淺埋洞樁法地鐵暗挖車站注漿加固技術(shù)研究

王云博、崔建娜

[1.濟(jì)南市市政工程設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250000；2.山東三箭建設(shè)工程股份有限公司，山東 濟(jì)南 250000]

0 引言

目前，全國(guó)各大城市都將公共交通基礎(chǔ)設(shè)施作為衡量城市發(fā)展的重要指標(biāo)，地鐵也憑其突出的優(yōu)勢(shì)，成為城市公共交通系統(tǒng)的主體，也是城市居民生活中不可或缺的出行工具。通過(guò)中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)的年報(bào)可以看出，未來(lái)幾年正是地鐵高速發(fā)展的時(shí)期，各大城市都在加緊建設(shè)地鐵。地鐵線路主要分布在市區(qū)的主要干道下方，周邊環(huán)境復(fù)雜，若采用明挖法施工，會(huì)極大影響公共交通秩序，且?guī)?lái)的噪聲和環(huán)境污染較為嚴(yán)重，所以，一般都會(huì)采用暗挖法施工。但是，暗挖法對(duì)地質(zhì)條件的要求較高，若是地層土質(zhì)松散，整體性和穩(wěn)定性較差，將直接給施工帶來(lái)高風(fēng)險(xiǎn)，容易發(fā)生安全事故，這就需要對(duì)地層進(jìn)行加固處理。目前，注漿加固是最常用的處理方法。

北京地鐵10號(hào)線蘇州街站暗挖車站工程中，在卵石層施工中使用了注漿加固技術(shù)[1]。經(jīng)過(guò)整理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，該工程中的加固措施已經(jīng)起到了作用，沉降從未超標(biāo)，證明注漿加固可以保證施工安全。

為解決在富水卵石的地質(zhì)條件下注漿困難的問(wèn)題，技術(shù)人員通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐改進(jìn)了注漿工藝，經(jīng)檢驗(yàn)，改進(jìn)的注漿工藝在富水卵石地質(zhì)條件下也有較好的注漿效果[2]。對(duì)于在富水砂質(zhì)層條件下修建隧道時(shí)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，技術(shù)人員通過(guò)理論分析，結(jié)合數(shù)值模擬的方法，對(duì)注漿加固進(jìn)行了優(yōu)化[3]。技術(shù)人員還對(duì)注漿漿液進(jìn)行了力學(xué)特征試驗(yàn)，研究了漿液對(duì)加固土體的影響，并給出了不同期齡，漿液產(chǎn)生的注漿壓力[4]。基于漿液的擴(kuò)散理論，技術(shù)人員建立了漿液擴(kuò)散的控制方程，并進(jìn)行了算例分析，驗(yàn)證了其可行性和正確性，而后結(jié)合實(shí)際工程進(jìn)行了漿液擴(kuò)散的數(shù)值模擬，結(jié)果證明注漿形成的帷幕質(zhì)量很好[5]?；谏奥褜佣軜?gòu)工程，技術(shù)人員結(jié)合數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，證明了注漿加固技術(shù)可有效控制路基沉降，還證明了在卵石層地質(zhì)下，鋼花管地層注漿具有很好的加固效果[6]。

文章依托北京某地鐵車站施工時(shí)采用的注漿加固措施，對(duì)注漿參數(shù)、注漿工藝流程等進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)揭示了掌子面驗(yàn)證和實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)，證明了注漿的效果，旨在為類似的工程提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

北京某新建地鐵車站密貼下穿既有車站工程，兩車站平面位置見(jiàn)圖1。新建車站埋深約12m，下穿段采用8導(dǎo)洞PBA施工方法，總長(zhǎng)度50m，隧道斷面形式為矩形，尺寸約為23m×14m，車站主體結(jié)構(gòu)的頂板、側(cè)墻和底板的厚度分別是1200mm、900mm和1000mm，均采用C40混凝土進(jìn)行澆筑。既有車站建成于1966年，尺寸為30m×7m，車站主體結(jié)構(gòu)的頂板、側(cè)墻和底板的厚度大致均為1m。目前，車站處于正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，為了避免影響既有車站的運(yùn)營(yíng)和安全，施工時(shí)需要將既有車站的沉降穩(wěn)定在3mm之內(nèi)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探的結(jié)果可知，在施工區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)分布情況從上至下分別為雜填土、粉土填土、卵石層、粉質(zhì)黏土和砂巖，新建車站的頂板位于卵石5層，底板位于卵石9層。由于新建車站采用的是PBA施工方法，因此為防止在開(kāi)挖土體時(shí)既有車站產(chǎn)生較大沉降，影響正常使用，需使用深孔注漿技術(shù)，對(duì)受開(kāi)挖影響的區(qū)域進(jìn)行超強(qiáng)注漿加固，加固完畢后方可進(jìn)行正常的導(dǎo)洞施工。在導(dǎo)洞開(kāi)挖時(shí)，首先應(yīng)開(kāi)挖下部左、右兩側(cè)的導(dǎo)洞，待兩導(dǎo)洞掘進(jìn)6m后，開(kāi)始同步開(kāi)挖上部左、右兩側(cè)的小導(dǎo)洞；當(dāng)上部左、右兩側(cè)的小導(dǎo)洞掘進(jìn)10m時(shí)，開(kāi)挖下部中間的兩個(gè)小導(dǎo)洞，同樣掘進(jìn)10m后，開(kāi)挖上部中間的兩個(gè)小導(dǎo)洞。待所有小導(dǎo)洞全部貫通后，便施作導(dǎo)洞內(nèi)的條形基礎(chǔ)和底縱梁，然后在條形基礎(chǔ)和底縱梁上采用人工挖孔的方式施作邊樁和鋼管樁。為了進(jìn)一步穩(wěn)定邊樁和鋼管樁，需要分別在上面施作樁頂冠梁和縱梁。而后，便需要開(kāi)挖各小導(dǎo)洞之間的土體，同時(shí)要及時(shí)施作初支，待結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后再拆除初支，并施作二襯和防水層。

2 深孔注漿控制技術(shù)

為了防止注漿時(shí)有漿液泄露，進(jìn)而導(dǎo)致注漿效果不顯著，甚至不起作用，需要在注漿前將注漿區(qū)域用止?jié){墻圍起來(lái)，止?jié){墻由鋼筋網(wǎng)噴射混凝土構(gòu)成。止?jié){墻施工結(jié)束后搭設(shè)施工平臺(tái)，平臺(tái)使用鋼管腳手架支撐體系，采用φ48×3.0mm鋼管。為方便施工及工人安全，可在上面鋪設(shè)硬木板并設(shè)置警示標(biāo)語(yǔ)。為確保注漿效率及準(zhǔn)確率，需要提前測(cè)量每個(gè)注漿孔的位置，方便注漿。后退式注漿采用TXU-200型鉆機(jī)泥漿鉆進(jìn)，管幕鉆機(jī)采用空氣潛孔錘（氣動(dòng)沖擊器）鉆進(jìn)。TXU-200型鉆機(jī)鉆孔孔徑為φ42mm，管幕鉆機(jī)鉆孔孔徑為φ76mm。將鉆機(jī)鉆頭對(duì)準(zhǔn)鉆孔后不可移動(dòng)，直至鉆好一個(gè)孔后，才能移動(dòng)到下一個(gè)鉆孔位置。若在鉆進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)溢水，需要及時(shí)停止鉆進(jìn)，直至排除問(wèn)題。

全部注漿口鉆進(jìn)完成后，即可進(jìn)行注漿，每個(gè)注漿孔的注漿量按下式（1）進(jìn)行估算：

式（1）中：R為漿液擴(kuò)散半徑，取R=0.6L；L為注漿長(zhǎng)度；n為地層孔隙率；α為地層填充系數(shù)，一般取0.8；β為漿液消耗系數(shù)，一般取1.15。

注漿材料的選擇需要依地質(zhì)情況而定，一般情況下，可使用水泥和水玻璃組成的雙液漿。水泥-水玻璃的作用機(jī)理為：?jiǎn)我坏乃酀{液凝結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)造成工期的延誤，且膠結(jié)效果較差，不能很好地加固地層，而加入水玻璃后組成的雙漿液，可以大大縮短凝結(jié)時(shí)間，且膠結(jié)效果顯著，能夠達(dá)到100%的結(jié)石率，從而起到加固作用。如果是富水地層，注漿時(shí)會(huì)因無(wú)法控制地下水導(dǎo)致加固失敗，可使用硫鋁酸鹽水泥漿化學(xué)漿液。不同注漿漿液的優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)見(jiàn)表1。

表1 漿液性能對(duì)比

注漿過(guò)程中，必須嚴(yán)格遵守相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，注漿量需經(jīng)過(guò)計(jì)算、確認(rèn)后，由專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行操作，全過(guò)程應(yīng)確保注漿壓力不能過(guò)大或過(guò)小。若在注漿過(guò)程中出現(xiàn)漿液溢出，或注漿壓力出現(xiàn)不合理的變化，必須立刻停止并檢查問(wèn)題，解決問(wèn)題后方可繼續(xù)操作，一定要保證注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。操作完成后，需要馬上堵住注漿孔，防止跑漿。

根據(jù)工程的特點(diǎn)和難點(diǎn)以及地下工程的不可預(yù)見(jiàn)性，在施工過(guò)程中，還應(yīng)采取如下措施：加強(qiáng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源的監(jiān)控，確保及時(shí)反饋信息，以便能隨時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況做出相應(yīng)調(diào)整，保證施工安全；開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)前方的探水，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)采取小導(dǎo)管工藝進(jìn)行補(bǔ)救；在初支施工過(guò)程，預(yù)留一定數(shù)量的注漿漿液，可以在沉降過(guò)大時(shí)補(bǔ)償注漿，保證結(jié)構(gòu)安全；應(yīng)著重注意沉降量，通過(guò)沉降數(shù)據(jù)的變化可以看出注漿的控制效果。

3 注漿效果驗(yàn)證

在深孔注漿控制技術(shù)實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖記錄的注漿參數(shù)和實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)，證明注漿的效果。在小導(dǎo)洞開(kāi)挖期間，根據(jù)施工掌子面揭示情況，把握現(xiàn)場(chǎng)的注漿效果，如果掌子面無(wú)滲水也無(wú)空隙，漿脈與膠結(jié)效果十分明顯，直立性能也得到顯著增加，則說(shuō)明注漿效果良好，已經(jīng)達(dá)到預(yù)期效果，可按施工計(jì)劃執(zhí)行下一步施工步驟，注漿效果如圖2所示。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證注漿效果，防止在施工過(guò)程中注漿不均勻而導(dǎo)致掌子面坍塌，同時(shí)也可通過(guò)實(shí)際沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)檢驗(yàn)注漿效果，提取在隧道上方布置的沉降觀測(cè)點(diǎn)的沉降數(shù)據(jù)，并整理、繪制成沉降曲線進(jìn)行分析，沉降曲線如圖3所示。

由圖3可知，各測(cè)點(diǎn)在注漿之后的沉降速率均較注漿前有明顯減小。未作任何處理前，隧道頂部的沉降速率峰值達(dá)到了0.8mm/d，其次是邊墻處，沉降速率峰值達(dá)到了0.5mm/d，且各點(diǎn)的沉降量也一直處于單調(diào)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，如果不采取任何加固措施，最終的沉降量可能超過(guò)沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)行深孔注漿處理后，無(wú)論是隧道頂部還是邊墻，其沉降速率峰值都已被控制在0.1mm/d內(nèi)，且已經(jīng)停止了沉降增加的趨勢(shì)。這說(shuō)明，注漿已經(jīng)起到了改善地層的作用，可有效增加地層承載力，提高施工時(shí)的安全程度，也可以保證既有車站的沉降在控制范圍內(nèi)，符合施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

在導(dǎo)洞開(kāi)挖前，為防止因?yàn)橥临|(zhì)疏松、富水等原因影響施工安全，可以通過(guò)深孔注漿對(duì)受開(kāi)挖擾動(dòng)的地層進(jìn)行加固處理。其原理是將漿液注入土體，漿液在土體中的流動(dòng)過(guò)程，會(huì)將土體間的氣泡和地下水?dāng)D走，待漿液凝固后，便會(huì)將較松散的土層黏結(jié)起來(lái)，從而大大提高土體的強(qiáng)度、穩(wěn)定性以及承載能力。

針對(duì)不同的地質(zhì)情況，需采用不同的注漿漿液。對(duì)于滲透系數(shù)較大的地層，比如卵石層，可采取水泥-水玻璃雙漿液進(jìn)行注漿加固；對(duì)于滲透系數(shù)較小的地層，比如未受擾動(dòng)的細(xì)粉砂層，可使用硫鋁酸鹽化學(xué)漿進(jìn)行注漿加固。兩種注漿漿液均具有凝結(jié)時(shí)間可控、注漿早期強(qiáng)度較高的優(yōu)點(diǎn)。

在導(dǎo)洞開(kāi)挖過(guò)程中，可以通過(guò)掌子面揭示的注漿效果，隨時(shí)對(duì)注漿參數(shù)、注漿量以及注漿工藝進(jìn)行調(diào)整，以期達(dá)到最好的注漿效果。注漿結(jié)束后，通過(guò)實(shí)際工程中的沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)比注漿前、后不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降速率，可以明顯看出，注漿后的沉降速率較未作任何加固措施前的沉降速率大大減小，且沉降趨勢(shì)逐漸平穩(wěn)，證明注漿可以起到改善地層的作用，可有效增加地層承載力，提高施工安全。