砂卵石地層穿越環島橋施工技術

中鐵十六局集團地鐵工程有限公司 北京 100024

摘要：城市地鐵穿越既有鐵路、橋梁等既有建構筑物實例屢見不鮮，形成諸多的特級風險源、一級風險源。各風險源所處地理位置、地質情況、環境因素等又不盡相同。如何安全順利的通過這些風險源，是擺在建設者面前的重大課題。本文結合北京軌道交通昌平線二期采用淺埋暗挖法在砂卵石地質條件下穿越西關環島橋一級風險源時，采取地面注漿+洞內深孔注漿施工工藝取得的較好效果，總結了應用地面注漿+洞內深孔注漿施工工藝在砂卵石地層中成功穿越風險源的施工經驗。

關鍵詞：地鐵；風險源；砂卵石地層；深孔注漿

0引言

隨著城市地鐵的不斷延伸和發展，很多地鐵線路的設計無法避開既有地鐵線路、鐵路、河流、立交橋、居民樓、管線等各種地上、地下建構筑物。為了保證新建地鐵線路在土建施工階段的施工安全及通過各種建構筑物時的安全，施工前必須采取一些技術措施對土體進行有效的加固處理。如不能因地制宜的選用超前加固技術，造成加固效果不佳，極易造成人員傷亡及重大財產損失，甚至會造成影響惡劣的社會事件。

北京軌道交通昌平線二期地鐵下穿位于昌平城區西部的西關環島橋，此橋是連接G6（京藏高速）、G7（京新高速）、國道110和昌平區政府街、西關路的交通樞紐，長期承擔繁重的客運、貨運交通任務。自2011年橋體大修之后，橋體本身因時間及車流量大、載重量大的原因產生了大量裂縫。

本文結合淺埋暗挖法隧道下穿西關環島橋采取的地上及洞內措施的成功應用，對類似工程有一定的指導和借鑒作用。

1 工程概況

昌平線二期線路所穿越該西關環島橋段地層為砂卵石地層，豎井開挖時曾揭露粒徑超過1m的大粒徑塊石。在復雜的地質情況進行暗挖施工本身就存在極大的風險，如何安全穿越西關環島成為本工程的重點。西關環島橋與隧道位置見圖1。

昌平線二期西關環島橋所處區間采用礦山法施工，拱頂范圍大多處于砂層，自穩性差，開挖時極易突然發生坍塌，并夾雜有粒徑大、分布隨機性較強的塊石。結合西關環島橋本身采用片石擴大基礎的特點，為有效的防止橋體發生不均勻沉降，同時保證隧道開挖安全，確定采取地面+洞內深孔注漿相結合的施工技術措施，分別對橋體和隧道開挖土體進行超前預加固。

2加固方案

2.1西關環島橋地層加固

區間線路里程K4+575～K4+615（40m）范圍下穿西關環島橋，地層加固采用打設孔間距1000mm的注漿孔對橋墩擴大基礎周邊進行注漿加固。加固深度從地面向下加固5m，沿橋體基礎外側5m布孔。見圖2。

2.2隧道開挖加固

加固長度為風險源里程右K3+580～右K3+605（25m）里程左K3+575～左K3+615（40m）下穿西關環島。加固范圍為隧道輪廓線外2m，注漿導管成格構型分布于掌子面內，環向間距600mm。見圖3、4。

3地面注漿加固實施

3.1注漿參數確定

根據本工程具體的地層特點，通過對試驗數據分析研究，確定如下地面注漿參數：

⑴.漿液擴散半徑 R=0.5m；

⑵.注漿壓力：0.3～0.5Mpa；

⑶.注漿速率：60L～70L/min；

⑷.注漿漿液濃度：水泥漿水灰比為1：1，水波璃濃度為20-25波鎂度，水泥漿和水玻璃的體積比為1：1。

3.2注漿施工工藝

⑴.施工工藝流程見下圖5。

圖5 地面深孔注漿流程圖

⑵.注漿采用注漿量和注漿壓力雙控

①.每孔注漿量需滿足理論注漿量才可停止注漿：

按加固體的體積需要量計算：

其中：Q—漿液用量（m3）；D—樁體直徑（m）；H—樁長（m）；B—損失系數，可選用0.1—0.3（該地層取0.2）

②.注漿壓力一般控制在0.3MPa，當注漿壓力超過0.3MPa時，可停止注漿；必要時可間歇式注漿，注漿過程中發現冒漿暫停注漿，孔口封堵后繼續進行注漿，但應減少壓力或加濃漿液。

4 洞內深孔注漿加固

4.1分段注漿

⑴.區間隧道加固范圍內進行深孔注漿，采用分段后退式深孔注漿與開挖的方法，每個區段為12m。具體步驟如下：

①.在隧道上臺階進行超前深孔注漿，注漿達到該區段設計注漿深度后，停止注漿；

②.待注漿漿液強度達到設計值后，開挖上導洞，進行初期支護，至距注漿加固停止處約2米處停止開挖；

③.繼續在隧道上臺階掌子面內打設導管，分段進行剩余區段的注漿加固與開挖支護，直至循環完成穿越。

4.2深孔注漿參數確定

經過對試驗數據分析，確定如下深孔注漿參數：

⑴.注漿擴散半徑：0.6～0.8米。

⑵.注漿漿液濃度：注漿漿液采用雙液漿，即A液和B（C）液的混合物，A液為稀釋后的水玻璃，B液由硫酸等化學外加劑和水組成，C液為水泥漿。水泥漿水灰比為0.5～1，水波璃濃度為20-25波鎂度，水泥漿和水玻璃的體積比為3：1（根據現場實際情況進行調整），兩種漿液在注入之前必須攪拌均勻。

⑶.注漿終壓：0.8～1MPa（根據現場實際情況進行調整）。

⑷.注漿速率：60L～70L/min。

4.3.深孔注漿實施

⑴.施工工藝流程見下圖6。

圖6 洞內深孔注漿流程圖

⑵.現場注漿實施

①.布設注漿孔位：在保證深孔注漿效果前提下，本著經濟合理的原則布設注漿孔位，環向間距1m，水平打設，梅花形布置，孔位布置見圖7、8。

圖7 洞內深孔注漿孔位布置圖

圖8 洞內加固范圍橫向布置圖

②.搭設作業平臺及設置集水坑：深孔注漿前必須在在工作面搭設施工平臺，采用鋼管腳手架、扣件、木板等搭設，為確保作業平臺安全穩固，必須設置斜撐和剪刀撐。設置集水坑主要是目的是為了文明施工，及時將集水坑中污水經沉淀后用水泵排到地面。

③.鉆孔：注漿孔采用水平鉆機打設，此種鉆機鉆桿可進行360度調整，每循環深孔注漿長度為12m，確保成孔的水平度。當鉆孔受阻時，可就近調整孔位，重新鉆孔。

④.深孔注漿：采用二重管噴射式注漿，用注漿泵將A、B液分別壓入外管和內管，A、B液在端頭混合室內混合，通過濾網后在水平方向噴射，漿液滲透到地層中，注漿過程中嚴格控制注漿壓力和注漿量。

⑤.注漿效果檢查：深孔注漿施工完成后，在注漿體內進行鉆孔，通過壓水、抽水等方法檢查土層的流量及滲透情況，不合格的需進行補充注漿。檢查孔的數量一般為總孔數的5-10%。

4.4現場加固效果

深孔注漿完成后，首先對隧道開挖面進行了超前探測，注漿達到預期效果后進行開挖，開挖過程中，揭露出的地層顯示加固效果良好，漿脈明顯，達到了預定目標（見圖9）。

圖9 洞內加固效果圖

5 結語

下穿西關環島橋施工開始至工程完成，地表累計沉降值為4.9mm，最大沉降速率為0.3mm/d，雙控指標均未超過設計容許值，完全滿足了設計的地表累計沉降值不大于10mm的沉降控制值要求。通過地表注漿及洞內深孔注漿的實施，成功穿越西關環島橋，保證了隧道開挖面及西關環島橋的安全。為日后類似隧道穿越特級、一級風險源積累了成功的經驗和提供有益的借鑒。

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