能在小范圍、短時(shí)間內(nèi)完成，不能采用大面積注漿和高壓注漿。

3 鋼立柱封堵方式

根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際滲漏水部位、滲漏特點(diǎn)、滲漏原因以及滲漏程度的分析，采用對(duì)鋼立柱中空部位進(jìn)行清理、填充、注漿的方式，將鋼立柱中空位置充填密實(shí)以實(shí)現(xiàn)底板的補(bǔ)強(qiáng)與治漏。方法為先開孔打穿鋼管立柱的封閉鋼板，對(duì)鋼立柱中空部位進(jìn)行清理干凈后（用抽水泵將鋼管內(nèi)積水抽干或鋼管柱內(nèi)冒水時(shí)用抽水泵抽水降低鋼管內(nèi)水位至封堵鋼板以下10 cm），用快干水泥填充鋼立柱中空層，然后注漿環(huán)氧漿液，阻斷水源通路。隔天后進(jìn)行二次加壓注漿，阻斷一次注漿時(shí)因可能產(chǎn)生的收縮縫隙而造成的出水通路，通過填充與注漿將鋼立柱中空層形成一個(gè)整體，達(dá)到將整個(gè)鋼管立柱中空充填密實(shí)與治漏的目的。

施工步驟如下：

1）堵漏主要機(jī)具設(shè)備、材料：鉆孔機(jī)、沖擊鉆、注漿機(jī)、水泵、照明燈具；注漿管和泄水管、止水針頭、堵漏靈、濕固性改性環(huán)氧樹脂等。

2）施工前準(zhǔn)備工作：施工請(qǐng)點(diǎn)獲得運(yùn)營(yíng)批復(fù)后，工人與管理人員穿戴反光衣，攜帶身份證明，在指定時(shí)間和區(qū)域集合，接受運(yùn)營(yíng)人員的安全交底，清點(diǎn)器械材料、登記、拍照后進(jìn)入施工場(chǎng)地，進(jìn)行接電和施工前的初始值測(cè)量。

3）鉆孔方法及注漿管的安裝[1-4]：

① 鉆孔。在道床上面精確標(biāo)出鋼管立柱位置并找出漏水點(diǎn)，標(biāo)上記號(hào)，用水磨開孔鉆鉆孔，從道床面鉆至道床底部位的孔徑為200 mm（1孔），從道床底鉆到鋼板面的開孔孔徑為100 mm（2孔），鉆孔深度以穿透鋼管立柱的封口鋼板到達(dá)鋼管立柱中空層為收鉆標(biāo)準(zhǔn)，孔深為470～500 mm，具體深度以施工位置道床厚度和施工過程進(jìn)行控制。根據(jù)試驗(yàn)，鉆孔鉆至鋼板面所需時(shí)間約為65 min，鉆穿鋼板約30 min。

② 注漿管的安裝。在開孔后對(duì)承壓水進(jìn)行排泄，然后將鋼立柱中空部位雜物清理干凈，并用快干水泥拌好，在手中揉壓成型至發(fā)熱，然后塞入鋼立柱中空部位，從四周向中間將中空部位全部填充滿，一為減少水的滲入速度，二為確保中空部位基本填充。然后進(jìn)行注漿管和泄水管安裝，讓剩余水流從泄水管中流出，采用雙管埋設(shè)，A管采用φ10 mm的鋁管，注漿管長(zhǎng)度700 mm，插入孔中距鋼立柱內(nèi)混凝土面50 mm；B管為泄水管，采用φ30 mm承壓水管，插入封閉鋼板底面以下50 mm。雙管端處安裝止?jié){閥門，以便注漿結(jié)束時(shí)及時(shí)關(guān)閉，防止回漿。為防止注漿管與孔口的間隙跑漿，在道床與底板交界面以下設(shè)置封口，即封口的深度必須超過界面以下35 mm，且在鋼板之上，避免在加壓注漿時(shí)漿液壓入道床與底板的交界面，導(dǎo)致道床板發(fā)生抬起變形。A、B管露出道床面高度不大于1/2的軌面高度，確保不影響行車（圖3）。上接排水軟管從路軌與道床之間的空間穿過，將水排入排水溝。注漿管為A管，整個(gè)填充預(yù)埋注漿管的用時(shí)和難度受到中空區(qū)域的大小和水壓大小的影響較大，根據(jù)試驗(yàn)測(cè)算，該工序耗時(shí)為1.5～3.0 h。

圖3 鉆孔及注漿管排水管布置示意

4）注漿：在封口后開始用壓漿泵進(jìn)行注漿填充，漿液采用雙組分改性環(huán)氧樹脂，在注漿過程中可按照先稀后濃的原則（初始A液∶B液為1∶1，待B管排出改性環(huán)氧樹脂后，調(diào)高B液的占比，在關(guān)閉B管之后，將A液∶B液調(diào)整為1∶2.8，根據(jù)試驗(yàn)，1∶2.8的配比在30 min內(nèi)可以完全固化）。根據(jù)漿液灌入量作相應(yīng)的調(diào)整，注漿時(shí)將漿液從A管中注入，待B根管中排出改性環(huán)氧樹脂后，將B管關(guān)小持續(xù)注漿至穩(wěn)壓后關(guān)閉閥門。注漿壓力根據(jù)水壓逐步調(diào)整，按地下水位為2～6 m之間測(cè)算，底板水壓最大值為0.13 MPa，道床厚度為320～350 mm，故注漿壓力以0.13 MPa作為起始值，穩(wěn)壓值為0.18 MPa（將B管閥門調(diào)小至關(guān)閉后壓力增加至0.18 MPa，持續(xù)2 min后壓力不小于0.16 MPa即為穩(wěn)定壓力），且最高壓漿壓力不超過0.20 MPa，避免抬高道床，穩(wěn)壓之后關(guān)閉B管閥門，待壓力上升至0.20 MPa之后停止注漿，關(guān)閉A管閥門確保漿液滲透至每個(gè)出水通道，且能排完水之后快速凝結(jié)。待改性環(huán)氧樹脂固結(jié)后，打開閥門檢查止水效果：必須保證2根水管不流水，且以整個(gè)鋼立柱中點(diǎn)為中心、半徑2 m范圍內(nèi)（道床兩側(cè)排水溝不計(jì)入）沒有濕面，同時(shí)檢查鋼立柱周邊道床板與底板交界面沒有滲水出現(xiàn)。

5）二次注漿：現(xiàn)場(chǎng)檢查一次注漿的治漏效果，為進(jìn)一步阻斷一次注漿時(shí)因可能產(chǎn)生的收縮縫隙而造成的出水通路或鞏固壓漿填充密實(shí)效果，進(jìn)行二次注漿。如還有滲出，則重新在滲漏點(diǎn)用沖擊鉆開一個(gè)打止水針孔，鉆孔埋管必須在鋼板面以下，注漿方法參照上述方式。注漿過程中，專人記錄注漿情況，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整注漿壓力、速度，保證注漿效果。注漿過程中由專人記錄各點(diǎn)注漿量，形成灌漿記錄。

6）密實(shí)檢測(cè)：為確保鋼立柱填充密實(shí)，沒有水通過道床板底與底板面繞流后從其他地方流出，堵漏完成確定表面不滲水后，在工作面用沖擊鉆再開一個(gè)孔至底板面以下，檢查是否有水流出，無(wú)水流出則確定堵漏成功，進(jìn)行工作面修復(fù)平整即可。

7）施工時(shí)間安排和工期：在通過審查確定后，項(xiàng)目部組織班組進(jìn)場(chǎng)流水施工，每日施工時(shí)間為6 h，鉆孔、填充快干水泥和注漿各分2個(gè)小組進(jìn)行流水作業(yè)，初期每日處理3個(gè)孔（即每個(gè)小組處理不超過2個(gè)孔），熟練后調(diào)至5個(gè)孔施工（每個(gè)小組處理不超過3個(gè)孔），保留1日收尾檢查，確保在10 d內(nèi)完成剩余23根鋼立柱的堵漏施工，確保通車的節(jié)點(diǎn)要求。

4 處理過程

整個(gè)堵漏工程施工工序?yàn)椋很壝娉两党醮螠y(cè)量→鉆孔定位放樣→鉆孔→填充快干水泥埋管→第1次注漿→根據(jù)效果二次注漿和多次注漿（隔天）→鉆孔檢測(cè)、清理處理面（隔天）→沉降監(jiān)測(cè)復(fù)測(cè)→軌道幾何尺寸檢查→出場(chǎng)清理（預(yù)留0.5 h）。整個(gè)施工過程中鉆孔時(shí)間為1.5～2.0 h，填充埋管為鉆孔后必須進(jìn)行的步驟，施工時(shí)間為1.0～1.5 h，第1次注漿需在填充物達(dá)到要求強(qiáng)度后進(jìn)行，為填充埋管后第2天進(jìn)行，施工時(shí)間為1.0～1.5 h，第2次注漿需在第1次注漿后的第2天檢驗(yàn)第1次注漿效果后進(jìn)行，施工時(shí)間為1.0～1.5 h。

5 結(jié)語(yǔ)

因巖溶區(qū)鋼立柱在道床板鋪設(shè)后發(fā)生滲水的情況在廣州地鐵建設(shè)歷程中是首次出現(xiàn)，且不能大面積進(jìn)行注漿封堵，時(shí)間亦非常緊迫，在9月初期由施工單位設(shè)計(jì)了封堵施工方法并交由設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、監(jiān)理等各方討論同意確定后，施工單位組織了人員，嚴(yán)格按照施工方案以及初期2個(gè)試驗(yàn)得到的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了鋼立柱的堵漏，嚴(yán)格控制注漿壓力，并將漿液注進(jìn)鋼板面內(nèi)填充鋼立柱，避免環(huán)氧樹脂從道床與底板的交界面流走，試驗(yàn)比較成功，之后總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并全面鋪開工作。施工過程中部分鋼立柱二次注漿仍不能完成堵漏，組織人員進(jìn)行了多次注漿，直至表面以及周邊沒有濕漬出現(xiàn)。至9月25日，23根鋼立柱堵漏完成，封堵完成后用沖擊鉆開孔至鋼板面進(jìn)行檢驗(yàn)，檢查無(wú)滲水后，認(rèn)為鋼立柱鋼板面下空洞已經(jīng)全部填充密實(shí)，后將工作面用快干水泥加環(huán)氧樹脂進(jìn)行修補(bǔ)抹平。整個(gè)過程對(duì)注漿壓力進(jìn)行控制，確保其小于0.2 MPa，避免抬起道床，施工過程中施工單位和運(yùn)營(yíng)等各方也分別對(duì)道床鋼軌進(jìn)行測(cè)定，均未發(fā)現(xiàn)有超過警戒值的變化。由此可知，鋼立柱堵漏取得了非常好的處理效果。