城市地鐵穿越既有鐵路線路地層加固施工技術

趙恒

摘 要：本文介紹地鐵盾構區間將面臨下穿既有鐵路線路時，為避免施工過程中路基沉降過大，給列車運行帶來安全隱患，需提前進行地層加固處理。WSS注漿施工技術是在地鐵盾構區間穿越既有線路提前進行地表注漿加固的施工方法，通過地面靜壓注漿形式對既有線路路基地層加固，保證了列車安全通行，對同類工程有很好的借鑒作用。

關鍵詞：區間下穿；既有線路；地層加固；WSS注漿

1 引言

十三五期間，我國城市軌道交通行業發展迅速，城市地鐵建設正處于蓬勃的發展時期。城市地鐵施工將不可避免發生近接、下穿既有建筑甚至公路、鐵路線路情況。因此，地鐵施工過程中，不但要保證工程本身結構安全，更要減少對周邊建筑的安全干擾。為了避免施工過程中因工程地質不良、地下水豐富等客觀原因造成穿越既有線路時路基沉降，需提前對穿越段路基地層采取加固措施。近年來，WSS 注漿技術被引用到地鐵施工領域，為注漿加固工藝增添了新的施工方法，在工程實踐的應用中取得了良好的效果。地鐵施工穿越既有鐵路線路時采用WSS注漿施工技術對地層進行加固，最大限度地減少洞內施工對地上構筑物的不利影響，控制了地表沉降，通過優化洞內外施工措施確保既有鐵路線路的運營和地鐵施工的安全。

2 工程概況

某城市地鐵1號線香工街站至中長街站區間采用盾構法施工，區間線路全長675m，區間隧道地面地勢起伏較大，隧道拱頂覆土最大19.6m，最小14.6m。區間線路橫穿既有哈大鐵路線沙河口火車站路基，穿越段地質情況從上到下依次為素填土、粉質黏土、全風化鈣質板巖、強風化鈣質板巖、中風化鈣質板巖。圍巖呈黃褐色，碎裂結構，板狀構造，巖體風化節理裂隙發育，巖心呈碎片狀、片狀，巖體破碎，巖體基本質量等級為V級，地下水類型主要為基巖裂隙水，賦存強風化巖層中，且具有承壓性，水量及其豐富。盾構穿越區域地層局部存在粉質黏土、強風化鈣質板巖“V”型侵入中風化現象，呈現“上軟下硬”現象，加之此段為原沙河口老河道，地質條件相當復雜。

3 施工風險分析

盾構區間隧道穿越既有鐵路線沙河口火車站站場路基段巖層破碎，地下水豐富，嚴重危及洞內盾構施工及上部路基、管線等構筑物的安全，易發生較大沉降甚至坍塌現象。故需對該特殊地質段隧道周圍一定范圍內圍巖進行地質改良加固，使圍巖裂隙得到充分填充及密實，使地層的不透水性增強，且具有一定的強度，達到止水加固之目的。受站場路基軌道交通條件限制，無法采用大型機械設備鉆孔，因WSS注漿技術采用的二重管鉆機重量較輕，便于人工進行移動作業，且在富水地層加固效果較好，固采用WSS注漿技術對地層進行加固處理，確保穿越段地上構筑物及列車運營的安全，從而確保盾構區間施工的順利進行。

4 WSS注漿施工工藝及施工方法

WSS注漿技術是采用二重管鉆機鉆孔至設計深度，利用同步雙液注漿機進行注漿的施工方法。注漿漿液有三種，即A液（水玻璃）、B液（磷酸）、C液（水泥漿），A液先后與B液、C液通過漿液混合器充分混合分別合成AB液（水玻璃與磷酸混合液）、AC液（水玻璃與水泥漿混合液）。該注漿方法是將地層間的空隙充滿漿液并使其固結，達到改良土層性狀的目的。其原理是先通過AB液將土層顆粒間的水強迫擠出，再利用AC液使該土層的粘結力、內摩擦角值增大，從而使地層粘結強度及密實度增加，起到止水加固作用。

4.1 施工工藝流程圖

4.2 施工方法

（1）注漿材料及配合比。①溶液型漿液：AB液，即水玻璃-磷酸；配比：A液：B液=50：1；A液為稀釋后水玻璃，其中水玻璃：水=1：1；B液：外加劑（磷酸），（以上均為體積比）。

②懸濁液：AC液，即水玻璃-水泥漿；配比：A液：C液=1：1；A液為稀釋后水玻璃，其中水玻璃：水=1：2（體積比）；C液為水泥漿，其中水：水泥=2：1（質量比，現場采用Φ1.0m的攪拌桶加入38cm高的水，再配3包50kg的袋裝普通硅酸鹽水泥）。

溶液型漿液配比用量為：每立方米溶液型水玻璃用量400-440kg。懸濁液配比用量為：每立方米懸濁液水泥用量256kg，水玻璃110kg。

注漿時，將根據現場實際情況適當調整配合比，并適當加入特種材料以增加可灌性和堵水性能提高止水效果。

（2）注漿設備

（3）注漿范圍。根據場內巖土工程勘察資料，結合前期盾構施工中揭示的地質及地下水情況，擬定注漿范圍為盾構區間外輪廓9m，深度至入巖即19m ，詳見注漿加固斷面圖。

（5）布孔及注漿順序。根據場內情況，平面布孔按盾構區間下穿鐵路路基段地表注漿加固平面圖執行，注入順序：隧道加固區域從外圍到中心進行施工。

（7）注漿質量控制

①鉆孔施工：開鉆前，嚴格按照施工布置圖，布好孔位。鉆機定位準確，開鉆前的鉆頭點位與布孔點之距相差不得大于5cm。鉆桿角度偏差不得大于1°。鉆孔時，密切觀察鉆孔進度，如發生涌水情況，應立即停止鉆孔，先進行注漿止水 ，并確認止水效果后，方可停止注漿，向下繼續鉆孔施工。

②配料：根據現場不同地質情況選擇由A、B液組成的溶液型漿液或A、C液組成懸濁液漿液，必須采用準確的計量工具，嚴格按照設計配合比施工。

③注漿：注漿必須按程序施工，每段進漿要準確，注漿壓力一定要嚴格控制在0.5MPa～1.2MPa之間，專人操作。當壓力突然上升或從孔壁溢漿，應立即停止注漿，每段注漿量嚴格按設計進行，跑漿時，需采取措施確保注漿量滿足設計要求。

④注漿全過程必須進行施工檢查和監控量測，注漿完成后，需采取措施保證不溢漿不跑漿，嚴格控制地面隆起和沉降。

⑤注漿加固施工期間，每道工序均由專人負責，并做好施工記錄。

（8）注漿效果檢驗

第一步：本工程注漿施工結束后，通過注漿體內鉆孔，用壓水的辦法測定加固區地基的流量及滲透系數，對不合格的注漿孔進行了補充注漿。本工程注漿孔數120個，檢查孔的數目為總注漿孔數的5～10%，即12個，重點將地質條件不好的地段以及注漿質量較差或有疑問的部位進行了補充注漿。

第二步：利用取芯鉆機鉆孔，從檢查補充加固后的注漿體內取出原狀樣品，送試驗檢測中心進行必要的試驗研究。通過檢測樣品的密度，結石的性質、漿液充填率及剩余孔隙率、無側限抗壓強度及抗剪強度、滲透性及長期滲流穩定性等重要的物理力學性能指標，試驗檢測結論得出本次注漿效果良好

第三步：現場監控量測數據顯示鐵路路基處于穩定狀態，為了確保后續盾構施工安全，又采用地質雷達掃描法，對路基加固區地質進行詳細的測試掃描，最終確定穿越段地層無不良地質。

5 結束語

穿越既有鐵路線路是本盾構區間施工中的一項重大風險源，通過提前采用WSS注漿技術對鐵路路基地層進行加固處理，極大地降低了盾構施工風險。盾構機順利穿越了既有鐵路路基，完成了區間施工任務，既保證了洞內盾構施工安全，又保證了洞上構筑物及列車運營安全，為下一步同類地鐵工程施工起到了很好的借鑒作用。

參考文獻：

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