深孔注浆技术在地铁暗挖隧道施工中的应用

深孔注浆技术在地铁暗挖隧道施工中的应用摘要：城市地铁暗挖隧道施工中所面临的难题之一就是水的治理问题，水不仅危及掌子面开挖作业的安全，同样也威胁到地面建筑物的安全。面对富水砂层及软弱破碎层,如何进行掌子面加固及止水是施工的关键。深圳地铁7号线7301-1标龙-桃区间隧道工程中采用深孔注浆技术成功地完成了富水砂层段的施工，充分表明在不良地质地段采用深孔超前预注浆加固掌子面及固结止水技术是行之有效的。文章针对此工程实例，阐述了深孔注浆技术的机理和工艺特点，以及在城市暗挖地铁隧道施工中的应用效果。关键词：深孔注浆；暗挖隧道；工艺特点；施工方法引言在城市地铁暗挖隧道施工中水的治理一直贯穿始终，水不仅危及施工过程中人员、设备的安全，也影响后续隧道运营的质量，同样也影响周边建（构）筑物的安全。一般地铁事故70％以上都和水有关，比如开挖过程中涌水、或是基础泡软拱顶沉降侵限、周边建筑物沉降开裂、管线拉裂等等，都和水密切相关。可以说水治理成功了，整个隧道的安全、质量就有保证了。随着越来越多的地铁工程的建设，在工程地质、水文地质条件、周边环境等复杂条件的影响下，如何保证隧道施工安全，减小地面沉降，保护周边环境成为矿山法隧道需要解决的关键问题。本文结合深圳地铁7号线西~茶区间矿山法施工，研究了对该段砂层地表采用深层注浆加固技术，旨在减小地表沉降，提高隧洞的安全可靠程度。1、注浆加固机理1.1、注浆加固机理注浆加固就是要让水泥（水泥水玻璃双液浆）浆液在周围岩层、土体中通过渗透、充填、压密扩展形成浆脉。由于地层中岩层的不均匀性，通过钻孔向岩层中加压灌入一定水灰比的浆液，一方面灌浆孔向外扩张形成圆柱状浆体，钻孔周围岩层被挤压充填。另一方面随着灌浆的进行，岩层裂缝的发展和浆液的渗透，浆液在地层中形成方向各异、纵模交错、厚薄不一的片状、条状、团块状浆脉，浆脉随着其凝结硬化，起到控制沉降、提高承载力的作用。1.2、灌浆处理范围：隧道拱顶位于淤泥质粉质粘土、粉质粘土、砂层及全风化岩层中，采用半断面注浆止水加固措施，隧道拱顶及全断面穿越淤泥质粉质粘土、粉质粘土、砂层及穿越断层处，采用半断面注浆止水加固措施，保证隧道的开挖安全，注浆液采用水泥-水玻璃双液浆。2、工程应用2.1工程概况深圳市城市轨道交通7号线工程西丽站至茶光站区间位于深圳市南山区。为矿山法施工隧道区间。该区间为冲洪积平原地貌，地形较平坦，地面高程一般为11.78～14.10m。区间所在位置主要道路有沙河西路，道路两侧主要建筑有：西丽街道办、壮丽商厦、西丽幼儿园、留仙宾馆、丽苑阁、西丽法庭、西丽宾馆、海龙珠加油站、众望楼、沙河大厦、西丽楼、南蓉大酒店等。道路两侧存在密集的电力、电信、雨水、上水、污水、燃气、路灯等地下管线管道，地下管线管道的走向与道路平行，局部斜交。西-茶区间地质从上往下地质情况为：素填土、砾质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩。正洞右线主要处于中风化、微风化花岗岩地层。本场地地下水按赋存条件主要为孔隙水及基岩裂隙水，孔隙水主要赋存在残积砾质黏性土，全风化花岗岩中，基岩裂隙水赋存于强风化及中等风化花岗岩中。地下水总的径流方向为由北向南。地下水的排泄途径主要是蒸发和径流。主要补给为大气降水及地表水渗透。由于地层的渗透性差异，基岩中的水略具承压性，基岩裂隙发育，孔隙水与裂隙水局部具连通性，岩石富水性和透水性与节理裂隙发育情况关系紧密，节理裂隙发育的不均匀性导致其富水性和透水性也不均匀。按环境类型，地层渗透性，长期浸水及干湿交替条件条件判定，地下水对钢筋混凝土结构中钢筋均具微腐蚀性。地下水位埋深1.20～9.90m，水位高程3.45～13.03m，水位变幅0.50～2.00m。2.2深孔注浆施工2.2.1注浆前的技术准备首先，要熟悉工程对象的特征，包括：工程地质特征（影响材料和工艺）、水文地质特征（影响材料、设备和工艺）、周边环境特点（影响材料和工艺）、造价和工期要求（影响设备和劳动力组织）。其次，了解浆液注入地层的方式，包括：采用中粗砂层采用超细水泥-水玻璃双液浆注浆固结的渗透扩散，动水粉细砂层溶洞采用六种共混材料注浆固结的劈裂扩散，断层破碎带采用普通水泥-水玻璃双液浆注浆加固的裂隙填充，粉细砂层中局部空洞采用普通水泥单液浆挤压填充。2.2.2深孔注浆参数（1）浆液凝胶时间：双液浆凝胶时间30sec～3min，单液浆不宜超过8h。（2）单孔单段注浆量：根据公式计算。（3）注浆分段长度：前进式分段注浆每环15m。（4）注浆终压：0.1～0.3MPa。（5）注浆速度：砂层、粉质粘性土20～40L/min，砂砾石40～60L/min，断层破碎带60～120L/min。注浆参数主要根据地层实际情况进行试验确认，并在现场施工中不断完善调整，注浆过程中结合注浆压力变化情况，现场动态调整优化注浆参数。2.2.3深孔注浆工艺深孔注浆工艺具体过程是：首先采用水平地质钻机成孔，开孔后安装孔口管，在孔口管内分段向前钻注施工。每一循环进尺控制在15m，注浆后开挖12m，留3m不开挖作下一循环的止水岩盘。2.2.4注浆孔间排距注浆孔的布置目的是为了使浆液扩散范围相互重叠，不出现漏注区。本工程应用中，注浆孔布置由工作面向开挖方向呈辐射状，钻孔均匀布置成圆形圈，保证注浆充分，不留死角，浆液扩散半径1.5m，现场施工根据地质情况具体布置钻孔。2.3深孔注浆效果的检验深孔注浆完成后，在隧道正式开挖前，需进行钻芯取样测定抗压强度，加固后的土体强度需达到1.5MPa以上；如未达要求，需补充注浆。注浆加固后的掌子面经观测可以看到，掌子面不仅没有出现渗漏水情况，土体的强度也大大增加，必须采用风镐进行破除开挖。3、总结由于本区间隧道埋深7.5m～11m，属于浅埋深隧道，隧道主要穿越淤泥质粉质粘土、粉质黏土、砂层、全、强、中、微风化花岗片麻和全、中、强、中、微风化混合花岗岩。其中DK2+566~DK2+600，范围内为沙砾层段，隧道下穿该段极易造成涌砂和地表沉降等事故，故此段地表需要采用袖阀管深孔注浆加固、止水措施，注浆长度达34m，注浆体积308m3。顶部加固至隧道开挖轮廓线外3m，两侧加固至隧道开挖轮廓线外3m，底部加固至砂层下1.0m。通过水泥-水玻璃深孔注浆工艺在本隧道的施工实践，较好地解决了城市浅埋暗挖隧道安全施工问题。西-茶区间DK2+910~DK2+980段通过采用深孔注浆，不仅施工进度大大提高，而且从来没有出现一次涌水塌方事故，周边建（构）筑物沉降也在设计允许范围之内。因其浆液所具有的特点，可以较好地解决隧道开挖通过后地表持续下沉、注浆液体固化收缩引起的沉降、地下水位偏高时浆液无法扩散等问题；同时注浆后无需等强即可开挖作业，加快了施工进度。参考文献：[1]王暖堂,陈瑞阳,谢管.城市地铁复杂洞群浅埋暗挖法施工技术[J].岩土力学,2002,23(2):208-212.[2]胡元芳.小线间距城市双线隧道围岩稳定性分析[J].岩石力学与工程学报,2002,21(9):1335~1338.[3]全学让,薛模美.水平旋喷桩在深圳地铁区间隧道施工中的应用[J].现代隧道技术,2003,40(3).