富水砂卵石地層盾構(gòu)隧道聯(lián)絡(luò)通道高噴灌漿加固施工技術(shù)

以具體工程為依托，研究優(yōu)化了高噴灌漿加固施工的施工工藝，在實(shí)際工程進(jìn)行了應(yīng)用，并通過降水試驗(yàn)和鉆孔取芯驗(yàn)證了該方案的加固效果。

砂卵石； 聯(lián)絡(luò)通道； 高噴灌漿； 加固施工技術(shù)

U455.48+1A

［定稿日期］2023-04-25

［作者簡介］聶華（1983—），男，本科，高級工程師，研究方向?yàn)槌鞘熊壍澜煌ā?/p>

0 引言

聯(lián)絡(luò)通道開挖會(huì)影響周圍土體穩(wěn)定性，操作不當(dāng)或地質(zhì)條件較差時(shí)，會(huì)造成地表沉降和隧道位移［1］，因此在地質(zhì)條件不良的情況下，開挖聯(lián)絡(luò)通道需要采取加固措施。目前，富水砂層聯(lián)絡(luò)通道的輔助施工工法主要有降水法、凍結(jié)加固法、高壓旋噴注漿、攪拌樁、地下連續(xù)墻加固等［2-3］。其中高壓旋噴注漿具有施工自動(dòng)化程度高、適用范圍廣、對周邊環(huán)境影響小等諸多優(yōu)點(diǎn)［4］。目前，很多學(xué)者對高壓旋噴注漿加固技術(shù)進(jìn)行了研究，馮波［5］總結(jié)了地表高壓旋噴注漿加固技術(shù)的施工工藝，分析了其常見技術(shù)難題，并提出了解決措施；翟志國等［6］介紹了MJS工法在富水軟土地層中、狹小空間的施工工藝和方法；文妮等［7］以具體工程為依托，分析了高壓水平旋噴樁超前支護(hù)的作用機(jī)理、特點(diǎn)，證明了高壓旋噴注漿可以有效解決施工中地表沉降問題。

對于高壓旋噴注漿的實(shí)際效果，在很多工程中也得到了驗(yàn)證，例如：樸?。?］從原理和工藝方面證明了高壓旋噴樁在深基坑施工中可以有效減小周圍變形；何本春等［9］采用高壓旋噴樁軟弱黏土層進(jìn)行加固，并通過沉降監(jiān)測驗(yàn)證了高壓旋噴樁在加固地基方面的可行性；張紅濤［10］通過采用高壓旋噴注漿對某基坑進(jìn)行隔水帷幕施工，證明了高壓旋噴技術(shù)在粗砂礫石層中具有良好的隔水效果；劉澄赤等［11］以上海某地塊基坑加固工程為依托，研究證明了在深層軟土中采用MJS工法進(jìn)行止水加固施工施工質(zhì)量較好;呂強(qiáng)［12］通過研究高壓噴射注漿法地層加固原理和施工工藝，證明了高壓噴射注漿在地鐵工程中的適用性和可靠性。

本文以某具體工程聯(lián)絡(luò)通道施工為背景，研究了高噴灌漿施工技術(shù)的具體施工工藝，并通過降水試驗(yàn)和鉆孔取芯驗(yàn)證了，該工藝的有效性。

1 工程概況及施工難點(diǎn)分析

1.1 工程概況

成都軌道交通19號線二期工程土建2工區(qū)龍橋路站-雙流機(jī)場站區(qū)間，盾構(gòu)左線起點(diǎn)里程ZDK76+170.000，終點(diǎn)里程ZDK81+074.276（長鏈17.833），長度為4 787.765 m，風(fēng)井長度134.344 m。盾構(gòu)右線起點(diǎn)里程YDK76+170.000，終點(diǎn)里程YDK81+074.276，長度為4 771.756 m風(fēng)井長度132.520 m，線路最大縱坡28‰，最小曲線半徑850 m，最大埋深38.4 m，最小埋深10.97 m，線路成“V”字形，平均線間距16.5 m。區(qū)間設(shè)置一座中間風(fēng)井兼盾構(gòu)始發(fā)井及8座聯(lián)絡(luò)通道，其中5號聯(lián)絡(luò)通道近江安河和美麗點(diǎn)小區(qū)。其區(qū)間工程位置及線路走向等如圖1所示。

區(qū)間5號聯(lián)絡(luò)通道（里程ZDK78690）部位，原設(shè)計(jì)方案為通過打降水井的施工進(jìn)行降水然后做聯(lián)絡(luò)通道施工，在盾構(gòu)掘進(jìn)到聯(lián)絡(luò)通道的位置，通過該聯(lián)絡(luò)通道降水井進(jìn)行開倉換刀，降水后通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)地面及美麗點(diǎn)小區(qū)內(nèi)房屋沉降較大，如果繼續(xù)按照原方案采用降水井方式施工聯(lián)絡(luò)通道，施工過程中，掌子面存在坍塌的風(fēng)險(xiǎn)，并且還會(huì)加速地面沉降，臨近小區(qū)房屋也會(huì)下沉。故擬定在該部位進(jìn)行高噴防滲加固施工，將聯(lián)絡(luò)通道形成封閉區(qū)域，保證聯(lián)絡(luò)通道施工安全。

1.2 地質(zhì)水文情況

根據(jù)前期地勘和補(bǔ)勘鉆孔揭示，開挖部位從上往下依次為：回填卵石層、稍密砂卵石層、中密砂卵石、密實(shí)砂卵石、密實(shí)中砂層、強(qiáng)風(fēng)化泥巖和中等風(fēng)化泥巖的復(fù)合地層。卵石粒徑2～20 cm不等，卵石含量55%～75%，多為砂充填，分選性較差，磨圓度較好。

高噴鉆孔揭示地層結(jié)構(gòu)為：0～2 m為回填土及建渣覆蓋層，2～36 m為砂卵礫石層， 36～39 m為強(qiáng)風(fēng)化泥巖層，39～40 m為中風(fēng)化泥巖層，部分孔揭示中間夾0.6～1.5 m純砂地層。地質(zhì)斷面如圖2所示。

根據(jù)勘察期間長期水位觀測孔資料：區(qū)內(nèi)地下水穩(wěn)定水位埋深3～15 m，勘察期間區(qū)間范圍地下水位埋深3～20 m，局部受人工降水影響水位變化幅度較大，通過前期對該部位的水位觀測地下水位3～25 m，施工前期通過水位觀測地下水位為4.0 m，水位較穩(wěn)定，汛期地下水位在3～4 m。

1.3 下穿施工難點(diǎn)分析

根據(jù)區(qū)間下穿既有地鐵3號線地質(zhì)情況、地下水情況及既有3號線變形控制標(biāo)準(zhǔn)，新建盾構(gòu)隧道19號線穿越既有地鐵3號線施工存在諸多安全風(fēng)險(xiǎn)和不穩(wěn)定性因素，主要表現(xiàn)在幾個(gè)方面：

（1）面臨地下水豐富、受小區(qū)干擾大等困難，施工難度大。

（2）降水對周邊建筑物影響較大。

（3）直接降水對已形成的盾構(gòu)區(qū)間存在一定程度的影響。

2 聯(lián)絡(luò)通道高噴灌漿加固施工技術(shù)

根據(jù)實(shí)際工程案例分析和正在施工項(xiàng)目的調(diào)研，類似于聯(lián)絡(luò)通道的施工可以選擇的工藝方法有：圍井法（高噴防滲墻、混凝土防滲墻等）、凍結(jié)法、管井降水法等施工方法。不同施工方法的對比如表1所示，結(jié)合本工程地質(zhì)資料進(jìn)行綜合分析，高噴防滲墻對該地層和周邊條件的適應(yīng)性最強(qiáng)，能滿足墻體強(qiáng)度、剛度、止水等功能。

2.1 具體實(shí)施

實(shí)施方案為：在5號聯(lián)絡(luò)通道位置周邊布置單排36個(gè)孔，將聯(lián)絡(luò)通道形成一道封閉圍井，孔距67～68 cm，孔軸線與垂直隧道方向的聯(lián)絡(luò)通道開挖邊線水平距離為80 cm，沿隧道方向距離管片水平距離為65 cm，垂直隧道方向距離聯(lián)絡(luò)通道開挖邊線140 cm布置一個(gè)試噴孔。

實(shí)際施工中對原設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化：在原設(shè)計(jì)的37個(gè)高噴孔施工完成后，分別在鉆孔角度交叉偏斜導(dǎo)致的墻體薄弱部位增補(bǔ)3個(gè)高噴孔Z-2-1、2-3-1、2-7-1。具體布孔情況見圖3。

高噴灌漿加固施工包含兩部分：鉆孔施工和高噴灌漿施工。

2.2 鉆孔施工工藝

（1）高噴鉆孔采用同心跟管超前鉆進(jìn)技術(shù)，鉆進(jìn)、跟管護(hù)孔連續(xù)完成（圖4）。

（2）開孔之前采用全站儀測量儀器精確測量孔位，孔位偏差不大于5 cm。開孔之前，先用水平尺+重錘校核鉆機(jī)大梁和護(hù)壁套管的垂直度，反復(fù)測試無誤后才開鉆。在初始開孔6 m之內(nèi)，檢測鉆孔傾斜情況，發(fā)現(xiàn)偏斜過大情況立即采取糾正。鉆孔糾偏通過走車、轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤、調(diào)整大臂、推進(jìn)梁方向和上下卡瓦結(jié)合進(jìn)行。

（3）在鉆孔過程中，用水平尺、重錘隨時(shí)測量套管的偏斜情況，并及時(shí)糾偏。鉆孔完畢，使用“重錘式測斜儀”測量鉆孔孔斜，孔斜偏差小于0.8%，孔深偏差均不大于10 cm（圖5）。

（4）鉆孔孔徑150 mm，鉆孔完畢后，下入特制100 mmPVC塑料薄壁管進(jìn)行臨時(shí)護(hù)壁，塑料管底用無紡布包扎，接頭用不干膠粘連，以確保連接強(qiáng)度與接頭不漏漿， PVC塑料管下設(shè)完畢后，由吊車起拔套管，淤積不大于20 cm。

（5）鉆進(jìn)過程中注意鉆機(jī)響動(dòng)和鉆進(jìn)感覺，詳細(xì)準(zhǔn)確記錄鉆孔時(shí)遇到的各種特殊情況，根據(jù)返碴情況、鉆進(jìn)速度、鉆機(jī)及沖擊器運(yùn)情況判斷地層分層深度、地下水位、漂卵石的分布、埋深及架空、漏失、動(dòng)水等情況，并在鉆孔時(shí)探明深入基巖的高程。

2.3 高噴灌漿施工工藝

2.3.1 旋噴機(jī)就位，地面試噴

高噴灌漿采用XL-50型旋噴機(jī)，該旋噴機(jī)最大噴灌深度可達(dá)70 m，噴具由高強(qiáng)螺栓連接，連接處用尼龍墊密封。噴具組裝完畢后采用水在地面進(jìn)行試噴，水壓超過35 MPa， 3 min無異常即可結(jié)束試噴。

2.3.2 噴具下設(shè)及加長

試噴結(jié)束后，將噴具下入PVC管護(hù)壁孔內(nèi)，本次噴灌孔深為40 m，采用3根14 m噴具組成，并確保下入設(shè)計(jì)孔深位置。

2.3.3 制漿

制漿采用XG-HZJ-80型臥式灰罐智能制漿系統(tǒng)，系統(tǒng)由上下兩部分構(gòu)成一體式箱體結(jié)構(gòu)，拆卸、安裝運(yùn)輸便捷，供料和制漿全過程均在封閉環(huán)境中完成，更利于環(huán)境保護(hù)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)水、自動(dòng)制漿、自動(dòng)供漿、制漿準(zhǔn)確、快速制漿等優(yōu)點(diǎn)。制漿完成后輸送至高噴灌漿泵內(nèi)。

2.3.4 噴漿

噴漿采用ZJB/BP-50高噴灌漿泵進(jìn)行噴漿，該泵最大灌漿壓力可達(dá)45 MPa，最大流量可達(dá)150 L/min，采用開山中風(fēng)壓空壓機(jī)進(jìn)行供壓縮空氣，空氣壓力1.6 MPa，排量達(dá)14 m3/min。

本次高壓旋噴灌漿采用“兩管法”，施工采用自下而上一次噴灌法。兩管法是用高壓泥漿泵產(chǎn)生35～38 MPa壓力的漿液，用壓縮空氣機(jī)產(chǎn)生0.7～0.8 MPa壓力的壓縮空氣，漿液和壓縮空氣通過具有2個(gè)通道的噴射管，在噴射管底部側(cè)面的同軸雙重噴嘴中同時(shí)噴射出高壓漿液和空氣2種射流，沖擊破壞土體，在高壓漿液射流和外圍環(huán)繞氣流的共同作用下，噴嘴一邊噴射一邊旋轉(zhuǎn)和提升，最后在土體中形成直徑明顯增加的柱狀固結(jié)體，其直徑達(dá)80～150 cm。

當(dāng)噴具下入至設(shè)計(jì)深度后，先通漿后通風(fēng)，靜噴一段時(shí)間待孔口返漿后，再啟動(dòng)臺(tái)車主卷揚(yáng)調(diào)速電機(jī)及旋擺機(jī)液壓馬達(dá)，由高壓漿對地層進(jìn)行充分切割，水泥漿液對地層進(jìn)行攪拌充填，風(fēng)壓提高漿液的串動(dòng)保證漿液裹俯充填效果，邊旋轉(zhuǎn)邊提升自下而上噴射成墻，直至設(shè)計(jì)終噴高程停噴。在噴灌過程中，要時(shí)刻注意檢查風(fēng)和漿的流量及提升速度等參數(shù)是否符合要求，遇到特殊情況，如漿壓過高或噴嘴堵塞等，應(yīng)將噴具提出地面進(jìn)行處理后再進(jìn)行施工。具體施工參數(shù)如表2所示。

2.3.5 封孔回填

為解決凝結(jié)體頂部因漿液析水和滲漏而出現(xiàn)凹陷現(xiàn)象，高噴灌漿結(jié)束后，由專人負(fù)責(zé)用冒漿漿液進(jìn)行孔口注漿，回填搗實(shí)直至漿面不再析水下沉為止；利用冒漿漿液回灌時(shí)，宜采用“七”字型溝渠引導(dǎo)返漿，以利廢漿液排放及待封孔的持續(xù)回填（噴漿孔位于“七”字折線頂端，廢漿引排在橫線位置，待封孔在折線折點(diǎn)處）。高壓噴射灌漿冒漿封孔示意如圖6所示。

3 施工效果檢驗(yàn)

3.1 降水試驗(yàn)

高噴完成圍井噴灌7天后，在圍井內(nèi)進(jìn)行了兩次的降水試驗(yàn)進(jìn)行檢測圍井滲透情況，如圖7所示為降水試驗(yàn)示意。

第一次在高噴圍井內(nèi)鉆兩個(gè)150 mm（套管跟鉆進(jìn)）38 m深的降水孔，內(nèi)下114 mm的鋼花管，在花管內(nèi)下深井泵，由于從114 mm鋼花管內(nèi)下泵，能夠滿足降水高程和尺寸要求的泵排量最大約為50 L/min，實(shí)際抽排量約為40 L/min，通過測量2臺(tái)泵抽排量約87 L/min，通過36 h降水試驗(yàn)，圍井內(nèi)水位從4.35 m降至到8.8 m離圍井外6 m廠房內(nèi)的水位4.28 m并沒有下降，但是由于抽排量較小，圍井內(nèi)水位不再下降，停止降水后，約6 h，圍井內(nèi)水位又恢復(fù)到之前的水位4.35 m。

第二次又增加了一口降水井進(jìn)行降水，井內(nèi)下500 mm混凝土管，管內(nèi)可下更大的深井泵（150 L/min），實(shí)測2臺(tái)降水抽排量約為180 L/min，通過48 h降水試驗(yàn)，圍井內(nèi)的水位從原來的4.35 m降至23.8 m，圍井外6 m廠房內(nèi)的水位從4.28 m下降至6.2 m，此時(shí)圍井內(nèi)的水位不再下降，停止降水后約24 h，水位又恢復(fù)到原來的4.35 m水位。

通過2次降水試驗(yàn)判斷，圍井上部防滲效果較好，在深部區(qū)域存在滲水通道，滲水量較大。通過圍井阻斷，降水水位在圍井位置形成一個(gè)陡降的趨勢，但由于滲漏量較大，水位還高于聯(lián)絡(luò)通道，聯(lián)絡(luò)通道達(dá)不到干地施工條件，后期施工采用了井外輔助降水的措施。

3.2 開挖后驗(yàn)證

左線管片打開后，通過鉆孔取芯獲得巖石芯樣，芯樣較完整，通過抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，最大抗壓強(qiáng)度達(dá)到45 MPa，開挖過程中通過風(fēng)鎬進(jìn)行開挖，高噴墻非常堅(jiān)硬。

4 結(jié)論

總體來講，采用高噴灌漿圍井進(jìn)行坑內(nèi)降水的方法是可行的。

通過開挖揭示，高噴灌漿結(jié)石強(qiáng)度較高，最大抗壓強(qiáng)度為45 MPa，聯(lián)絡(luò)通道施工過程中，周邊建筑物和盾構(gòu)區(qū)間均未出現(xiàn)變形等異常情況，但由于單排設(shè)計(jì)和近江安河等情況，導(dǎo)致30 m以下區(qū)域存在滲水通道且滲水量較大，在采用坑內(nèi)降水時(shí)，最大降水深度約26 m，因此，采用滲漏通道外側(cè)增加坑外降水的輔助措施，以提供聯(lián)絡(luò)通道干地施工條件。

結(jié)合現(xiàn)場情況進(jìn)行綜合分析，本次施工措施效果良好。但在圍井設(shè)計(jì)，施工工藝和降水井布置等方面仍有較大優(yōu)化空間；如：圍井范圍應(yīng)適當(dāng)加大、加長，特別是平行于區(qū)間方向應(yīng)適當(dāng)加長、近地下水強(qiáng)補(bǔ)給側(cè)增加為雙排或其它補(bǔ)強(qiáng)措施、細(xì)化坑內(nèi)降水點(diǎn)與高噴防滲墻和聯(lián)絡(luò)通道的平面布置等；特別是在圍井設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮后期降水是否會(huì)對高噴防滲墻和聯(lián)絡(luò)通道的施工造成較大影響等因素。

在高噴圍井與盾構(gòu)區(qū)間的交接面（即聯(lián)絡(luò)通道的出入口處），應(yīng)采用雙液灌漿進(jìn)行水平封閉。

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