水平導向高壓噴射注漿技術在飽和砂層中的應用

郭 峰 ，吳會杰

(河南省地礦局第一地質工程院，河南鄭州 450001)

水平導向高壓噴射注漿技術在飽和砂層中的應用

郭 峰 ，吳會杰

(河南省地礦局第一地質工程院，河南鄭州 450001)

以北京地鐵14號線將臺路站飽和粉細砂～中粗砂層暗挖通道為例，闡述了水平導向高壓噴射注漿工法在飽和粉細砂層地鐵修建中的應用。實踐證明，該方法既能規避不安全環境，又能有效起到止水效果，為同類項目施工提供了借鑒作用。

北京地鐵;飽和砂層;水平導向鉆進;高壓噴射注漿;止水

0 引言

飽和的粉細砂層因其地層松散、無粘聚力、無自穩性、呈流塑狀等特點，在地鐵或隧道修建中極易發生涌水、流砂、塌方等災害性事故，被譽為巖土工程界的難題。在北京地鐵14號線將臺路站暗挖通道施工中，遇飽和粉細砂～中粗砂層，采用水平導向高壓噴射注漿技術對圍巖進行預先加固和止水，使暗挖施工得以順利完成。

1 工程概況

北京地鐵14號線將臺路站暗挖通道斷面寬度18.1 m，施工段長度36 m，覆土層厚度約9.0 m，開挖輪廓線上覆各類管線8條，其中2條污水管及2條雨水管分別距離開挖線2.3和4.0 m。設計采用PBA逆作法施工，環境安全等級為二級，暗挖地層除仰拱位于粉質粘土層外均處于飽和粉細砂～中粗砂層，施工區域水位處于潛水層，底板以下0.7 m即為承壓水位。為確保開挖環境安全及有效止水，采取水平導向高壓噴射注漿技術進行注漿加固。

2 水平導向高壓噴射注漿工法概述

水平導向高壓噴射注漿工法首先通過水平鉆機打設注漿孔，注漿孔在打設過程中通過安裝在鉆頭體的探棒將打設數據傳輸到操作臺的顯示屏上，作業人員根據顯示屏數據可對鉆孔上下、左右角度進行調整，從而確保打設精度，有效規避周圍管線。注漿孔打設完成后退出鉆具，改換帶噴嘴的鉆頭送到預定深度后以大于30 MPa壓力將拌制好的漿液高速噴出，噴射出的漿液在高壓切削土體的同時，鉆具以15～20 r/min旋轉退出，高壓噴出的漿液同周圍土體固結后形成密閉的高強圍巖體，從而起到有效的帷幕止水及拱殼保護效應。

3 高壓噴射注漿設計

3.1 注漿孔位布設

沿開挖輪廓線外放30 cm布設一環高壓噴射注漿孔(拱部及側墻)，孔間距設為35 cm，注漿擴散半徑25 cm(實際可達27.5 cm)，注漿咬合間距15 cm，左右每個導洞各設置40個孔，中洞上部設置39個孔，累計設計高壓噴射注漿孔109個，具體詳見圖1。

3.2 高壓噴射注漿參數設置

注漿壓力≥30 MPa;水泥單液漿水灰比1～1.2;噴射注漿轉速15～20 r/min;噴射注漿半徑25 cm;設計角度0°，控制精度5‰;初始咬合間距15cm，終孔咬合間距12 cm。

圖1 高壓噴射注漿布孔圖

3.3 噴漿量計算

Q=π〔(R－r)2h1K+r2(h1+h2)〕(1+β)α

式中:Q——設計噴漿量，m3;R——噴射半徑，m; r——鉆孔半徑，m;h1——噴射注漿段長度，m; h2——未噴漿段長度，取1～1.5 m;K——填充率，0.75～0.9;β——漿液損失系數，0.15～0.25;α——修正系數，1.1～1.2。

經計算，該項目單孔噴漿量Q≥5.2 m3。

4 施工技術

4.1 布孔及開孔

孔位布設嚴格按照設計布孔圖進行孔位標示，誤差控制在2 cm內。采取133 mm開孔器開孔，開孔角度誤差控制在5%。

4.2 注漿孔打設

鉆孔采用GD－100A型水平鉆機膨潤土循環液鉆進，打設角度采用ECLIPSE導向儀進行量測調控，鉆具使用73 mm鉆桿及專制導向鉆頭(見圖2)。

圖2 73 mm鉆桿及專制導向鉆頭

4.3 高壓噴射注漿

4.3.1 送入噴頭體

圖3 導向鉆頭和噴頭體

4.3.2 漿液拌制

漿液拌制前應用清水將拌漿桶沖洗干凈;漿液拌制時要按照預定水灰比(1～1.2)進行拌制，確保拌制時間≮3 min;拌制好的漿液通過污水泵抽入儲漿桶時要采用不大于20目濾網進行雙層過濾。

4.3.3 開始噴射注漿

前臺、后臺互通信息確認均已準備就緒即可開始高壓注漿，高壓噴射注漿時后臺首先穩步將壓力調至30 MPa，并記錄高壓泵轉速(500～800 r/min)與以往施工參數對照(轉速與壓力、噴嘴大小、流量有關);前臺以15 r/min轉速持續1～3 min，待后臺壓力穩定后即可開始噴漿退鉆。

4.3.4 接續噴出

每噴完一根鉆具應先通知后臺停噴、泄壓后方可卸管，在接續噴射注漿時要首先進尺0.5 m后方可通知后臺施噴，待后臺高壓泵壓力達到預定壓力且穩定狀態下方可退鉆噴射注漿。在正常噴射注漿過程中始終以15～20 r/min旋轉及15～20 cm/min退鉆。

4.3.5 終孔封堵

噴射注漿距掌子面1～1.5 m時應立即停噴，將事先準備好的棉布、麻絲等沿鉆具捅入注漿孔內，捅入深度≮1 m。封堵完成后注入循環液或清水，注入時間一般1～2 min，壓力控制在5～10 MPa。封堵時間達到20 min后即可退出鉆具進行清洗，如溢漿嚴重可采取二次封堵。

4.4 噴漿后清洗工作

后臺每噴漿完成一個孔后應立即清洗高壓泵、拌漿桶及溢漿通道，確保無漿液殘渣后做好設備保護以備用。前臺噴漿完成后立即清洗鉆具及機臺溢漿等，確保鉆具清洗徹底后開始移動鉆機至下一孔打設。

5 常見問題及處理措施

5.1 飽和粉細砂層易出現抱鉆

首先采用鈉基膨潤土循環液或有機循環液鉆進，還要密切關注操作臺扭矩壓力表，當壓力達到極限值80%或驟然上升時應立即停止進尺，待反復回拖至安全狀態后方可持續進尺;如涌水量很大或有較小的水壓時應先進行孔口注漿或前進式注漿至1.5 m后再進行鉆孔(此時應注化學漿或水泥－水玻璃雙液漿)。

5.2 打鉆過程中涌砂量較大

打鉆時通過增大循環液密度，快速進尺控制出砂量;當涌砂量較大且無法控制時應立即停鉆，改換噴頭體后立即進行高壓噴射注漿，此時根據情況可采取間歇性或反復性低壓滲透注漿;注漿完成后可重新進行鉆孔接續進尺。

5.3 噴射注漿時壓力驟然升高

噴漿前攪漿桶、儲漿桶的清潔及漿液過濾是關鍵，噴漿后高壓泵清洗及鉆具沖洗徹底是預防壓力驟然升高的前提。另外泵工應密切關注高壓泵流量及壓力數值，當壓力驟然升高時立即關閉流量、打開泄壓閥。

5.4 噴射注漿過程中孔內憋壓

對整體出現的情況可通過調整漿液配比、改變噴嘴大小及控制流量等措施處理;當單孔出現孔內憋壓時應立即停噴并打水后退，待孔口溢漿后再接續噴出，另外在高壓噴射注漿前分段進行一次低濃度循環液洗孔也是防止憋壓的有效措施。

6 注漿效果檢驗

6.1 三維效果圖模擬

根據打設過程中提供的打設參數進行三維效果模擬，效果圖顯示，30 m前除起拱線處沒有完全咬合外，其余位置咬合較為理想，30 m后咬合不夠完全(但沒有影響開挖)，后在起拱線處各補打1個孔進行高壓噴射注漿。

6.2 探測孔檢測

高壓噴射注漿完成后，在左右導洞各打設探測孔1個，打鉆過程中未出現明顯的抱鉆，未出現涌水、涌砂現象，后安裝泄水孔進行泄水，水流量＜15 L/min，達到預期效果。

7 結語

該項目高壓噴射注漿加固段已全部挖通，整體未出現較大的涌水、涌砂現象，周圍環境未受到較大影響，僅在30 m后的不完全咬合段部分配合超前小導管補注漿進行加固，整體加固效果較為理想。飽和粉細砂通過高壓噴射注漿進行超前加固取得了較好的效果，并對出現的問題進行了總結，為今后的類似項目處理提供了參考。

［1］王夢恕，等.中國隧道及地下工程修建技術［M］.北京:人民交通出版社，2010.

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［4］龔曉南.地基處理技術發展與展望［M］.北京:中國水利水電出版社，2004.

［5］葉觀寶.地基加固新技術［M］.北京:機械工業出版社，2004.

［6］祝龍根，劉利民，耿乃興.地基基礎測試新技術［M］.北京:機械工業出版社，2003.

［7］崔雙利.高壓旋噴注漿技術在基坑擋土墻工程中的應用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(2).

Application of Horizontal Oriented High－pressure Jet Grouting in Saturated Sand-layer

GUO Feng，WU Hui-jie (No.1 Geo-engineering Institute，Henan Provincial Bureau of Geo-exploration and Mineral Development，Zhengzhou Henan 450001，China)

Taking the example of underground channels of 14－line in Beijing subway in saturated fine sand-medium sand layer，the paper illustrated the application of horizon-oriented high pressure jet grouting method in the subway construction in saturated fine sand-medium sand layer.The practice shows that this method can not only avoid unsafe conditions，but also can stop water.

Beijing subway;saturated sand layer;horizon-oriented drilling;high-pressure jet grouting;water stop

TU94+3.2

A

1672－7428(2012)08－0079－03

2012－02－18;

2012－05－14

郭峰(1975－)，男(漢族)，河南駐馬店人，河南省地礦局第一地質工程院工程師、國家注冊一級建造師、注冊造價師，巖土工程專業，從事地基與基礎、地質災害防治及地下巖土工程工作，河南省鄭州市高新區科學大道81號8層，307982880@qq.com。