WSS深孔注漿加固技術(shù)在地鐵施工中的應用

尚立斌

(中鐵十八局集團第五工程有限公司，天津 300450)

1 工程概況

廣州市軌道交通十八號線和二十二號線及同步實施的場站綜合體設計施工總承包項目九分部土建工程，施工任務主要為一個中間風井和兩個盾構(gòu)區(qū)間，線路總長度約4293m，盾構(gòu)區(qū)間長度為4192m。番南2號盾構(gòu)井至番南中間風井區(qū)間全長2480.79m，隧道埋深25～38m，區(qū)間線路最大縱坡6.8‰。采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)管片內(nèi)徑7700mm，外徑8500mm，管片厚度400mm，環(huán)寬1600mm，共分為7部分。該區(qū)間地面建筑物情況見圖1。

圖1 番南2號盾構(gòu)井—番南中間風井區(qū)間航拍

2 盾構(gòu)機位置概況

2.1 建(構(gòu))筑物概況

龍美村為區(qū)間正上方密集型村落，屬于二級風險源，建(構(gòu))筑物多為4～6層框架結(jié)構(gòu)，主要用途為商鋪、住宅，條形基礎、天然基礎，基礎深度1～3m，人工挖樁基礎，樁深5～8m。盾構(gòu)穿越龍美村區(qū)段2倍洞徑埋深范圍內(nèi)建(構(gòu))筑物共363棟，其中隧道正穿68棟，側(cè)穿30棟(見圖2)。穿越距離638m，穿越里程YDK39+560.143～YDK38+922.143。

圖2 龍美村與隧道位置關(guān)系

周邊環(huán)境調(diào)查情況顯示，盾構(gòu)下穿龍美村區(qū)段范圍內(nèi)有較多線路管線，主要包括龍美大街2條中國電信番禺分公司光纖管線、2條番禺市政路燈管線、番禺區(qū)水務局2條給水管3條排水管；龍美村三至十六巷的排水管道和西約坊大街2條電力管線、1條排水管線和1條給水管線(見圖3)。

2.2 地質(zhì)特征

盾構(gòu)區(qū)間左線、右線下穿龍美村區(qū)段，穿越里程YDK39+560.143～YDK38+922.143，長度638m，隧道覆土厚度32.9～36.8m，盾構(gòu)穿越范圍內(nèi)隧道左線洞身地層主要為⑦強風化混合花崗巖、⑧中風化混合花崗巖、⑨微風化混合花崗巖地層，右線隧道洞身地層主要為⑦強風化混合花崗巖、⑧中風化混合花崗巖、⑨微風化混合花崗巖地層。穿越區(qū)段地層自上向下依次為①～②素填土層、⑤-2硬塑堅硬狀黏性土層、⑥全風化混合花崗巖、⑦強風化混合花崗巖、⑧中風化混合花崗巖組成。盾構(gòu)下穿地層見圖4、圖5。

圖3 龍美村現(xiàn)場

圖4 盾構(gòu)下穿龍美村左線地質(zhì)

圖5 盾構(gòu)下穿龍美村右線地質(zhì)

3 施工準備

3.1 施工材料

采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比取2∶1，1∶1，0.8∶1，0.6∶1四個等級，漿液配合比根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定，施工前根據(jù)施工用量提前購入水泥，水泥保存時不能受潮，底部墊高20～30cm。

3.2 施工設備

按照工程建設要求配備地面預注漿施工設備(見表1)。

表1 施工設備配置情況

4 施工工藝

4.1 施工方案

盾構(gòu)機下穿龍美村區(qū)段，右線盾構(gòu)機918～963環(huán)地質(zhì)為上軟下硬地層，隧道埋深32.85～36.15m，此處地質(zhì)為一個地層漏斗，地層裂隙發(fā)育，裂隙水較大，裂隙水從刀盤前方及盾體后方向盾構(gòu)機停機位置匯聚；左線盾構(gòu)機931～1005環(huán)所處地質(zhì)為上軟下硬地層，隧道埋深35.93～36.18m，多處地質(zhì)為地層漏斗，地層裂隙發(fā)育，裂隙水較大，裂隙水從刀盤前方及盾體后方向盾構(gòu)機停機位置匯聚。

右線注漿加固施工里程范圍為YDK39+562.21～YDK39+491.81，加固范圍埋深為35.9～32.9m，加固長度為70.4m；左線注漿加固施工里程范圍為ZDK39+540.45～ZDK39+471.65、ZDK39+454.05～ZDK39+438.05，加固范圍埋深為35.8～32.8m，加固長度為84.80m。加固工藝采用WSS后退式注漿工藝，鉆孔鉆至拱頂位置，對隧道拱頂至拱頂以上3m范圍內(nèi)進行注漿加固，加固寬度為隧道外邊緣2m。右線孔位共20個，注漿加固面積為693.6m2，左線孔位共22個，注漿加固面積為1032.642m2；布孔間距為3m，注漿孔按梅花狀布置，距離刀盤前方約3～5m位置布孔；壓力控制在水壓力基礎上增加0.1～0.2MPa，水玻璃液和水泥漿配比為1∶1，初凝時間為45s，根據(jù)注漿的深度控制注漿壓力，注漿壓力不大于0.5MPa[1]。后續(xù)孔位根據(jù)管線具體位置和建筑物實際情況進行調(diào)整。部分孔位如果出現(xiàn)無法鉆孔情況根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行微調(diào)[2]。加固平面圖見圖6、圖7、圖8。

圖6 龍美村預注漿加固平面

圖7 左線預注漿加固剖面

圖8 右線預注漿加固剖面

4.2 注漿加固工藝流程

工藝流程見圖9～圖10。

圖9 注漿加固工藝流程

4.3 注漿加固施工

4.3.1 調(diào)機鉆孔

施工前應先采用管線探測儀或人工開挖進行管線探測，確定注漿孔位下方無管線后，方可進行施工。鉆機就位后，應將鉆機調(diào)放平穩(wěn)、水平，鉆頭對準孔位，確保鉆孔與孔位一致。在方案預定的注漿位置處，利用鉆機動力扭矩帶動鉆頭進行鉆孔。鉆進時，保持鉆桿垂直，偏差小于1.5%，精準地鉆到預想加固地層深度。當鉆孔作業(yè)遇到不明障礙物時，立即停鉆，查明情況后方可繼續(xù)進行鉆孔注漿作業(yè)。

圖10 WSS注漿工藝流程

4.3.2 注漿及封孔作業(yè)

在中粗砂層出現(xiàn)注漿滲透擴散時，可采用超細水泥—水玻璃雙液漿進行注漿固結(jié)；當裂隙填充出現(xiàn)在斷層破碎帶時，可采用普通水泥—水玻璃雙液漿進行注漿加固；如果擠壓填充發(fā)生在粉細砂層中局部空洞，則使用普通水泥單液漿擠壓填充的方法。雙液漿凝膠時間為30s～3min，注漿終壓不超過2MPa，注漿速度控制在60～120L/min，深孔注漿擴散半徑為0.65～0.80m，注漿參數(shù)則是按照地層的實際情況進行檢驗確認的，過程中需根據(jù)底層情況及時調(diào)整相關(guān)參數(shù)[3]。此外，在注漿過程中，應根據(jù)注漿壓力變化及時調(diào)整注漿參數(shù)。

開始注漿時，要根據(jù)地層地質(zhì)情況采用“小壓力、慢流度”原則進行注漿。注漿開始后要及時通知測量監(jiān)控人員對周邊的房屋進行實時監(jiān)控，注漿壓力控制在水壓力基礎上增加0.1～0.2MPa即可，終壓不超過2MPa，但不作為絕對標準。要根據(jù)房屋監(jiān)測情況，采用注漿量和壓力雙控措施，進行注漿作業(yè)[4]。注漿過程中嚴格控制注漿壓力，實時關(guān)注注漿壓力表，當壓力突然升高或者漿液從孔壁溢出時，應立即停止注漿。待查明原因，確定調(diào)整注漿參數(shù)或移位等措施后方可重新注漿。

4.3.3 提拔和沖洗鉆桿

提桿時要嚴格控制回抽速度，確保勻速回抽且每次提距不大于20cm，提桿過程中要隨時觀察鉆機參數(shù)變化。當提升到指定地層時采用雙液漿進行封孔，將鉆具提升至地面，該孔的注漿結(jié)束[5]。

4.4 施工監(jiān)測

在房屋加固或上軟下硬地層及風化槽注漿加固施工作業(yè)期間加強地表和建(構(gòu))筑物的監(jiān)測頻率，由原來的1次/d，升級為1次/1h。監(jiān)測數(shù)據(jù)及時反饋給施工管理人員并轉(zhuǎn)告注漿隊伍，做到信息化施工。監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后及時停止注漿，防止建(構(gòu))筑物因注漿過剩，產(chǎn)生傾斜、隆起。

4.5 質(zhì)量保證措施

采用普通硅酸鹽水泥做加固材料，進料時要嚴格把關(guān)，每批水泥必須出具合格報告，并按批次進行現(xiàn)場抽樣外檢，檢驗合格后方可投入使用。水泥進場后，應墊高水泥臺，覆防雨彩布，防止水泥受潮結(jié)塊。施工現(xiàn)場每天量測漿液比重，實行定量加灰制，嚴格控制水泥用量?；覞{攪拌應均勻并進行過濾處理。噴漿過程中漿液應連續(xù)攪動，防止水泥沉淀。

技術(shù)人員要隨班進行注漿指導作業(yè)，針對發(fā)現(xiàn)的問題及時處理。認真如實填寫施工記錄，真實反映注漿情況。要根據(jù)地質(zhì)條件的變化情況及時調(diào)整注漿工藝參數(shù)，以確保注漿的施工質(zhì)量效果。注漿完成后，應及時進行封孔，確保不溢漿、跑漿。整個注漿過程應密切關(guān)注房屋沉降數(shù)據(jù)和地面隆起、出水等情況，同時監(jiān)測人員要加強對房屋和地表的監(jiān)測，及時反饋共享監(jiān)測結(jié)果。

5 結(jié) 語

本工程在地質(zhì)復雜的情況下，穿密集房屋群采用WSS深孔注漿施工技術(shù)，有效加固盾構(gòu)機刀盤上方不密實地層，增加周圍土體承載力，降低了盾構(gòu)機在上軟下硬地段掘進中由于刀盤前方土體塌落導致的地面沉降、房屋開裂施工風險，從而加快掘進速度，確保施工安全，取得了良好的施工效果。