砂卵石地層地鐵隧道超前深孔注漿技術應用

郭 峰

（中咨工程建設監理有限公司，北京 100048）

目前，地鐵隧道的施工方法主要有淺埋暗挖法、礦山法、盾構法等，其中礦山法具有適用各種地質條件、沉降控制效果好、對地面交通影響小等優點，在區間隧道施工中應用范圍最廣。超前小導管注漿技術是礦山法施工中最常用的隧道拱部地層加固技術，具有以下優點：1） 在隧道拱部形成改良地層殼，增強了地層強度，提高了施工安全性；2）施工速度快，簡單易操作，適用性強；3） 逐步控制，易調整施工參數，適用不同地層；4） 成本低廉，施工周期短，經濟性好。結合北京地鐵3 號線1 標工人體育場站的地質條件，對松散砂卵石地層小導管超前加固技術進行研究，提出改良方法。

1 工程設計概況

本站為3 號線與17 號線兩線換乘站，3 號線在下，17號線在上，采用T 型節點換乘。3 號線車站為島式車站，車站長253.4 米，總寬23.3 米，有效站臺長186 米，站臺寬14米，拱頂覆土厚度12.5 米，板底埋深36.9 米。主體結構為地下三層直墻三連拱結構，采用暗挖PBA 功法逆筑施工。

工程影響范圍內存在局部不連續上層滯水及位于隧道底板以下超過1m 的潛水，大部分工程為無水施工，局部存在滯水。

2 深孔注漿加固原理

注漿施工中，漿液在地層中的作用方式主要表現為4種：滲透擴散、劈裂擴散、裂隙填充和擠壓填充。滲透擴散是指漿液在壓力作用下，在不改變土體結構和顆粒排列的情況下，擠走顆粒間的游離水和空氣，達到填充土體孔隙的目的，漿液凝結后，達到加固土體與堵水作用。通過增大注漿壓力，漿液向地層孔隙的更遠處滲透。劈裂擴散是當注漿壓力超過劈裂壓力時，土體產生水力劈裂，也就是土體內突然出現裂縫，于是地層吸漿量突然增加，漿液呈脈狀進行滲透。劈裂擴散時，漿液在注漿壓力作用下先后克服地層的切應力和抗拉強度，使其在垂直于最小主應力的平面上發生劈裂，漿液便沿此劈裂面深入和擠密土體，并在其中產生化學加固和形成作為骨架的漿脈。劈裂擴散通過形成網狀劈裂脈，使土體的力學性質及透水性得以改善，從而達到注漿加固和堵水的目的。在以砂卵石和中粗砂為主的地層中，漿液的作用方式主要是滲透擴散和劈裂擴散。

3 二重管深孔注漿施工技術

3.1 工藝流程

二重管深孔注漿是采用鉆機鉆孔到預定位置后，關閉噴氣孔，將注漿泵將兩種或多種漿液分別注入注漿管，在端頭混合室進行混合，進行橫噴射，將漿液注入地層。

3.2 漿液特性

1） 水泥－水玻璃雙液漿水泥－水玻璃漿液簡稱CS 漿液，它是一定水灰比的水泥漿和一定質量濃度的水玻璃溶液，按一定比例混合，必要時加入速凝劑或緩凝劑形成的注漿堵水材料。水泥－水玻璃漿液的初凝時間可控，變化范圍為十幾秒到幾十分鐘，漿液結石率100%，結石強度高，較單水泥漿液在凝結時間、結石率方面都有所改善。水泥－水玻璃雙液漿一般按體積比1∶1 進行配置，根據需要凝結時間可對水玻璃質量濃度和2 種漿液配比進行適當調整；2） 超細水泥－水玻璃雙液漿注漿液由超細水泥漿加水玻璃漿液配制而成，漿液注入地層后，水玻璃可與土層中碳酸鈣起化學反應生成硅膠，超細水泥與土顆粒及土層中其他填充物膠結。同時水玻璃可促使水泥早凝，避免沉淀、析水，保證漿液和易性、可注性，充分利用水玻璃溶液黏度低、可注性好、來源廣泛、無污染、造價低的特點和超細水泥粒徑小、可灌性好、強度高的特點。

3.3 超前長小導管注漿技術

某地區砂卵石地層具有松散、級配差、孔隙填充物以中粗砂為主、黏結性差、卵石粒徑大、漂石較多等特點，因此在施工時超前加固效果的好壞將直接影響開挖面穩定性。采用礦山法施工隧道時，一般的超前小導管注漿加固技術由于加固范圍有限、打設難度大等原因易造成安全隱患，而深孔注漿技術由于工期長、成本高等原因限制了其應用范圍。針對以上問題，結合該工程特點對小導管進行改進，增加小導管長管并加強封孔措施，以應對塌方處理及松散地層的超前加固。經過現場試驗證明，超前長小導管注漿技術應用效果較好，能夠快速處理并通過塌方區域，斷面變化部位超前加固速度快，對工期影響較小。

4 結語

本工程在地質條件不良和環境復雜地區采用深孔注漿技術預加固土體，改善了軟弱圍巖的力學性能，提升了土體的自穩能力，有效的控制了沉降，為暗挖隧道的施工提供了安全保障，也保證了管線的安全和地面交通的正常運行，取得了良好的效果。在采用二重管深孔注漿工藝時，應考慮以下因素影響：1） 應根據工程的地質條件，結合項目工期及成本控制，合理選擇深孔注漿工藝。2） 雖然二重管深孔注漿工藝適用性好，應用較為普遍，但是注漿材料、配比以及注漿壓力等參數選擇受地質條件影響較大，需因地制宜合理選擇。