組合注漿施工技術在電力隧道穿越老舊民房施工中的應用

彭 峰，孔 恒，于 良

(1.北京交通大學，北京 100044;2.北京市政建設集團有限責任公司，北京 100045)

1 工程概況

北京市新建南苑變電站—玉泉營變電站電力隧道工程，位于北京南三環和南四環之間，隧道采用淺埋暗挖法施工，在石榴莊路至玉泉營變電站區間隧道向下穿越當地居民的老舊民房，隧道開挖輪廓線拱頂距地表房屋最近距離4.5 m，房屋沒有整體基礎，直接地表磚砌結構。按原設計施工方案，該民房需進行拆遷，但實施房屋拆遷需要較高的費用和較長的時間，為解決此項問題，參建各方進行專項技術討論，決定先采用深孔注漿工藝在隧道內超前加固地層，再進行隧道開挖施工的方案，暗挖下穿該段民房。這個方案雖然能節省時間和省去大量的拆遷費用，但對隧道內超前預注漿的效果提出了很高的要求，即要求實現隧道開挖施工穿越后，隧道上方地表及房屋能達到“零沉降”的要求。房屋照片及隧道斷面尺寸與房屋位置關系如圖1和圖2。

圖1 老舊房屋照片

圖2 隧道尺寸及隧道與房屋位置關系

2 工程地質

該段穿越民房的隧道埋深4～5 m，從地表向下地層依次共分為三層，第一層為人工堆積層，含房渣土層、粉土填土層，第二層為新近沉積層，含粉質黏土～黏質粉土、粉砂、細沙、卵石，第三層為一般第四紀沉積地層，含粉質黏土層、粉細砂層、中粉質黏土層、卵石層。隧道基本位于第二層的卵石層內，地層自穩能力差，隧道拱頂上方土體的下沉不易控制。所以必須選用最合適的注漿工藝和方法，達到最佳的注漿效果，才能滿足工程要求。

3 注漿加固工藝比選及確定

本注漿工程對地層加固效果要求的特點是:①地表房屋要實現“零沉降”，這就要求加固后的地層土體強度高。②注漿漿液必須是永久凝固，不能因漿液后期分解而出現隧道下穿通過后地表持續緩慢下沉的情況。③施工工期緊，注漿工藝必須是簡單易行、快速施作。④注漿工藝實施的造價不高。

目前，在國內地下工程中水平深孔注漿加固施工(垂直注漿除外)主要采用四種注漿工藝進行施工，分別是雙重管注漿工藝(也稱WSS工藝)、水平旋噴注漿工藝、水平袖閥管注漿工藝、TGRM前進式注漿工藝。

1)雙重管注漿工藝(WSS)。雙重管注漿技術是采用雙重管鉆機鉆孔至預定深度后從中空的鉆桿內進行后退式注漿，注漿材料采用水泥—水玻璃雙液漿或改性水玻璃漿。該工法的優點是實現了長距離的深孔注漿，相對于傳統的小導管注漿工藝擴大了注漿加固范圍。缺點是該工藝僅能使用含速凝材料的水泥—水玻璃雙液漿或改性水玻璃漿，液漿固結體的有效強度只能維持在二周左右，二周后漿液將分散流失，在隧道壁上出現白色掛漿固體，所以雙重管注漿只適合于對注漿加固效果要求時間不長的臨時性注漿加固，不適用于對沉降要求較高的穿越構筑物加固項目。

2)水平旋噴注漿工藝。水平旋噴注漿是在豎直旋噴注漿工藝基礎上發展而來的一種注漿工藝，其原理是漿液在高壓作用下(20 MPa以上)剪切置換地層，在隧道前方形成漿土加固混合體。水平旋噴注漿的優點是加固效果直觀、漿液固結體強度高，缺點是僅能適用軟土地層，注漿工作壓力很高，對地層剪切破壞嚴重，漿液回流損失率高(40%以上)，施工成本較高，施工環境不好，容易產生地表隆起。

3)水平袖閥管注漿工藝。水平袖閥管注漿是一種“精細”的注漿方法，工序是先施作袖閥管，在袖閥管內插入止漿塞(水囊、氣囊或皮碗式)進行分段注漿。水平袖閥管注漿的優點是能實現真正意義上的定域、定壓、定量、往復精細注漿，注漿施工質量有保證。缺點是施工成本相對較高和施工速度較慢，一般僅在特別困難的地層或有特別重大風險源的注漿加固工程中推薦采用。

4)TGRM分段前進式超前深孔注漿工藝。TGRM分段前進式超前深孔注漿工藝是鉆、注交替作業的一種注漿方式，即在施工中，實施鉆一段、注一段，再鉆一段、再注一段的鉆、注交替方式進行鉆孔注漿施工。每次鉆孔注漿分段長度2～3 m。止漿方式采用孔口管法蘭盤止漿。該工藝的特點是使用特定的灌漿材料，工藝簡單、施工速度快、效率高，施工成本相對較低且注入的漿液為永久加固，漿液不分解。

5)組合注漿工藝的確定。綜合本工程對注漿效果的要求和分析以上四種注漿工藝的特點及成本、工期等綜合因素，決定采用以TGRM前進式深孔注漿工藝為主，袖閥管注漿工藝進行補充加固為輔的組合注漿施工技術，確保注漿效果和隧道穿越民房時的絕對安全。

TGRM前進式分段注漿施工工藝模式如圖3。袖閥管注漿施工工藝模式如圖4。

圖3 TGRM前進式分段注漿施工工藝模式

圖4 袖閥管注漿施工工藝模式

4 TGRM注漿材料的特點

本工程選用的注漿材料是TGRM水泥漿，漿液配比在(0.8～1.2)∶1.0之間，TGRM特種灌漿材料具有如下特性:

1)早強性。在水灰比1∶1的使用條件下，漿液的初凝時間為20 min，30 min后漿液固結的強度可達到0.3 MPa，2 h的強度可達到 2 MPa，24 h的強度可達到10 MPa以上，使隧道被注漿加固后，不需要等待漿液凝固即可實現開挖施工，與普通水泥漿相比，提高了施工效率。

2)耐久性。TGRM注漿材料主要成分為P.O52.5水泥，外加多種特種外加劑組成，為永久性注漿加固漿材，漿塊與混凝土塊耐久性相當，可滿足工程100年的使用壽命要求。與水泥—水玻璃雙液漿相比，即達到了雙液漿早期凝固的要求，又解決了雙液漿沒有耐久性的問題。

3)微膨脹性。與一般漿液凝結固化體積收縮相比，TGRM漿液在注入地層固化的過程中漿塊具有1%～2%的膨脹率，能有效填補鉆孔注漿施工過程中對土體的擾動而引起的隧道圍巖變形。

4)可開發性。經過近幾年的發展，針對不同地層TGRM灌漿料開發出了系列產品，如:針對地下水豐富地層注漿施工的防水型、粉細砂層的超細型、疏松地層的發泡型及普通早強型。

5)綜合性。TGRM漿液同時具有早強性和耐久性的特點，既解決了雙液漿早強但不耐久的缺點，也解決了普通水泥漿液擴散無法有效控制、在固化時漿塊收縮、注漿后的隧道開挖施工需等待等問題。

6)TGRM漿與普通水泥漿、水泥—水玻璃雙液漿室內試驗，漿液性能結果如表1所示。

表1 漿液性能試驗結果

5 注漿參數設計

1)注漿加固范圍見圖5。由于要求注漿加固效果達到隧道開挖過后，地表實現“零沉降”的目標，結合類似工程經驗，確定全斷面超前預注漿的加固范圍為隧道開挖輪廓線外2 m，隧道前進方向加固循環長度為14 m，開挖12 m，預留2 m作為止漿巖盤。

2)TGRM注漿工藝孔位布孔方式采用圓形布孔法，每循環共布置2圈，共計24根，鉆孔角度呈放射狀。袖閥管注漿工藝孔位布孔方式采用沿拱頂呈弧形布置，終孔時的孔間距60 cm，孔位布置如圖6、圖7所示，其中A、B孔序為TGRM分段前進式深孔注漿孔，C孔序為袖閥管注漿孔。

3)注漿參數。注漿材料采用TGRM特種水泥漿，漿液的水灰比為(0.8～1.2)∶1.0，袖閥管的套殼料采用普通水泥與普通膨潤土參配，配合比為水泥∶膨潤土∶水 =1∶2∶3，其他參數詳見表 2。

圖5 注漿加固范圍示意(單位:mm)

圖6 開孔位置布置

圖7 終孔交圈(單位:mm)

表2 注漿參數

6 組合注漿施工工藝施作過程

本段電力隧道注漿施工自2009年5月20日開始，到2009年6月26日結束，歷經37 d，共完成3個循環40 m的注漿施工任務，其中每循環注漿施工時間在4～5 d，其余為工序交換、開挖支護等時間。具體的注漿加固施工工藝和過程如下。

1)施作止漿墻。止漿墻采用噴射C30混凝土，厚度30 cm，施作止漿墻時一次性噴射成型并確保混凝土止漿墻的強度及注漿施工質量。

2)先進行TGRM前進式注漿施工。注漿孔采用MDZ-5S鉆機成孔，鉆孔后安設φ 108 mm孔口管，孔口管長度80 cm，孔口管裝入土層內60 cm，外露20 cm，再進行前進式分段深孔注漿。

3)前進式深孔注漿的施作順序。前進式注漿孔的施作順序基本上按以下原則進行:①跳孔施作(也稱兩序孔作業)。注漿孔的施作要求跳孔進行，即先施作奇數孔，然后再施作偶數孔。這種施作順序既能較好地控制注漿區域，保證注漿效果，又能節省漿液的用量。②發散型注漿。即注漿按B圈→A圈原則進行。③充分考慮北京地下水流動因素的影響，注漿順序按由下到上、由北到南進行。

4)袖閥管注漿工藝補強施工。① 先進行注漿孔的成孔施工，如果地層有一定的直立性，成孔工藝使用潛孔錘成孔再下入袖閥管即可。如地層沒有直立性則需使用套管鉆機成孔。本工程采用的是潛孔錘成孔工藝。② 袖閥管注漿工藝施工采用“注一遍套殼料、二遍漿液”的注漿方法，順序為:先注套殼料—注TGRM漿(水灰比為 0.8∶1.0)—再注 TGRM漿(水灰比為1.2∶1.0)。

7 結語

1)監控量測顯示，隧道穿越房屋后，房屋下沉達到了“零沉降”的要求，量測結果見圖8所示，監測波動值均在±3 mm以內，認為基本是由于光學監測儀器誤差造成的，地表房屋沒有實質性的沉降。說明注漿施工達到了預期的效果，注漿施工工藝及方案選擇合理。

圖8 監控量測數據統計表

2)在修建地下工程過程中，如果選擇合適的注漿施工方法穿越地表既有構造物，就能避免工程建設中拆遷工作的困擾與麻煩，大大節省工程費用。

3)在類似工程中，如果注漿加固的地層更為復雜，注漿要求到達的效果更高，則可通過增加袖閥管注漿孔的數量，增加單孔袖閥管往復注漿次數的方法，進一步提高注漿施工的質量。

4)每項注漿工程都有特定的工程地質條件和注漿施作條件，并且注漿施工所要達到的效果和目的也都不盡相同，所以注漿工藝的選擇一定要具有針對性的。有的項目是選擇一種注漿工藝，有的項目需要多種注漿工藝組合進行才能達到預期的注漿效果。筆者多年從事注漿工程項目的施工與注漿工藝研究，經歷各種注漿工程已達百余項，還沒有出現注漿施工方案完全相同的工程項目，這說明了如果注漿施工方案不經專家進行論證，僅以一種注漿施工工藝“包打天下”的注漿施工方法是不可取的，盲目的注漿施工對工程本身的安全是巨大的威脅，選擇不恰當的注漿方案可能是在創造工程風險而不是消除工程風險。

［1］孔恒，彭峰.分段前進式超前深孔注漿地層預加固技術［J］.市政技術，2008，26(6):483-486.

［2］張民慶，彭峰.地下工程注漿技術［M］.北京:地質出版社，2008.

［3］宋新杰，高強.鐵路隧道大型溶腔注漿加固施工技術［J］.鐵道建筑，2007(4):57-59.

［4］北京市政建設集團有限責任公司，北京中鐵瑞威基礎工程有限公司.TGRM分段前進式超前深孔注漿施工工藝［P］.中國:200810117217，2008.