多管同步深孔復(fù)合注漿堵水技術(shù)研究

孟憲志

摘要：為進(jìn)一步減少施工降水，提高水資源利用，減少水資源浪費(fèi)，通過注漿堵水技術(shù)以實(shí)現(xiàn)非降水干槽作業(yè)?；诒本┑罔F19號線新發(fā)地站～草橋站區(qū)間1號風(fēng)井明挖基坑具體施工過程，對多管同步深孔復(fù)合注漿堵水技術(shù)控制開展研究，以重點(diǎn)解決在不降水的情況下進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)施工。

Abstract： In order to further reduce the construction precipitation， improve the use of water resources and reduce the waste of water resources， the technology of non-precipitation dry trough operation is achieved through grouting and water blocking technology. Based on the concrete construction process of the open pit excavation of No.1 air shaft in Xinfadi Station to Caoqiao Station on Line 19 of Beijing Metro， research was conducted on the control of multi-pipe synchronous deep-hole composite grouting and water plugging technology， with a focus on solving the construction of underground structures without precipitation.

關(guān)鍵詞：注漿堵水;多管同步;明挖基坑;砂卵石

Key words： grouting;multi-pipe synchronization;open excavation;sand pebble

中圖分類號：U25? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）27-0119-03

0? 引言

注漿堵水作為注漿技術(shù)的一個(gè)分支，是隨著注漿技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。特別是到了20世紀(jì)40年代，注漿技術(shù)的研究和應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)鼎盛時(shí)期，各種水泥漿材、化學(xué)漿材相繼問世，注漿技術(shù)的應(yīng)用范圍及規(guī)模也越來越大。多管同步深孔復(fù)合注漿堵水技術(shù)也由此問世，并漸漸得到長足發(fā)展。注漿應(yīng)用的領(lǐng)域也逐漸擴(kuò)大，已遍布多個(gè)領(lǐng)域。多管同步深孔復(fù)合注漿堵水技術(shù)在近些年逐漸完善，成為未來注漿堵水工藝的發(fā)展方向[1]。隨著北京市地方稅務(wù)局、北京市水務(wù)局發(fā)布的《北京市水資源稅征收管理辦法（試行）的公告》，為更好落實(shí)市領(lǐng)導(dǎo)關(guān)于北京市軌道交通水資源保護(hù)工作的指示精神，要求進(jìn)一步減少全市軌道交通建設(shè)施工降水，提高降水再利用，減少水資源浪費(fèi)。市重大項(xiàng)目召開關(guān)于研究如何減少軌道交通工程建設(shè)施工降水第三次會議，提出關(guān)于在北京市軌道交通工程建設(shè)領(lǐng)域不降水（或少降水）施工有關(guān)問題的請示，經(jīng)過廣泛征求市發(fā)展改革委、市規(guī)劃國土委、市住建委等相關(guān)部門對調(diào)整方案的意見和建議，并通過多次召開專家咨詢會總結(jié)的專家意見與統(tǒng)計(jì)的各線地下水處理設(shè)計(jì)方案優(yōu)化情況，達(dá)成一致意見：在軌道交通工程建設(shè)中采用不降水（少降水）施工，以不降水為目標(biāo)調(diào)整施工方案，提高不降水（或少降水）施工技術(shù)水平。為進(jìn)一步減少施工降水，減少水資源浪費(fèi)，基于北京地鐵19號線新發(fā)地站～草橋站區(qū)間1號風(fēng)井明挖基坑具體施工過程，對多管同步深孔復(fù)合注漿堵水技術(shù)控制開展研究，以重點(diǎn)解決在不降水的情況下進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)施工[2]。

1? 概況簡介

新草區(qū)間1#風(fēng)井兼做軌排井，長38m，寬23.7m，深度29.427m，結(jié)構(gòu)為地下四層（含頂板以上夾層），三跨島式站臺結(jié)構(gòu)。1#風(fēng)井位于南四環(huán)北側(cè)、京開高速公路東側(cè)綠地內(nèi)。風(fēng)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)為圍護(hù)樁+內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，基底入水約5.5m，含水層為卵石⑦、卵石⑨，原設(shè)計(jì)采用降水方案。

含水層工程地質(zhì)狀況為：卵石圓礫⑦層：雜色，濕，密實(shí)，一般粒徑3～7cm，最大粒徑約18cm，亞圓形，粒徑大于2cm的顆粒含量大于60%，局部為圓礫，母巖成分為花崗巖、輝綠巖及白云巖等，中粗砂填充。本層厚度為2.2～5.4m，層頂標(biāo)高23.40～25.28m。卵石圓礫⑨層：雜色，飽和，密實(shí)，一般粒徑3～8cm，最大粒徑約20cm，亞圓形，粒徑大于2cm的顆粒含量大于70%，局部含漂石，母巖成分為花崗巖、輝綠巖及白云巖等，中粗砂充填。本層厚度為7.1～11.9m，層頂標(biāo)高12.69～16.39m。

2? 施工工藝選擇與設(shè)計(jì)

根據(jù)政策變化要求，立即停止降水方案實(shí)施并同時(shí)停止土方開挖，積極研究注漿堵水、冷凍法、水下開挖等非降水干槽水治理方案。

2.1 方案設(shè)計(jì)比選

2.1.1 注漿止水方案設(shè)計(jì)一? ①采用300mm厚C20鋼筋混凝土封底，鋼筋采用Φ12mm@150mm×150mm鋼筋網(wǎng)片，抵抗注漿壓力，防止壓力過大，造成漏漿;②注漿堵水范圍：四邊至圍護(hù)樁外皮外側(cè)3m，深度為基底以下5m，基坑內(nèi)C20鋼筋混凝土以下土體全部加固，厚度11.427m。注漿采用水泥水玻璃雙液漿和化學(xué)漿液，如圖1所示。

2.1.2 注漿止水方案設(shè)計(jì)二? ①采用300mm厚C20鋼筋混凝土封底，鋼筋采用Φ12mm@150mm×150mm鋼筋網(wǎng)片，抵抗注漿壓力，防止壓力過大，造成漏漿;②注漿堵水范圍：四邊至圍護(hù)樁外皮外側(cè)3m，深度底板以下3m，注漿漿液采用水泥水玻璃雙液漿和化學(xué)漿液;坑底和樁間預(yù)埋疏排管進(jìn)行真空降水，如圖2所示。

2.1.3 注漿止水方案設(shè)計(jì)三? ①采用300mm厚C20鋼筋混凝土封底，鋼筋采用Φ12mm@150mm×150mm鋼筋網(wǎng)片，抵抗注漿壓力，防止壓力過大，造成漏漿;②基底注漿范圍：基底以下預(yù)留1m厚隔水層（作為局部少量水疏排），基底以下1m至6m范圍內(nèi)注漿，注漿厚度5m，封閉基底;側(cè)壁注漿范圍：圍護(hù)樁內(nèi)皮至圍護(hù)樁外皮外側(cè)3m，封閉側(cè)壁，如圖3所示。

2.1.4 注漿止水方案設(shè)計(jì)四? 圍護(hù)樁外側(cè)2m，間距1.2m（共116根），深度50m（打到基巖），凍結(jié)半徑1m，凍結(jié)管進(jìn)行帷幕凍結(jié)施工，如圖4所示。

2.2 方案設(shè)計(jì)比選結(jié)果

通過研究設(shè)計(jì)方案：方案一注漿加固土體范圍大，施工作業(yè)量大;方案二疏干排水量較大，達(dá)到無水作業(yè)較困難;方案三注漿體較小，且易基坑封閉達(dá)成無水作業(yè)條件;方案四孔深較深，存在斷鉆桿廢孔風(fēng)險(xiǎn)，凍結(jié)過程中存在爆管風(fēng)險(xiǎn)，存在停電風(fēng)險(xiǎn)，凍結(jié)需要到主體結(jié)構(gòu)入水部分施工結(jié)束，凍結(jié)周期長，垂直度不好控制，基坑底部附近的凍結(jié)咬合不好，存在風(fēng)險(xiǎn)。

通過召開堵水設(shè)計(jì)方案比選專家會，最終確認(rèn)方案三為本工程的堵水實(shí)施方案。

3? 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 工藝流程? 注漿施工工藝流程示意圖如圖5所示[3]。

3.2 主要施工方法

3.2.1 鉆孔? 根據(jù)地層地質(zhì)情況分布，采用全自動液壓地質(zhì)鉆機(jī)操作，作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的扭矩較大，適應(yīng)各種地層狀況，可以快速、準(zhǔn)確定位，相比其他機(jī)械縮短施工時(shí)間，施工效率高。針對該施工地層采用鉆頭直徑Φ95mm、鉆桿Φ89mm的鉆具，在鵝卵石地層中鉆孔快，并且因鉆具大小適中，注漿時(shí)容易封孔，能夠有效防止冒漿。樁間斜孔鉆孔時(shí)，用角度尺定位，調(diào)整到設(shè)計(jì)角度時(shí)再進(jìn)行鉆孔作業(yè)[4]。鉆孔時(shí)，孔間距800mm，排間距800mm，梅花型布置，從基坑一側(cè)（東側(cè)）按排施工，直至到基坑另一側(cè)。

鉆孔保證措施：①嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及方案鉆孔施工。②在鉆孔前對鉆機(jī)手進(jìn)行操作培訓(xùn)及安全教育。在鉆孔施工過程中要時(shí)刻觀察鉆機(jī)狀態(tài)，穩(wěn)定鉆進(jìn)方向。③每班上班前對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢查，確保機(jī)械性能狀態(tài)良好;鉆具進(jìn)場時(shí)對鉆具進(jìn)行質(zhì)量檢查，不符合質(zhì)量要求的予以退場。

3.2.2 下雙重管? 鉆孔完成并經(jīng)檢查合格后向鉆桿內(nèi)吊放注漿用雙重管，吊放雙重管時(shí)要檢查管件之間的密封效果，吊放結(jié)束后為防止堵管，在雙重管露出接口加蓋[5]。

3.2.3 安裝拔管器? 多個(gè)拔管器應(yīng)同時(shí)安裝與拆除，采用后退式多管同步復(fù)合注漿工藝。

3.2.4 注漿漿液配置? 注漿加固過程中要配備流量計(jì)，實(shí)時(shí)觀測注漿過程中漿液的流量大小及壓力變化情況，對應(yīng)調(diào)整漿液凝固時(shí)間，使擴(kuò)散半徑最優(yōu)化。

①注漿范圍內(nèi)水層較深，且為潛水層，所以采用濃度大、速凝的漿液即A液（水泥漿液中添加一定比例的添加劑）和B液（改性水玻璃）及C液（磷酸液）的混合漿液注入地層[5]。②注漿終壓力控制在0.8～1.0MPa范圍內(nèi)。③擴(kuò)散半徑為0.6m。④漿液。漿液使用流動性強(qiáng)、滲透性強(qiáng)、濃度高、速凝等特征的漿液。

A液：水泥漿采用普通硅酸鹽P.042.5水泥，另外參加一定量的無收縮灌漿劑（上海澤固）、高效分散劑（海川5040）。配合比為水：水泥：灌漿劑：高效分散劑=1：1.3：0.065：0.065。B液：水玻璃濃度為42Be，配合比為硫酸銅：明礬：水：水玻璃=0.03：0.03：1：1[6]。C液：速凝劑（磷酸液）。

注漿時(shí)根據(jù)現(xiàn)場是否冒漿（冒漿：漿液會通過注漿管冒至地面），冒漿選用B液與C液進(jìn)行注漿，不冒漿采用A液與B液進(jìn)行注漿，A液與B液配比為1：1，B液與C液配比為1：1。A液與B液、B液與C液的使用量各占總量的約50%。

配制雙液漿漿液凝膠時(shí)間為：B液與C液2～10s，A液與B液30～90s[7]。

3.2.5 注意事項(xiàng)? 漿液配制要嚴(yán)格按照流程，方能達(dá)到配置效果。①水泥漿稀釋。向攪拌桶中加入每次攪拌所需用比例的水量，開機(jī)攪拌，再加入按配比計(jì)算出的與水量相對應(yīng)的水泥，攪拌3min以上[8]。②注漿泵試運(yùn)轉(zhuǎn)。注漿系統(tǒng)各部分需正確連接，然后開機(jī)進(jìn)行壓水試驗(yàn)，檢查機(jī)具有無異常，注漿系統(tǒng)管路各部位有無滲漏情況，管路是否暢通，是否滿足要求[8]。③注入漿液。系統(tǒng)檢查情況良好、就緒后，由注漿機(jī)將漿液通過雙重管壓入地層中，注漿方式采用多管同步注漿，地層整體注漿效果好。④注漿壓力和注漿量控制。在注漿機(jī)上安裝壓力表，通過壓力表讀數(shù)確定注漿壓力，檢查注漿過程中，注漿壓力的變化情況。當(dāng)注漿壓力達(dá)到0.8～1.0MPa時(shí)，注漿雙重管向上提0.1～0.2m后，方可繼續(xù)注漿[9]。

3.2.6 異常情況處理? 在注漿過程中出現(xiàn)冒漿、注漿壓力變化等影響注漿效果和施工進(jìn)度的問題，需要及時(shí)解決[10]。

①冒漿。注漿過程中有專人觀察地表情況。由于漿液壓入地層，地層中土體封閉強(qiáng)度較低的區(qū)域，可能會冒出漿液，當(dāng)出現(xiàn)上述情況時(shí)，應(yīng)對冒漿處及時(shí)堵塞并改注B液與C液，待冒漿停止后再注A液與B液，使?jié){液可以有效地注入地層并達(dá)到預(yù)計(jì)效果。②注漿壓力變化。注漿過程中要適中保證對壓力的控制。當(dāng)壓力過低時(shí)地面可能存在漏漿狀況，或者漿液通過地下空洞流走。壓力過高應(yīng)檢查是否管路或混合器被堵塞。正常情況下，注漿壓力隨著圍巖空隙的填充由低到高增長。施工時(shí)要確保注漿終壓在0.8～1.0MPa。③凝膠時(shí)間變化。漿液凝膠初凝時(shí)間為A液與B液30～90s，B液與C液2～10s。④注漿量調(diào)整。地層的注漿量是否合適可以直接影響地層加固及止水效果，控制好注漿量既可以避免注漿孔之間互相影響，又可以使后注孔補(bǔ)充先注孔，以保證漿液均勻擴(kuò)散至土體中。⑤注漿泵異常。在注漿過程中，當(dāng)管路發(fā)生故障時(shí)注漿泵會提高壓力，機(jī)器產(chǎn)生異響，壓力表指針升高，易發(fā)生高壓傷人事故。發(fā)生上述情況必須停泵并拆除注漿高壓軟管，排查故障部位，及時(shí)沖洗清理管路或混合器，處理合格后方可繼續(xù)工作。

3.2.7 堵水效果檢驗(yàn)? 整個(gè)注漿施工結(jié)束后，沿基坑周邊開挖1.2m寬×1.2m深田字形探溝，樁邊預(yù)留1.2m護(hù)壁土，開挖后觀察滲漏點(diǎn)和墻壁有無明水，以此為根據(jù)，滿足施工要求后進(jìn)行開挖，否則進(jìn)行回填補(bǔ)注漿，達(dá)到效果為止。

4? 效果評價(jià)

從開挖效果看，絕大部分基面無水，只有少數(shù)部位存在滲水，滲水部位可通過二次注漿封堵。此次注漿堵水取得成功。新發(fā)地站～草橋站區(qū)間1#風(fēng)井含水層為卵石⑦、卵石⑨（大于2cm的卵石含量達(dá)60%以上），滲透系數(shù)高達(dá)280m/d，且水具有承壓性，承壓水頭最大2.50m。經(jīng)過不同止水方案的設(shè)計(jì)比選，可以在無參考施工案例情況下能夠從優(yōu)選擇出最佳施工方案，保證施工質(zhì)量和工期，提高經(jīng)濟(jì)性。1#風(fēng)井注漿堵水的成功，為北京地鐵富水砂卵石（尤其卵石⑨）地層堵水積累了經(jīng)驗(yàn)，為北京地下水保護(hù)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。多管同步深孔復(fù)合注漿止水施工以確保施工過程中的基坑內(nèi)無積水以及人員安全為原則，以實(shí)現(xiàn)注漿漿體的穩(wěn)定、高效、綠色為目標(biāo)，通過改良注漿漿液、改進(jìn)注漿設(shè)備、注漿工藝，實(shí)現(xiàn)以注漿止水的目的。為實(shí)現(xiàn)雙液漿漿液擴(kuò)散更均勻、化學(xué)漿液耐久性更好可添加適當(dāng)?shù)奶砑觿?/p>

5? 結(jié)論

①多管同步深孔復(fù)合注漿堵水技術(shù)在富水砂卵石（尤其卵石⑨）地層中具有良好的堵水作用，在當(dāng)前地下水資源保護(hù)形勢嚴(yán)峻的情況下，可以推廣在地下施工工程中應(yīng)用。②現(xiàn)有雙重管后退式注漿工藝應(yīng)用于砂卵石地層中，存在雙液漿易抱管、化學(xué)漿液凝結(jié)體強(qiáng)度相對較低、施工工期長等不足，經(jīng)研究表明將兩種漿液交替應(yīng)用，形成的多管同步注漿工藝更適應(yīng)與砂卵石地層的深孔小孔徑注漿施工。③經(jīng)過施工現(xiàn)場的實(shí)際實(shí)施發(fā)現(xiàn)，多管同步深孔復(fù)合注漿止水工藝先進(jìn)、可靠、效率高。所采用的鉆孔設(shè)備成孔效率高、注漿壓力和參數(shù)地層適用性能力強(qiáng)。此注漿工藝值得大力推廣。

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