雙洞雙層重疊地鐵隧道穿越富水圓礫層注漿加固施工技術研究

中國中鐵一局集團城市軌道交通工程有限公司 江蘇 無錫

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0 引言

隨著我國地鐵建設快速發展，城市地鐵建設中因線路過站及自身換乘等因素導致地鐵修建過程中會不可避免的遇到新建隧道相互交錯的問題，隧道交叉重疊的情況越來越多。目前國內外交錯重疊隧道以采取盾構法施工居多，其中單洞雙層交錯重疊隧道施工技術已經成功應用于城市建設，但對雙洞雙層隧道施工加固技術還不成熟，尤其重疊隧道施工穿越富水圓礫地層幾乎沒有相關工程經驗可以借鑒。

針對富水圓礫這一特殊地層注漿加固許多學者做了大量研究，許多研究論述證明了砂卵石地層采用注漿法堵水是切實可行有效的[1]；陳鐵林[2]等在廈門翔安海底隧道富水砂層中進行注漿試驗，摸索該條件下的一些注漿規律，提出注漿量、注漿壓力、注漿速度、擴散半徑等注漿參數，并采用鉆孔取芯和壓水的方法對注漿效果進行檢驗，驗證了富水砂層注漿加固后采用礦山法施工的可行性。朱新華[3]等對砂、卵石地層的注漿進行相關的研究。另外，許多學者對注漿材料、注漿工藝也做了大量研究。

1、工程概況

1.1 隧道工程概況

紅老區間隧道存在上下重疊隧道，最小間距1.6m，區間下穿廣深鐵路橋，在橋基進行基托換處理前，對紅老區間老街站西端頭長31.5m范圍內重疊隧道（左線829～849環；右線821～841環），寬為重疊隧道結構外側4.5m～14.5m，深度為從地表至強風化巖層，進行了帷幕圍蔽注漿加固。

1.2 工程地質

紅老區間隧道范圍地下巖層主要為素填土、粉質粘土、粉砂、細砂、中粗砂、礫砂、強風化花崗巖、中等風化片麻巖、全風化花崗巖共7層。詳見地層特性見表1。

表1 地層特性表

1.3 水文地質

區間內地下水有2層：第1層地下水為松散土層孔隙水。第2層地下水為基巖裂隙水，主要賦存于巖石強、中等風化帶中。

2、富水圓礫地層注漿加固理論

2.1 富水圓礫地層工程特性

富水圓礫地層的滲透孔隙分布不平均，滲透系數分布同樣不平均；凝結性能較弱，其顆粒分布范圍廣，承載力比巖石小。富水圓礫地層在注漿施工后與周圍地層形成臨界拱的性能不好，特別容易發生塌陷。

2.2 注漿加固理論

依據注漿試驗結果，為保證注漿漿液能夠順利地滲透到地層土顆粒間的基本條件是：

式中，N——注入比；

D10、D15——小于某粒徑的土顆粒質量占總的土質量的10%、15%所對應的粒徑；

d85、d95——粒狀漿材中小于某粒徑的顆粒質量占總的漿材質量的85%、95%所對應的粒徑。

3 富水圓礫地層注漿加固分析研究

3.1 重疊隧道注漿加固設計

由于盾構區間上下行隧道凈間距小，盾構推進過程中因地層被擾動、荷載增加等原因對下行隧道有一定的影響，另外因上下隧道掘進施工對原始地層進行多次擾動，地層密實度受影響。為確保地層的密實性，避免盾構施工出現安全風險，重疊隧道盾構掘進及地層加固按照如下步驟進行：

第一步：注漿設備加工及現場組裝，下行隧道重疊段地層加固（注漿范圍202.5°）。注漿加固按照分區、對稱進行或間隔1環“W”形式進行。第二步：支撐設備加工及現場組裝。第三步：重疊隧道盾構掘進。第四步：上行隧道地層注漿加固（注漿范圍360°）第五步：其余地層加固。

圖1 重疊隧道掘進及加固施工工藝流程

3.2 注漿范圍及注漿材料選用

根據地層條件，采用鉆注一體式的方法對地層進行加固注漿。采取梅花型的方式進行交叉鉆孔注漿，區間上下行隧道凈間距小，加固范圍為管片向外3.5m，采用普通水泥-水玻璃雙液漿進行外層封閉止水，然后注入單液水泥漿，最后采用普通水泥-水玻璃雙液漿進行封孔注漿。具體漿液配比見表2。

表2 漿液配比

3.3 注漿量與注漿壓力

（1）注漿量

注漿量按照下式進行計算：

式中，Q——注漿量；

R——漿液擴散半徑，m暫定為0.8m；

L——注漿管有效長度，m；

K——漿液消耗系數，一般可取1.1～2.0。

經計算，Q=3.6m3～6m3

（2）注漿壓力

注漿壓力大小的確定以漿液能夠順利注入為原則。壓力太小，漿液不易擴散；壓力太大，漿液則沿著圓礫石間縫隙擴散很遠，浪費材料。根據試驗結果及工程經驗對注漿壓力進行控制，注漿壓力控制在0.5～0.8Mpa之間。

3.4 注漿施工過程的控制措施

注漿過程中根據漿液的比重、注漿壓力、漿液配比以及相應地層的工程水文地質進行相應的控制。考慮到地層水流較大，將漿液的比重控制在1.5～1.6g/cm3，注漿壓力控制在0.5～0.8Mpa，根據水壓大小可將注漿壓力控制在1.0Mpa以內。采用漿液水灰比采用0.6:1～1:1，雙液漿采用的比列為0.8:1～1:1，根據地層含水率進行相應的調整。對于地層中含水量的大小結合現場開孔勘查結果調整注漿的方式。

4 注漿效果質量檢測

紅老區間左線下行隧道共進行了三輪注漿，第一輪為掘進過程中的二次壁厚注漿；第二輪為一輪隧道加固注漿；第三輪為二輪隧道補強加固注漿。通過地層加固注漿，達到上行隧道安全通過的標準大量的施工實踐證明通過專家論證得出，根據螺栓孔開孔到壁厚70cm有無滲漏水為參照依據，可以有效的證明注漿質量。

5 結論

通過紅老區間左線下行隧道地層注漿加固施工，分析了在復雜地層注漿施工的關鍵工藝，通過注入雙液漿在外部形成一個護壁的止水壁，同時注入水泥漿加固地層，最后進行雙液漿封孔。經過施工檢驗后滿足設計是施工要求，為此類工程提供借鑒經驗。