深孔注漿技術在北京地鐵富水砂卵石地層中的應用

孟永升

北京地鐵在第四紀軟弱地層中采用淺埋暗挖法比較成熟，但含水地層在隧道施工中常出現突泥、涌水等現象，給施工造成非常大的安全隱患。在地表不具備降水的條件下，二重管超前深孔注漿作為淺埋暗挖法施工輔助措施——在確保隧道圍巖穩定、控制地表下沉量發揮著越來越重要作用。本文結合北京地鐵某項目工程實例，從二重管深孔注漿成孔工藝、注漿材料選擇、漿液配比、注漿孔布置、注漿壓力及注漿量控制進行詳細分析,為后期施工提供經驗。

隨著城市軌道交通迅猛發展，面對各種的不同地質條件和城市復雜多變的周邊環境，地鐵隧道利用淺埋暗挖法進行施工就需根據不同地質條件采用相應輔助措施來確保施工安全。此文結合北京地鐵某項目工程實例對二重管深孔注漿工藝進行深入分析,總結在富水砂卵石層二重管深孔注漿方式。

一、工程概況

北京地鐵14號線右安門外站～北京南站區間位于北京市豐臺區南二環外，自右安門外站沿涼水河北岸向東，穿越開陽里西巷、開陽里東巷、開陽路與北京南站預留工程對接。區間全長629m，為區間標準段面及長100m的渡線段，區間隧道埋深12.0～15.2m，采用礦山法施工。隧道開挖穿越地層為粉質粘土層、細砂層、卵石層，其中拱頂為粉質粘土層，拱頂以上粉質粘土層厚度0～50cm，粉質粘土層之上為砂卵石層。區間存在兩層地下水，分別為水位埋深9.1～12.3m的上層滯水，水位埋深為20.8～22.6m潛水。

區間隧道沿玉林南路敷設，正上方穿越右安門外大隊平房區、瑪鋼廠職工瓦房宿舍等，北側分布有開陽里三區21#、22#樓、開陽里六區10#、11#、12#、13#樓，下穿開陽路及北京市市政處泵站管理所辦公樓。區間隧道毗鄰季節性河流——涼水河，為官廳水庫泄洪河流，區間隧道與涼水河豎向位置關系見圖1。區間周邊管線眾多，主要有Φ1800雨水管線、Φ1750污水管線、Φ1200上水管線、Φ500中壓天然氣管等。

粉質粘土層滲透系數非常小，受涼水河側滲及周邊帶水管線滲漏影響，地表徑流補給水無法下滲，長期以來形成豐富上層滯水，施工中出水量較大，水量達到100m3/h，出水情況見圖2、圖3。拱頂粉質粘土層較薄，滯水下滲，拱頂暴露時間過長，很有可能會導致小塌方，從而引發安全隱患，此工程中穿越的地表處有很多90年代建成的房屋，基本也都屬于危房，同時施工不具備降水條件。因此隧道下穿過程中對地表沉降控制要求嚴格，施工風險非常大，為此提出采用二重管深孔注漿進行超前預加固地層以確保施工安全及減少地表沉降量。

二、深孔注漿方案

1.深孔注漿施工參數

（1）注漿孔布置

選取隧道上斷面進行深孔注漿，共布孔100～150眼，注漿加固范圍為隧道上斷面180°，厚度為初支結構外2.5m，每一循環注漿長度為12.0m，開挖進尺10.0m，留止漿盤2.0m。

圖1 區間隧道與涼水河剖面圖

圖2 潛孔鉆成孔出水

圖3 螺旋鉆成孔出水

（2）注漿材料及注漿壓力

根據地層情況，富水的卵石圓礫層、砂層注漿材料采用水泥～水玻璃雙液漿；粉土層采用單液水泥漿。注漿壓力控制在0.5～1.0MPa。

（3）注漿量計算

根據注漿量計算公式進行理論計算：Q=πR2hnαβ（R為漿液擴散半徑，粉土取0.5m、卵石取1.0m； h為注漿段長度，取12m；n為地層孔隙率，據詳勘粉土為0.375，卵石層根據經驗取0.384；α為空隙填充系數，取0.8；β為漿液損耗系數取1.1～1.2）。

（4）掌子面封閉要求

每個循環進行掌子面封堵，掌子面止漿墻采用C25掛網噴射砼，砼厚度200mm，φ6.5@150×150mm鋼筋網。

（5）注漿結束標準和注漿效果要求

當注漿孔達到設計終壓，并穩定5分鐘，或注漿量達到設計注漿量的80%，單孔注漿結束。

2.二重管深孔注漿工藝

（1）二重管注漿原理

二重管雙液注漿是一種采用內外套管型式鉆桿，攜帶鉆頭進行鉆孔，待鉆桿鉆孔到位后利用注漿泵分別將兩種漿液壓入外管和內管，漿液在二重管的端頭混合器內混合，通過濾網在水平方向實行高壓噴射，

使土顆粒和卵石間的水受到擠壓，在其空隙中充滿漿液，從而使土層顆粒的空隙被填滿，并達到固結狀態，改善了土層工作狀況。對于粘土及砂卵石地層，尤其是在地下水流動狀態下易坍塌的地層，注入漿液能夠使其形成自穩性的整體地層，起到加固、止水作用。二重管注漿可以根據地質條件選擇合適的漿液，同時注入方式也可以選擇充填、滲透、劈裂、擠密等注入方式，因此，二重管注漿能根據各種復雜的地層，更換漿液類型，首先復合式注漿，從而加固土體。

（2）二重管注漿優點

在長距離深孔注漿中，二重管注漿具有明顯的優勢。既可以在卵石層中直接穿過，同時出現塌孔時也可以直接進行注漿加固。當到達設計深度時，注漿可采用分段后退式施工工藝，保證達到注漿效果。

（3）分段前進式注漿施工

①分段前進式注漿原理

在掌子面施做止漿墻，止漿墻上采用鉆機開孔并安裝孔口管，在孔口管內分段注漿，這種方法稱為分段前進式注漿。分段長度根據地質情況和注漿效果進行控制，一般循環進尺控制在3～5m。成孔后，先安裝法蘭盤，然后用注漿管注漿，漿液凝固后，拆除法蘭盤，再鉆孔，如此循環，直到達到設計要求。

②分段前進式注漿特點

此方法由外向內循環反復跟進式向前鉆進注漿，這樣可以保證鉆孔都在加固的土體內進行，可以有效地阻止塌孔的發生，同時還能控制孔內的涌水。如果鉆機鉆進能力好，注漿長度課長達12m，保證了施工效率。

三、結語

本文依據工程實例富水砂卵石地層條件下進行二重管深孔注漿，對二重管水平注漿及分段前進式注漿施工工藝進行分析，選擇合適的鉆機和材料，嚴控施工過程，此施工工藝可以有效地解決塌孔和成孔難的問題。施工過程中，根據卵石地層孔隙率特點，控制注漿量和注漿壓力，可以達到較好的注漿效果。同時，深孔注漿止水及加固地層，使得隧道安全可靠進行施工，達到較好的經濟效益。