富水欠固結(jié)石回填土區(qū)袖閥管注漿技術(shù)研究

曹亞奇，李文龍，羅桂軍，歐陽天一，肖 超

（中建五局土木工程有限公司，湖南 長沙 410004）

地鐵建設(shè)是緩解城市地面交通壓力的有效途徑，但是山地城市盾構(gòu)區(qū)間受地形起伏狀況的限定，穿越區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，鄰近建筑物繁多，出現(xiàn)了較多大范圍富水欠固結(jié)石回填土區(qū)地下工程，盾構(gòu)法作為地鐵隧道開挖的主要方法，在重慶地區(qū)首次被應(yīng)用于軟弱地質(zhì)隧道工程。

早年城區(qū)道路改造對溝谷區(qū)域采取了回填處理，現(xiàn)在盾構(gòu)區(qū)間穿越石回填土區(qū)，石回填土層均勻性差、深度變化大、地層分布疏松多孔、變形模量低、土體抗剪強度較弱、遇水易濕陷。由于各個回填區(qū)的施工處理差異，其土體結(jié)構(gòu)、密實度、含水量、土體強度、孔隙率等參數(shù)特性表現(xiàn)出較大的差別。石回填土拋填堆放方式不同，土體組成多種多樣、回填厚度較深、土體形式往往是欠固結(jié)狀態(tài)，對此類石回填土的處理難度較高，各地處理經(jīng)驗難以互相參照，對石回填土區(qū)注漿加固的研究較少，需要對盾構(gòu)穿越此類地層前的注漿加固施工作進(jìn)一步的研究。

1 工程概況

重慶軌道交通五號線北延伸段工程土建2 標(biāo)中央公園西站-椿萱大道站區(qū)間全長1 110.711m，其中左線長1 095.304m；右線長1 095.304m，最小曲線半徑2 000m，最大縱坡38.07‰，長270m，占比24.21%。頂部覆土19.1～33.2m，區(qū)間約401m 位于石回填土地層中，其余地段均位于砂質(zhì)泥巖和砂巖中（圖1、圖2）。

圖1 中央公園西站－椿萱大道站區(qū)間平面示意圖

圖2 中央公園西站～椿萱大道站區(qū)間地層剖面示意圖

擬建線路主要沿城市主干道秋成大道行進(jìn)，人工填土以素填土為主：雜色，以黏性土夾砂巖、泥巖碎（塊）石為主，土體粒徑以2～65cm為主，局部大于1m，含量一般為20%～45%，在回填深度較大的地段中下部塊（碎）石含量顯著增高，局部達(dá)50%～60%，粒徑也有所增大，存在架空現(xiàn)象，主要呈松散～稍密狀，稍濕，厚0.5～44.5m。沿線填土堆填年限一般為1～3 年。

地下水的富水性受地形地貌、巖性及裂隙發(fā)育程度控制，主要為大氣降水、城市地下排水管線滲漏補給等。沿線地下水劃分為第四系松散層孔隙水和基巖裂隙水?；靥钔羺^(qū)局部存在原有老河溝，回填后成為地下水過水通道，雨季水流匯集，水量可能較大。經(jīng)計算，區(qū)間隧道的總涌水量約為4 957.38m3/d，隧道最大涌水量為正常涌水量的2～3 倍。在暴雨工況下，隧道集中涌水量可能在1～3h 內(nèi)達(dá)到上千方水量。

2 盾構(gòu)穿越前地基處理

2.1 地表注漿加固概況

TBM 段部分下穿石回填土區(qū)，為確保掘進(jìn)過程安全和后期運營安全，需對深回填土段進(jìn)行注漿加固。此段線路位于現(xiàn)狀秋成大道下方，注漿時需臨時進(jìn)行施工圍擋內(nèi)，占用秋成大道部分路幅。注漿加固段左線里程DK5+762.300～DK6+180.00，長417.7m；右線回填土段里程DK5+763.000～DK6+195.00，長432m。施工區(qū)域附近管線基本位于人行道兩側(cè)，上跨4m×4m混凝土箱涵，西側(cè)人行道埋設(shè)DN325 燃?xì)夤芗皟筛鵓VC 雨污水管，東側(cè)人行道埋設(shè)DN100 給水管及兩根PVC 雨污水管。

回填土區(qū)域地基加固工程包含地面鉆孔注漿7 471 個孔，平均每孔深32.57m，根據(jù)設(shè)計圖紙及交通導(dǎo)改計劃，劃分為12 個注漿加固區(qū)，在確保注漿加固施工正常進(jìn)行的同時盡可能減少對交通線路運行的影響。

2.2 地表注漿加固方案

2.2.1 總體施工順序

交通導(dǎo)改→圍擋封閉→作業(yè)條件處理→場地布置→場地清理→測量放樣→鉆機就位→帷幕注漿施工→3.6m×3.6m 梅花型加固注漿施工→按設(shè)計剖面圖縱向間距1.2m 梅花型布設(shè)注漿施工→試驗效果檢驗并出具成果報告。

2.2.2 工藝流程

1）采用袖閥管注漿工藝加固，加固范圍平面范圍為隧道左右線結(jié)構(gòu)邊線以外1.5m，豎向范圍為隧道頂部3m 至隧底中風(fēng)化巖面，右線注漿孔鉆孔采用垂直孔；左線部分段因受地面現(xiàn)狀管線影響，鉆孔采用傾斜孔，梅花型布置，注漿孔間距詳見各地質(zhì)橫剖面。左、右線加固范圍兩側(cè)最外兩排帷幕注漿孔縱向間距為1.2m，梅花型布置。注漿加固工藝流程圖如圖3 所示。

圖3 注漿工藝流程圖

2）注漿施工分為3 步：①左右線各施作兩側(cè)最外兩排帷幕注漿孔并進(jìn)行帷幕注漿；②按設(shè)計間距梅花型布置施作加固注漿孔，進(jìn)行初步充填注漿；③按間距梅花型布置施作完成剩余加固注漿孔，進(jìn)行加固注漿。

2.2.3 技術(shù)參數(shù)

1）注漿加固實施前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場注漿試驗，選取不同的漿液配比，由低壓較大注入量開始至終壓、較小注入量結(jié)束，通過試驗尋求較少的注漿量，最佳注漿方法和最優(yōu)注漿參數(shù)。并將漿液配比、注漿壓力、擴散半徑及注漿效果反饋設(shè)計，以進(jìn)一步指導(dǎo)注漿設(shè)計，確保設(shè)計切合實際。根據(jù)前期注漿試驗段總結(jié)驗收會總結(jié)的注漿技術(shù)參數(shù)，帷幕注漿采用水泥-水玻璃漿液進(jìn)行封漿，水玻璃滿足模數(shù)2.2～3.4，濃度38～43°Be’，水玻璃與水1∶3 混合后，且水玻璃用量為水玻璃混合液∶水泥漿=1∶1，以把漿液的凝固時間控制在120～150s。水泥采用P.O42.5 級普通硅酸鹽水泥，雙液漿注漿壓力不大于1.0MPa，單液漿注漿壓力不大于1.5MPa。

2）由于石回填土區(qū)塊石含量高，各向異性且離散性大，采用多次注漿，間隔時間控制在4h內(nèi)。

3）袖閥管注漿主要采用水泥漿液，水泥漿液水灰比為0.7，注漿壓力不超過1.5MPa，加固圈范圍四周采用水泥-水玻璃漿液進(jìn)行封漿，注漿壓力宜為0.5MPa，但袖閥管沖孔時可適當(dāng)加大壓力至通孔。以上注漿參數(shù)及配比僅供參考，具體施工時應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場試驗確定。當(dāng)遇架空空洞時，可采用M10 水泥砂漿，注漿壓力宜適當(dāng)加大，但不應(yīng)大于3.0MPa，水泥砂漿流動度宜大于240mm，細(xì)沙最大粒徑不大于2mm。

4）水泥應(yīng)采用P.O-42.5 級普通硅酸鹽水泥，水玻璃宜采用模數(shù)2.2～3.4，濃度38～43°Be’。

5）袖閥管采用外徑48mm、內(nèi)徑42mmPVC管，注漿孔直徑不小于108mm，應(yīng)進(jìn)入中風(fēng)化巖面不小于0.2m，帷幕注漿孔應(yīng)進(jìn)入中風(fēng)化巖面不小于1.5m。

6）注漿孔開孔直徑為108mm，加固區(qū)與非加固區(qū)之間應(yīng)采取有效止?jié){措施，如套殼料，套殼料具體參數(shù)場試驗確定。

7）注漿采用自下而上分段注漿方式，應(yīng)采用跳孔間隔注漿，且先外圍后中間的注漿順序。根據(jù)類似地層工程經(jīng)驗，注漿有效擴散半徑取0.6～0.8m，具體有效擴散半徑應(yīng)根據(jù)注漿試驗確定。根據(jù)詳勘資料，填土孔隙率為10%～30%。

3 結(jié)論

1）注漿試驗段施工過程中首先采用風(fēng)鉆鉆孔，因風(fēng)鉆鉆孔效果不理想，且不滿足環(huán)保要求，改用套管跟進(jìn)鉆孔，套管護孔的同時確保了鉆進(jìn)速度滿足現(xiàn)場注漿施工要求。

2）成孔后，采用套殼料封閉袖閥管與鉆孔孔壁之間的環(huán)狀空間。施工期間套殼料首先采用膨潤土+水泥，因地層孔隙率較大，膨潤土和水泥用量超耗較大。優(yōu)化后采用碎石+砂漿作為套殼料，在鉆孔加固區(qū)深度范圍內(nèi)采用碎石作為套殼料，加固區(qū)上部2m 采用砂漿封層，之后回填碎石到地面以下0.5m 處作為套殼料回填標(biāo)準(zhǔn)。

3）套殼料在袖閥管周圍形成具有一定強度的保護層，灌漿時漿液出袖閥管后擠壓套殼料，套殼料能夠使?jié){液只在一定范圍內(nèi)橫向流動擠壓周邊土體形成灌漿通道。

4）灌漿采用跳孔間隔注漿，且先外圍后中間的注漿順序，根據(jù)類似地層施工經(jīng)驗，注漿有效擴散半徑取1m。注漿采用自下而上分段式注漿，每段注漿完成后向上提起注漿管30cm，進(jìn)行下一段注漿，提起距離應(yīng)不大于袖閥管作用范圍，以保證注漿效果均勻有效。

5）單、雙液注漿過程中主要通過聽聲音、看壓力、看注漿量（有前面注漿現(xiàn)場施工性試驗取得參考數(shù)據(jù)）來判斷注漿的施工效果。

6）注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：①注漿壓力達(dá)到設(shè)計終壓，在設(shè)計最大注漿壓力下穩(wěn)定注漿30min，可結(jié)束該段注漿；②當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計終壓的80%，注漿量達(dá)到設(shè)計注漿量1.5 倍時；③當(dāng)注漿壓力未能達(dá)到設(shè)計最終壓力，而灌漿量超過設(shè)計灌漿量的2 倍時可結(jié)束段注漿。

7）注漿施工完畢后，通過對加固地基進(jìn)行鉆芯取樣，檢測無側(cè)限抗壓強度滿足≥1MPa 的設(shè)計要求。

8）若采用超重型觸探對注漿加固后地基承載力及均勻性進(jìn)行檢測。由于從地表無法進(jìn)行相關(guān)檢測（深度超限），可從已施工隧道底部注漿孔處進(jìn)行相關(guān)檢測，對地基土做出工程地質(zhì)評價。