富水粉質黏土、細砂細顆粒地層長錨索拔除前地層加固技術方案

王 瑜

（中鐵隧道集團二處有限公司，河北三河 065201）

1 工程概況

鄭州地鐵?5?號線經三路站—未來北路站區間盾構隧道左線DK7+137.587～DK7+231.594?段被北側瀚海璞麗中心建筑工程基坑（以下簡稱“鄰近基坑”）第?2?層和第?3層錨索侵入，侵入的錨索共?126?根。將第?2?層?63?根錨索拔除后，第?3?層的?63?根錨索由于位于粉質黏土層和粉砂層，地層含水豐富、穩定性差，鉆孔時孔內有泥砂和水涌出，這不僅無法成孔，而且泥砂還容易裹鉆，導致鉆頭和套管退出難度大。同時，錨索拔除時鉆孔內的涌泥、涌砂會引起區間盾構隧道范圍的地層松散，導致盾構機通過時保壓難度增大，管片后面注漿時注漿量難以控制。

本工程結合侵入盾構隧道錨索的周邊構（建）筑物、管線分布、場地條件以及工程地質與水文地質條件，在黃河路與鄰近基坑間的空地上（避開高壓電纜和燃氣管線）建一豎井，豎井開挖到底后向東西?2?個方向開挖平行通道，通道終止位置與鄰近基坑邊界位置相同，豎井及平行通道的位置見圖?1。通過豎井、平行通道將全部錨索揭露后，采用可變形剛性套管和滾珠鉆頭鉆孔剝離錨索與周邊地層的粘結，成孔后退出套管，再用穿心式千斤頂將錨索從地層拔出。

圖1 錨索分布橫剖面圖（單位：mm）

2 袖閥管注漿方案

2.1 注漿孔布置

以錨索為中心，袖閥管按照縱橫向間距?1??200??mm?呈梅花型布置（圖?2）。每根錨索周邊布置?16?個袖閥管注漿孔，袖閥管的長度（與鉆孔深度相同）為?19??200??mm。

圖2 袖閥管布置圖（單位：mm）

2.2 施工工藝

2.2.1 測放孔位

根據錨索的位置，在地面上放出袖閥管的孔位并進行復核，孔位準確無誤后在孔位中心點位置打設一定位樁，定位樁穩固不松動。

2.2.2 鉆機就位

按照測量放點的孔位將鉆機就位，鉆機就位后進行鉆機調整，保證鉆機平穩、鉆桿豎直，鉆頭與孔位中心點處的定位樁對準，然后提升鉆桿并拔除定位樁。對于帶有外插角的鉆孔，調整好外插角度。

2.2.3 鉆孔

鉆孔過程中采用泥漿護壁，開孔直徑不小于?120??mm（比設計要求大?10??mm），終孔直徑不小于100??mm（比設計要求大10??mm）。鉆至設計深度時，對鉆孔的深度進行檢查，孔深符合要求后終止鉆孔并退鉆。

2.2.4 袖閥管安裝

注漿用袖閥管由塑料外管、注漿芯管、橡皮套、密封圈等組成，袖閥管單節長度為?550??mm，每節的兩個端頭分別為外絲和內絲，用于節段之間的連接。外管采用φ50～60??mm?PVC?塑料管，地面以上?2??m?以內為實管，2??m?以下管壁開射漿孔和橡皮袖閥。袖閥管結構如圖?3?所示。

（1）先在地面上拼接?3.3??m長度袖閥管，末端用錐形堵頭封好，袖閥管上每隔?2??m?安裝?1?個由φ6.5??mm?盤條制作的定位件，定位件與袖閥管之間用扎絲綁扎牢固。

（2）成孔后拔出鉆桿，將袖閥管插入孔內。插入袖閥管時應保持袖閥管位于鉆孔的中心，以便灌注套殼料時將袖閥管包裹均勻。下袖閥管時將同長度的φ20??mm?塑料管一同下入孔內，作為灌注套殼料的管路。袖閥管在地面以下?2??m?為實壁管，同時在地面以下?1??m?范圍安裝φ20??mm?鍍鋅導氣（泥漿）管并與袖閥管用扎絲綁扎牢固，在導氣管端頭安裝節門（一般為球閥）。

（3）袖閥管安裝完成后將孔口用保護帽封堵，并用膠布將保護帽與袖閥管管身固定。地面下?500～700??mm?范圍用水泥漿浸泡過的棉紗填塞密實，地面下500??mm?范圍用黏土夯填，保證套殼料灌注飽滿。

圖3 袖閥管結構圖（單位：cm）

2.2.5 注套殼料

（1）套殼料配合比。套殼料靠增大水泥用量調節凝固時間，施工過程中根據其強度增長規律進行注漿。若套殼料強度不夠，則難以進行分段針對性注漿；若強度過高，則需要更高的壓力注漿才能劈裂開套殼料。一般套殼料的重量比例為，水泥?:?黏土?:?水?=?1?:?1.5?:?1.9。

（2）灌注套殼料。完成?1?個鉆孔后立即灌注套殼料，以防止發生塌孔和埋管。將配好的套殼料用注漿泵壓入φ20??mm?塑料管，套殼料會從孔底向外返漿，達到置換孔內泥漿、填滿套殼料的目的。待φ20??mm?鍍鋅鋼管開始溢漿，表明孔內套殼料已經注滿，可關閉排氣管的閥門。為保證套殼料的密實，當灌注壓力達到?0.2??MPa時，持壓?5～10??s?再停止灌注（圖?4）。

圖4 注套殼料示意圖（單位：cm）

2.2.6 注漿

（1）注漿材料。注漿孔采用水泥-水玻璃雙液漿。水泥采用強度等級為?42.5?的普通硅酸鹽水泥或礦渣水泥，水玻璃波美度?35～40??Be'，密度?400～500??kg/m3。

（2）漿液配比。水灰比0.5?:?1～1?:?1，水玻璃一般稀釋后使用，最終配比根據現場試驗確定，雙液漿初凝時間為?5～20??min，單液漿初凝時間不超過?1??h。

（3）注漿壓力。初始壓力?0.2～0.5??MPa，隨注漿部位深度可加大，深度每增加?1??m，壓力可增大?0.02～0.03??MPa，但終壓不超過?1??MPa。注漿填充率，粉土約30%～50%，黏土約?15%～20%。正式注漿前應進行注漿試驗，根據實際情況調整注漿參數，注漿過程中應派專人監控、調整注漿壓力。

（4）注漿。待套殼料達到一定強度后進行注漿，注漿從外圍向內部順序進行。為防止串漿，注漿采用跳孔的方式進行。單根袖閥管注漿采用后退式分段注漿，分段長度為?550??mm。將注漿芯管插入袖閥管管底開始第?1?段注漿，第?1?段注漿完成后將芯管后退進行第?2?段注漿，芯管每次提升的長度為?550??mm，如此下去直到完成整個注漿段注漿。

（5）終止注漿。注漿壓力達到?0.2～0.5??MPa、注漿量小于?1～2??L/min?時終止注漿，即使注漿量達不到要求但注漿壓力達到1??MPa?時也需終止注漿。在錨索拔除過程中，如果豎井、平行通道、地表、管線、鎖口圈梁等的監測數據異常，可以進行多次注漿，對地層進行反復加固。

2.2.7 洗管和管口保護

每次注漿結束后，將管內的漿液用清水沖洗干凈。管口覆蓋嚴實，保證下次注漿正常進行。

2.2.8 注漿（袖閥）管回填

錨索拔除完成后，向管內填充細砂，距離孔口500??mm?范圍內填充黏土封口并搗實。

3 深孔注漿方案

3.1 注漿孔布置

注漿孔沿錨索周圍布置，以錨索為中心在向外0.5??m、1??m?的圓周上布孔?2?圈，孔間距?0.8??m，孔深?12??m。外圈孔的主要作用是在錨索周圍形成一個加固圈，控制內圈孔注漿時的漿液外躥，內圈孔的主要作用是注漿加固地層（圖?5）。

圖5 深孔注漿孔布置圖（單位：mm）

3.2 施工工藝

3.2.1 鉆孔

用?ZLJ-700?鉆鉆孔，鉆孔的傾角為?15°，與錨索的傾角保持一致。先施工外圈孔后再施工內圈孔，鉆成一個孔并注漿后再進行下一個鉆孔施工。由于地層富水、松散，成孔難度大，鉆孔過程中通過鉆桿向孔內注“水玻璃+磷酸”混合液物隔水，以保證成孔順利。

注漿孔的深度為開孔位置至盾構隧道遠端起拱線位置的水平長度，每個鉆孔的深度由測量組現場測量后提供，現場技術人員再根據孔深計算出孔長。

3.2.2 注漿

（1）注漿材料。注漿用漿液為“水泥?+?水玻璃”漿液，水?:?灰=1?:?1，水泥?:?水玻璃=1?:?1；水玻璃波美度?25～35??Be'，地層中含水量大時水玻璃的波美度取大值，含水量小時水玻璃的波美度取小值。

（2）注漿壓力。根據平行通道深孔注漿的經驗值，外圈孔的注漿壓力控制在?0.5??MPa?以內，內圈孔的注漿壓力控制在?0.8～1.0??MPa。

（3）注漿量。注漿量Q參照式（1）計算：

式（1）中，Q為注漿量，m3；R為漿液擴散半徑，m；L為注漿孔長度，m；n為地層孔隙率，取?0.3；α為地層填充系數，取?0.8；β為漿液消耗系數，取?1.1～1.2。

（4）注漿。鉆孔至設計深度后，采用后退式注漿加固地層，鉆桿后退?100??mm?注漿?1?次，直至單孔注漿結束。鉆機的鉆桿為雙壁式，鉆桿內輸送一種漿液，兩壁的空間里輸送另外一種漿液。注漿時，先注外圈孔再注內圈孔；同一圈跳孔注漿，先注奇數孔再注偶數孔。注漿過程中采用間歇注漿的方式以有效控制注漿區域（圖?6）。

圖6 鉆孔注漿

3.2.3 結束注漿

注漿采用注漿量和注漿壓力雙指標控制，以注漿壓力控制為主。注漿壓力達到控制壓力時，持荷?2??min?壓力不下降時結束注漿。注漿量達到計算注漿量，但注漿壓力沒有達到控制壓力時，繼續注漿直至達到控制壓力。

4 加固方案比選

采用深孔注漿加固錨索周圍的地層后，成孔過程中不再出現塌孔和涌水及泥砂的現象，并且采用的漿液凝固快，地層加固完成后就可開始錨索拔除工序，漿液和土體的強度也適合“滾珠鉆頭”鉆進。“袖閥管注漿”和“深孔注漿”2?種方案對錨索周圍地層進行加固效果對比見表1。

由表1?可見，在平行通道內采用“深孔注漿”加固錨索周圍地層方案的效果遠勝于在地表采用“袖閥管注漿”加固錨索周圍地層方案的效果。最終確定采用在平行通道內“深孔注漿”加固錨索周圍地層方案。

表1 袖閥管注漿與深孔注漿比較表

5 結論與建議

（1）本工程采用“深孔注漿”加固錨索周圍地層方案效果明顯，剩余的?63?根錨索在地層加固后順利拔出。

（2）“深孔注漿”加固地層后，鉆孔拔除錨索雖然效果理想，但“深孔注漿”加固錨索周圍地層需要先注漿加固地層之后再鉆孔拔除錨索，工序較多，建議研制一種鉆孔與注漿一體化的套管，使其既能減少工序又能保證即時注漿。

[1]豆旭東.深孔注漿技術在地鐵暗挖隧道施工中的應用[J].江西建材，2016（9）.

[2]鄒強.全斷面深孔注漿在下穿淺基建筑物軟弱賦水地層地鐵區間隧道的應用[J].科技傳播，2010（8）.

[3]孫春華.袖閥管注漿工藝在軟基處理中的應用[J].廣東公路交通，2009（3）.

[4]張明.隧道強透水砂礫地層袖閥管地表注漿加固工藝研究[J].隧道建設，2014（10）.

[5]孫旺.高壓旋噴樁處理軟弱地基的研究[J].建材技術與應用，2008（3）.

[6]王義軍.三軸攪拌樁入巖施工技術[J].隧道建設，2015（5）.

[7]胡海濤.三軸攪拌樁在軟土地基基坑圍護中的應用[J].江西建材，2014（2）.

[8]DBJ01-96-2004地鐵暗挖隧道注漿施工技術規程（試行）[S].2004.