洞內前進式分段注漿施工技術在盾構區間端頭加固中的應用

楊勇

摘要：深圳市地鐵9號線某盾構區間接收端地面上方有雨水箱涵等管線，隧道頂部存在砂層，為確保盾構安全到達接收，需采取有效的端頭加固措施。文章介紹了洞內前進式分段注漿技術在盾構區間端頭加固中的應用。

關鍵詞：前進式分段注漿；盾構區間；端頭加固；地鐵施工；城市軌道交通 文獻標識碼：A

中圖分類號：U457 文章編號：1009-2374（2016）08-0093-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.048

隨著城市軌道交通的發展，盾構施工應用越來越廣泛。盾構始發與接收是盾構施工過程中工程風險最大的環節之一。特別是在盾構進出洞施工過程中，最容易發生工程事故，并且多是較為嚴重的事故。端頭加固是確保盾構順利始發、安全到達的關鍵工序，采用合理的端頭土體加固施工工法，其加固效果尤為重要。傳統的端頭加固方案為地面加固，當地面加固受道路、管線等影響不能正常實施時，洞內水平注漿就是一種較好的替代方法。目前，端頭采用水平加固方案應用較多，深圳、廣州等各地均有成功經驗。

1 工程概況

深圳市地鐵9號線梅景站～下梅林站區間隧道位于梅林路下方，采用盾構法施工。下梅林站為盾構接收端，位于梅林路與梅麗路交叉口，隧道埋深約8.479m。下梅林站圍護結構為800mm連續墻，主體結構為400mm鋼筋砼疊合墻。接收井洞門范圍內的結構配筋為玻璃纖維筋。距離下梅林站連續墻6.247～8.063m有一8.7m×5.2m雙孔雨水箱涵，埋深1.12m。接收段地質從上至下依次為：<1-1>素填土、<3-4>中粗砂、<6-1>可塑狀砂（礫）質黏性土、<6-2>硬塑狀砂（礫）質黏性土。其中<3-4>中粗砂為透水不穩定地層，左右線均有不同程度的侵入洞門范圍，需要進行加固。

2 端頭加固方案比選

盾構區間端頭加固方法較多，各種方法均有不同的適應范圍及優缺點，結合本工程實例，具體比選見表1。

盾構接收端上方有雨水箱涵等重要管線不具備地面加固條件，且有<3-4>中粗砂地層，因此加固方式選用洞內水平深孔注漿。為使盾構能夠順利切割加固體，防止嚴重的涌砂、涌水現象（特別是水+砂+壓力同時存在的情況下），必須保證一定的加固體長度、寬度和高度，確保土體的止水需要。根據盾構機尺寸及地質情況計算，加固范圍為縱向11m、隧道底以下2m、隧道頂以上3m、隧道兩側2m。加固體主要覆蓋<3-4>中粗砂地層及<6-1>砂質黏性土。同時，在盾構接收前，需進行鉆芯取樣測定加固土體抗壓強度及滲水情況，加固后的土體強度需達到1.5MPa以上，滲透系數需達到0.01m/d量級，黏結力不小于50kPa，如未達要求，需補充注漿。端頭加固方案詳見圖1所示。

洞內水平注漿分前進式注漿與后退式注漿。由于加固土體中存在<3-4>中粗砂層，采用后退式注漿在鉆孔過程中容易出現塌孔現象，而前進式注漿可減少砂層塌孔風險，因此選擇前進式注漿方案，自地下連續墻側注漿加固土體。

3 洞內前進式分段注漿工藝

3.1 工藝概述

在掌子面施做止漿墻，在止漿墻上開孔安裝導向管后，在導向管內鉆孔，成孔后退出鉆桿，安裝法蘭盤及注漿管進行注漿。待漿液凝固后拆除法蘭盤，再進行鉆孔，注漿循環，直到鉆進和注漿深度達到設計要求。

3.2 布孔設計

盾構預留鋼環直徑為6.5m，沿洞門圈以環向間距0.7m布設鉆孔。由于頂部距離雨水箱涵較近且處于<3-4>中粗砂層，在洞門下方1.7m范圍內以環向間距0.35m設置加密區，并按環向間距0.6m增設9個內圈鉆孔。洞門下部布設鉆孔14個，對底部注漿加強。洞門下部鉆孔為斜孔，其余均為水平鉆孔。水平鉆孔深度為10m，斜孔以擴散至隧道結構線以下2m位置計算得出具體長度及傾角。

3.3 施工機械配備

前進式分段注漿施工設備表如表2所示：

3.4 工藝流程及施工步驟

3.4.1 施工平臺搭設。為了保證全斷面鉆孔和注漿，在洞口采用鋼管腳手架搭設作業平臺，平臺滿足鉆機和施工人員承重及高度要求，按照有關安全要求搭設護欄并掛安全網，上面滿鋪25mm以上厚度大板。

3.4.2 連續墻鉆孔。按照孔位布置圖，采用金剛石取芯器在連續墻上取芯鉆孔，玻璃纖維筋和混凝土一次性取出，孔徑108mm，取芯時按照不同部位采用不同的上揚角。

3.4.3 導向管安裝。導向管采用外徑72mm、壁厚3.5mm焊縫鋼管，長度700m，外端焊接法蘭盤，管外纏麻絲油膏，采用沖擊錘夯入孔內，法蘭盤距連續墻外表面100mm，方便拆卸連接螺絲。管外縫隙用快硬水泥塞填，要求導向管外壁和連續墻混凝土體密貼，不能漏水和冒漿。導向管大樣如圖2所示：

3.4.4 鉆進。在導向管內采用風動鑿巖鉆機進行鉆孔，鉆孔直徑50mm，一次鉆進長度2.5m，開孔時調整鉆桿適度上揚以抵消長距離鉆孔的鉆桿下垂度。左右對稱、從上部向下部進行，同時要保證鄰近區域在縱向上要錯開施工。

3.4.5 注漿。（1）注漿前的準備工作：拔出鉆桿→注漿法蘭安裝→注漿設備調試→漿液配置及注漿材料的準備→洗孔（用注漿泵向孔內注清水約10分鐘，同時測取鉆孔吸水率，以確保漿液初始濃度）；（2）注漿參數：初始漿液為水泥漿，正常后采用水泥水玻璃雙液漿。水泥漿的水灰比為1∶1，水泥水玻璃雙液漿的漿液比為1∶1～1.5∶1。注漿擴散范圍為向頂部及兩側水平方向3～5m，底部2～4m，注漿終壓為3～4MPa，達到注漿終壓后持續半小時結束注漿。

3.4.6 監測。全斷面注漿開始前，在連續墻隧道洞門上部和下部各鉆一個監測孔，采用抽芯鉆進，一直鉆到隧道另一端，取出巖樣判定，進行地質超前預探，并在孔口安裝閥門，測量出水量。第一輪注漿完成之后，再對出水量進行測量，并新鉆地質探孔對注漿效果進行判定，確認注漿已經達到加固和止水預期效果后方可破除洞門，進行隧道的開挖施工。

3.5 施工技術措施

（1）漿液配置前，對漿液材料的膠凝時間進行測定，每更換一級濃度要測定凝膠時間；（2）為防止漿液混入雜質堵塞管路，攪拌機出灰口及吸漿袋口應設置過濾網；（3）一定要保證先期注漿量大的注漿孔施工質量；（4）注漿過程中一定要注意觀察注漿壓力的變化情況，當壓力突然發生變化堵塞管路或漿液漏泄遠方、跑將時要進行及時處理或調整漿液濃度；（5）高壓注漿時，要使用高壓球閥并連接牢注漿管路，并做耐壓試驗，防止注崩管路接頭、節門而出現事故；（6）一定要根據水量、水壓、裂隙發育情況確定漿液濃度，保證漿液質量；（7）一旦發生故障，要停泵停機排除故障；（8）注漿操作人員需熟練操作技能，掌握注漿參數并嚴格按參數進行施工；（9）高壓膠管不能超過壓力范圍使用，使用時屈彎不小于規定的彎曲半徑，防止高壓膠管破裂；（10）嚴格控制注漿量和注漿壓力，在注漿時加強監測。

4 加固效果的檢測及效果

為全面檢驗注漿效果，在注漿結束后盾構到達前注漿孔數的5%進行加固效果質量檢測，檢驗點合格率應大于80%，否則對不合格的注漿區域應重新注漿。本工程采用鉆芯法來驗證地基注漿加固質量。

4.1 豎向抽芯檢測

根據加固體抽芯情況，目測判斷加固體強度可否滿足設計要求，是否連續；試驗判斷加固體強度、抗滲性能。在砂層中，特別要注意加固體連續性和整體性是否良好。每個端頭2～4根。

4.2 水平抽芯檢測

沿洞門圈內加固體范圍內打5個水平探孔，觀察滲水情況。

4.3 盾構到達后掌子面情況

從圖3可以明顯看出整個洞門掌子面已經被注漿材料充填，砂層部位也被注漿材料擠壓密實，注漿取得了圓滿成功。經過抽芯檢查，加固體強度為2～4MPa，滿足設計要求。

5 結語

前進式分段注漿作為洞內水平深孔注漿的一種方式，成功地應用于砂層地質條件下的盾構端頭加固，盾構順利到達接收。前進式分段注漿由于設置多道止漿墻，漿液使用量可控且效果顯著；施工工藝簡單易操作；不受地面條件限制、對地面影響小；占用場地小，在緊急加固施工中具有較高的靈活性；可選注漿類材料廣泛。主要缺點是多次重復鉆孔，工期較長；不適用于動水作業；地面易隆起及變形開裂。前進式分段注漿可以應用在盾構隧道的端頭加固、聯絡通道加固及礦山法隧道的掌子面全斷面注漿加固等工程，具有較好的推廣價值。

（責任編輯：王 波）