近海TBM始發(fā)井側(cè)壁滲漏水注漿治理技術(shù)研究

趙明春，李樹光，李鎖在，王鳳剛，王鳳偉

（1.中鐵三局集團第四工程有限公司，北京 102300；2.濟南力穩(wěn)巖土工程有限公司，濟南 250000）

1 引言

近年來，隨著城市的快速發(fā)展，人口密度激增，公共交通系統(tǒng)運輸壓力逐漸增大，地面交通方式趨于飽和，地下交通成為緩解公共交通壓力的重要途徑，各大城市地鐵進入了大規(guī)模建設(shè)時期。TBM 作為一種高效、安全的開發(fā)方法，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于地鐵隧道開挖[1]。TBM 始發(fā)井作為TBM 進入隧道正線的重要工程之一，需先期開挖至設(shè)計深度后，在始發(fā)井內(nèi)部完成TBM 組裝，進而實現(xiàn)TBM 進入正線施工，后期作為渣土、管片等材料的重要運輸通道，將伴隨隧道開挖施工的全過程[2-3]。為保證TBM 組裝具有良好工作環(huán)境，始發(fā)井側(cè)壁長期穩(wěn)定，既需要支護強度滿足要求，還需要保證側(cè)壁具備良好防滲性能，不受地下水威脅。然而，由于始發(fā)井側(cè)壁長期暴露，上部因材料運輸，動荷載反復加載，且地下地質(zhì)環(huán)境條件復雜，尤其在地下水資源豐富區(qū)域，地下水位較高，容易引發(fā)TBM始發(fā)井滲漏水，造成井內(nèi)濕度過高，銹蝕金屬部件，影響TBM設(shè)備組裝質(zhì)量，同時，長期大量滲漏水可能造成周圍地面沉降，影響始發(fā)井與周圍建筑物安全。

TBM 始發(fā)井試驗注漿止水技術(shù)是治理始發(fā)井側(cè)壁及基坑滲水常用方法之一。選擇合適的注漿材料，合理的注漿方式和注漿參數(shù)，是保證治理效果的關(guān)鍵[4]。本文基于青島地鐵2號線某TBM 始發(fā)井滲漏水注漿治理工程，開展近海裂隙巖體滲漏水注漿治理研究，并選取TBM 始發(fā)井北側(cè)為注漿現(xiàn)場試驗區(qū)段，通過現(xiàn)場注漿試驗，開展注漿孔、注漿材料、鉆孔設(shè)計、注漿量等關(guān)鍵參數(shù)研究，最終形成適用于近海裂隙巖體注漿治理方案，應(yīng)用于始發(fā)井其他區(qū)域，實現(xiàn)基坑滲漏水治理，保證基坑和周圍建筑安全。

2 工程概況

TBM 始發(fā)井位于豎井位于區(qū)間線路正上方，線路為直線段。豎井平面圖形為矩形，豎向深度32.66 m，上部鉆孔灌注樁部分內(nèi)凈空尺寸長31 m，寬28 m，下部鋼管樁內(nèi)部凈空尺寸長28 m，寬25 m，距離海岸最近距離約150 m。始發(fā)井已施工至底板，但是基坑側(cè)壁出現(xiàn)大量滲漏水，始發(fā)井排水量達到1 400 m3/d，已經(jīng)嚴重影響TBM 組裝作業(yè)，通過地下水pH 值和Cl-檢測，滲漏水多為海水，對機械設(shè)備、側(cè)壁初支錨桿、錨索腐蝕嚴重，威脅基坑安全。

TBM 始發(fā)井淺部的素填土層、淤泥質(zhì)層等軟弱地層，深部為強、中風化花崗巖地層，如圖1 所示。場區(qū)地下水主要類型為第四系孔隙潛水與基巖裂隙水，二者間無穩(wěn)定的隔水層，具有一定的水力聯(lián)系。第四系孔隙潛水主要分布于濱海岸灘地貌單元，基巖裂隙水主要分布于剝蝕斜坡地貌單元。地下水穩(wěn)定水位埋深1.50～7.50 m。第四系孔隙潛水：地下水賦存于第②層粗砂、第④層淤泥質(zhì)粉細砂、第⑧層粗礫砂中。富水性好，屬于中等-強透水層?；鶐r裂隙水：在場區(qū)主要以層狀、帶狀賦存于基巖強風帶、節(jié)理密集發(fā)育帶中，由于節(jié)理發(fā)育不均勻，其富水性不均勻。強風化帶中，透水性較差；節(jié)理發(fā)育帶及構(gòu)造破碎帶中，裂隙張開性好，導水性較強，富水性中等。根據(jù)青島地區(qū)鑿井抽水試驗資料，基巖裂隙水單井用水量一般小于20 m3/d。滲透系數(shù)k 小于4m/d，影響半徑幾米到十幾米。在匯水條件較好的地段，地下水一般較豐富。豎井開挖過程中，常形成點狀或線狀涌水。始發(fā)井淺部軟弱土層區(qū)域，已采用等厚水泥土連續(xù)墻（TRD）[5-8]作為止水帷幕，效果較好，無明顯滲漏水點，但是，進入強風化巖層后，TBM 始發(fā)井未采取可靠有效的止水措施，造成該區(qū)域側(cè)壁出現(xiàn)大面積滲漏水現(xiàn)象。

圖1 青島地鐵2 號線某TBM始發(fā)井地質(zhì)剖面圖

3 治理難點分析

1）pH=10.5，Cl-=9 875 mg/L，海水補給充沛，且海水破壞施工環(huán)境，腐蝕支護系統(tǒng)和機械設(shè)備。

2）地下水主要為第四系孔隙水（富水好，透水能力強），基巖裂隙裂縫開張性好，導水性強，還可能存在導通裂隙。

3）基坑滲水主要為海水，具有腐蝕性，普通水泥無法長期封堵。

4）TBM 始發(fā)井上部出水點距離井底深度達到了20 m，且始發(fā)井已進入TBM 設(shè)備吊裝施工階段，井內(nèi)徑向注漿存在交叉作業(yè)，安全風險高。

5）巖石裂隙小，常規(guī)注漿壓力很難將水泥漿液注入裂隙，需要找到合適的注漿壓力和注漿液。

4 試驗注漿方案設(shè)計

因TBM 始發(fā)井深度為32.66 m，上部出水點距離井底深度達到了20 m，且該始發(fā)井進入TBM 設(shè)備吊裝施工階段，因此，采用井內(nèi)徑向注漿施工存在交叉作業(yè)，且安全風險高。同時，結(jié)合青島地區(qū)施工經(jīng)驗，針對該類裂隙巖體注漿治理，因巖石裂隙較小，常規(guī)注漿壓力很難將水泥漿液注入裂隙，需適當提高注漿壓力，高注漿壓力引起深部（＞20 m）漿液時空運移規(guī)律發(fā)生改變，現(xiàn)有技術(shù)無法控制漿液在深部地層中運移，注漿效果難以保證，且基坑滲漏水為海水，具有一定腐蝕性，因此，普通硅酸鹽水泥無法滿足長期封堵滲漏水要求[9]。

為保證施工安全和注漿治理效果，結(jié)合現(xiàn)場施工條件，協(xié)調(diào)現(xiàn)場各施工環(huán)節(jié)有序進行，提高施工效率，選取TBM 始發(fā)井北側(cè)（近海側(cè)）為注漿試驗區(qū)段，且為減少施工安全風險，注漿范圍為第一道錨索以下區(qū)域，該區(qū)域也是集中滲漏水區(qū)域。為保護豎井錨索不被地表鉆孔破壞，影響豎井安全，采用徑向注漿工藝[10]?？紤]基巖裂隙較小，且海水具有一定腐蝕性，為保證注漿止水效果，注漿材料宜選用硫鋁酸鹽水泥[11]。

4.1 注漿設(shè)計

通過現(xiàn)場踏勘，錨索、錨桿出水為基坑深部側(cè)壁滲漏水的主要出水形式，因此，注漿孔設(shè)計在錨索、錨桿以上0.5 m 處，注漿孔水平間距為1 m，孔深2 m，垂直排間距為2.5 m，如圖2 所示。

圖2 TBM始發(fā)井徑向注漿孔平面布置圖

4.2 注漿參數(shù)

4.2.1 漿液類型

注漿材料采用普通硅酸鹽水泥、超細水泥、硫鋁酸鹽水泥，漿液濃度應(yīng)根據(jù)隧道圍巖條件加以調(diào)整。超細水泥平均粒徑4 μm，最大粒徑10 μm，較普通硅酸鹽水泥，能夠注入更細小裂隙，但是，注漿工程中需采用高速攪拌，并添加減水劑，需加大水灰比。硫鋁酸鹽水泥含有SO4-2，可抵抗海水對水泥漿液侵蝕，具有抗腐蝕特點，硫鋁酸鹽水泥結(jié)實體具有微膨脹的特點，注入巖層裂隙后，止水效果較好；硫鋁酸鹽水泥凝膠時間短，具有一定的抗動水分散的能力，可用于大流水導水通道封堵，因此，本工程選用硫鋁酸鹽水泥為注漿材料。

4.2.2 注漿量估算

本工程注漿量預(yù)計采用“三系數(shù)”計算法，按地層孔隙率、地層空隙充填率及漿液損失率3 個系數(shù)進行總注漿量的計算。對注漿加固體內(nèi)的空隙進行充填加固。計算公式如下：

式中，∑Q 為總注漿量，m3；v 為注漿加固體體積，m3；n 為地層孔隙率；α 為地層空隙充填率；β 為漿液損失率。

4.2.3 注漿壓力

注漿壓力根據(jù)水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件確定，施工中需嚴格控制注漿壓力[12-13]，擬定控制在2～3 MPa；實際情況根據(jù)現(xiàn)場試驗及實際效果確定?，F(xiàn)場實施過程中根據(jù)各段埋深、地質(zhì)情況可進行調(diào)整。

4.2.4 注漿結(jié)束標準

單孔注漿壓力達到設(shè)計終壓并連續(xù)注漿10 min 以上，且注漿量不小于設(shè)計注漿量的80%、進漿速度為初始速度的1/4，可結(jié)束本孔注漿；單孔注漿量大致與設(shè)計注漿量相同，結(jié)束時的進漿量10～15 L/min 以下可以結(jié)束本孔注漿。

注漿施工前須確認管線位置及標高，并核實注漿管與管線相互位置關(guān)系，保證注漿管與管線凈距不小于1.5 m；拱頂上方最外側(cè)注漿管需根據(jù)管線實際情況進行調(diào)整，必要時可縮短注漿管，且第一次注漿壓力應(yīng)不大于0.5 MPa。施工過程中應(yīng)注意對該管線的保護，加強監(jiān)控量測，確保管線安全。

5 注漿效果

試驗區(qū)域通過上述注漿治理，僅有少量濕漬，無明水。存在少量濕漬主要由于該豎井為臨時結(jié)構(gòu)，僅施工掛網(wǎng)噴射混凝土的初期支護，支護厚度較薄，不具備防滲性能，且濕漬均位于混凝土開裂區(qū)域，如對開裂混凝土修補治理，將耗費大量的人力、物力等資源，且經(jīng)過治理后，已基本無明水流入始發(fā)井，因此，上述治理方案已經(jīng)達到治理效果，后期將對整個始發(fā)井側(cè)壁開展注漿治理。

6 結(jié)論

1）為減少施工安全風險，注漿范圍為第一道錨索以下區(qū)域，該區(qū)域也是集中滲漏水區(qū)域。為保護豎井錨索不被地表鉆孔破壞，影響始發(fā)井安全，采用徑向注漿工藝。

2）基巖裂隙較小，且海水具有一定腐蝕性，為保證注漿止水效果，注漿材料選用普通硅酸鹽水泥、超細水泥、硫鋁酸鹽水泥等。

3）試驗區(qū)域通過上述注漿治理，僅有少量濕漬，無明水，已經(jīng)達到治理效果。