北京地鐵暗挖隧道全斷面注漿加固技術

張鵬飛 璩繼立

1 工程概況

北京地鐵十號線二期車道溝站—長春橋站區間(車—長區間)位于京密引水渠西岸，區間由車道溝站出發，沿藍靛廠南路及路西新建綠地，向北經遠大南一街丁字路口到達長春橋站。本區間分別采用盾構法及礦山法施工，在線位上設一座施工豎井兼盾構工作井，區間在車道溝站—豎井段采用礦山法暗挖施工。

本工程位于新建的城市綠化帶下方，隧道頂覆土深度 11m～14m，地表起伏不平整，與周邊自然地面高差約1m～3m，堆土時間不足 1年。

根據地質勘察資料，暗挖隧道位于卵石⑤層，該層密實，最大粒徑290mm，一般粒徑20mm～60mm，粒徑大于20mm顆粒約占總質量的 50%～70%，母巖成分以石英砂巖、輝綠巖、安山巖、硅質白云巖為主，礫石、中粗砂充填，局部夾粉質粘土透鏡體。

暗挖區間線路中心線間距17m～14.2m;右線線位以東有兩座高壓塔，其中右線隧道在右K 54+045～右K 54+058范圍內下穿2號高壓塔，高壓塔高約50m，高壓線為七層220 kV，高壓線走向為由西向東，經此高壓塔轉向北;東西向最底層高壓線距地面15.75m，南北向最底層高壓線距地面 16.143 m。因此西側基礎受力最大，此基礎距離隧道外皮最近，風險等級為一級，如圖 1所示。

2 注漿設計

根據設計要求，右線在暗挖掘進到 2號高壓塔全斷面注漿界面前封閉掌子面，施作止漿墻，然后打設φ42注漿管，根據專家建議:采用專業鉆孔機械成孔，一次性打設35m，將2號高壓塔35m加密區一次注漿完成，減少封閉掌子面次數。注漿范圍為開挖斷面至開挖輪廓線外 3m。注漿加固示意圖見圖 2，圖 3。

2.1 漿液選擇

依據DBJ 01-96-2004地鐵暗挖隧道注漿施工技術規程，注漿材料應根據隧道所處地層條件合理選擇，其標準為:1)對于無水粗砂及砂礫(卵)石地層應選擇單液水泥漿。2)對于無水的中砂及粉細砂地層應選擇改性水玻璃漿。3)對于前期及后期強度要求很高的地層，可選擇硫鋁酸鹽水泥類(TGRM，HSC)漿。

單液水泥漿具有料源廣，價格低，結石體強度高等特點，是粗砂及砂礫層注漿的主要漿液。

酸性水玻璃具有料源廣，價格低，可注性好，凝膠時間可調，強度適宜等特點，可在無水的中、細砂層中應用。

雙液漿液具有料源廣，價格適宜，凝膠時間易調，結石體強度較高等特點，是在有水條件下粗砂及砂礫地層中堵水和加固地層的主要漿液。

硫鋁酸鹽類水泥漿材是一種新型的注漿材料，它具有早強，高強和耐久性好，凝膠時間可調等特點，可在對強度有特殊要求的地段使用。

根據風險源加固區對強度的要求及專家建議，選用快硬硫鋁酸鹽水泥漿，注漿壓力隨深度增加而加大，孔口時壓力為0.3MPa～0.5MPa，35m深時壓力可達到1.0MPa～2.0 MPa，加固后的土體應有良好的均勻性和自立性，其無側限抗壓強度0.5MPa～0.8MPa。

2.2 漿液參數

原材料:TGRM，HSC水泥，新鮮，按要求的凝膠時間配制。

配合比:水灰比為0.8∶1～1.2∶1。

硫鋁酸鹽水泥漿配制應在攪拌機內進行，先放入一定量的水，在高速攪拌的情況下放入一定量的水泥，攪拌5m in。

3 注漿施工

右線在上臺階暗挖掘進到 2號高壓塔全斷面注漿界面(右K 54+70.552)處時，將上臺階掌子面封閉，掛網堆噴2m厚C20混凝土作為上斷面止漿墻，然后搭設注漿工作平臺，按全斷面注漿孔開孔布置圖測量放線、標注鉆孔位置，將鉆機就位固定。開鉆φ150mm，深1.8m孔口管孔，安設并錨固2m長孔口管，孔口管上纏麻絲，并安裝高壓防水球閥。配制漿液并分段鉆孔注漿，直至設計深度。所有注漿孔注漿結束后鉆檢查孔檢查注漿效果，若注漿結果滿足要求則注漿完成，若不滿足要求，應根據情況再鉆孔補注。

3.1 施工止漿墻

當上臺階開挖至右K 54+70.552時，封閉上斷面，在上斷面掌子面掛一層 φ6.5@150×150鋼筋網片，然后由下向上蛇形堆噴C20混凝土至2m厚。

3.2 安裝孔口管

施工完止漿墻后，在止漿墻上按布孔圖測量放線、標注鉆孔位置，然后在孔位上按設計角度開鉆至深 1.8m后，安設孔口管，孔口管采用φ150mm，δ=4.5mm，L=2m熱軋無縫鋼管。孔口管前端焊接法蘭盤并安裝高壓防水球閥，安裝孔口管時，在孔口段纏麻絲封孔50 cm，并在表面壓抹快凝水泥砂漿，然后將孔口管快速壓入孔內，用 2根 2m長φ22螺紋鋼筋與外露孔口管焊接牢固，以增加孔口管的抗拔性。

3.3 鉆孔及注漿

根據地質報告及前段隧道開挖地質實際情況，確定采用分段注漿方式，分外、中、內三圈布置注漿孔，深度分別為 15m，25m，35m。施工完孔口管后，采用TDL100B高風壓液壓潛孔鉆機，由孔口管內繼續鉆進。該鉆機鉆頭為組合鉆頭，由內、外鉆頭組成，外鉆頭外徑120mm，鉆孔時，以內鉆鉆進為主，外鉆鉆進為輔，外鉆帶動護孔鋼管以防止注漿孔塌孔，待鉆至設計深度后，先將鉆桿連同內鉆頭一起退出，然后在護孔管內插入相應長度的注漿管，最后將護孔管及外鉆頭退出孔內，封閉孔口管進行注漿。注漿過程中，壓力逐漸上升，流量逐漸減少，當壓力達到注漿終壓，注漿量達到設計注漿量的 80%以上，可結束該孔注漿;注漿壓力未能達到設計終壓，注漿量已達到設計注漿量，并無漏漿現象，亦可結束該孔注漿。當所有注漿孔均達到注漿結束標準，無漏注現象，即可結束本循環注漿。

先施工最外圈注漿孔，深度 15m，按前述方法鉆孔完成后，配制漿液并對該孔進行注漿至達到注漿結束要求;重復上述操作至完成外圈所有注漿孔注漿。然后施工第二圈注漿孔，深度 25m，注漿管在端頭 10m內留設注漿孔。最后施工最內圈注漿孔，深度35m，注漿管在端頭10m內留設注漿孔。

全斷面注漿分為兩個階段注漿:

第一階段:施作上半斷面注漿，共22個注漿孔;

第二階段:施作下半斷面注漿，共 14個注漿孔。注漿孔布置如圖 4所示。

鉆孔注漿順序采用由外向內，由下向上間隔跳孔的原則，每次隔孔 1個～2個孔。注漿孔分 3圈，環向間距為 1m，第一圈距隧道開挖輪廓線 30 cm，第二圈與第一圈、第三圈與第二圈間距均為50 cm。

如圖 5，圖 6所示，三排注漿孔打設角度分別為 9°，6°，5°，沿隧道縱向打設深度分別為15m，25m，35m，沿隧道法向打設深度為2m，高壓下漿液擴散半徑1m～1.5m。

注漿加固后理論效果如圖 7所示，滿足設計給定隧道輪廓線外3m加固范圍的要求。

上斷面注漿結束后，將下臺階開挖至上斷面止漿墻處，掛網堆噴 2m厚 C20混凝土，然后按上斷面注漿流程施工下斷面注漿。

4 實際效果

暗挖施工過程中，對 2號高壓塔四個獨立基礎每天進行監測，在全斷面注漿施工前，高壓塔基礎最大沉降值為3.27mm，最大差異沉降為2.2mm;注漿施工過程中，因注漿存在一定壓力，基礎最大隆起3.21mm;高壓塔下隧道開挖完成且穩定后，基礎最大沉降值為6.49mm，最大差異沉降為2.34mm，完全滿足專家提出的最大沉降10mm，最大差異沉降5mm控制目標，注漿加固效果良好。

5 體會

1)鉆孔施工時，必須安裝孔口管以準確控制鉆孔角度，并可通過止漿閥避免漏漿情況發生;2)注漿深度較深時，應采取由外向內分段注漿的施工方法，已施工的外注漿段對后施工的內段注漿有很好的止漿效果;3)快硬硫鋁酸鹽水泥雖比普通水泥成本高，但對于風險較大、對前期及后期強度要求很高的地層，加固效果良好。

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