近海TBM始發井側壁滲漏水注漿治理技術研究

趙明春，李樹光，李鎖在，王鳳剛，王鳳偉

（1.中鐵三局集團第四工程有限公司，北京 102300；2.濟南力穩巖土工程有限公司，濟南 250000）

1 引言

近年來，隨著城市的快速發展，人口密度激增，公共交通系統運輸壓力逐漸增大，地面交通方式趨于飽和，地下交通成為緩解公共交通壓力的重要途徑，各大城市地鐵進入了大規模建設時期。TBM 作為一種高效、安全的開發方法，已經被廣泛應用于地鐵隧道開挖[1]。TBM 始發井作為TBM 進入隧道正線的重要工程之一，需先期開挖至設計深度后，在始發井內部完成TBM 組裝，進而實現TBM 進入正線施工，后期作為渣土、管片等材料的重要運輸通道，將伴隨隧道開挖施工的全過程[2-3]。為保證TBM 組裝具有良好工作環境，始發井側壁長期穩定，既需要支護強度滿足要求，還需要保證側壁具備良好防滲性能，不受地下水威脅。然而，由于始發井側壁長期暴露，上部因材料運輸，動荷載反復加載，且地下地質環境條件復雜，尤其在地下水資源豐富區域，地下水位較高，容易引發TBM始發井滲漏水，造成井內濕度過高，銹蝕金屬部件，影響TBM設備組裝質量，同時，長期大量滲漏水可能造成周圍地面沉降，影響始發井與周圍建筑物安全。

TBM 始發井試驗注漿止水技術是治理始發井側壁及基坑滲水常用方法之一。選擇合適的注漿材料，合理的注漿方式和注漿參數，是保證治理效果的關鍵[4]。本文基于青島地鐵2號線某TBM 始發井滲漏水注漿治理工程，開展近海裂隙巖體滲漏水注漿治理研究，并選取TBM 始發井北側為注漿現場試驗區段，通過現場注漿試驗，開展注漿孔、注漿材料、鉆孔設計、注漿量等關鍵參數研究，最終形成適用于近海裂隙巖體注漿治理方案，應用于始發井其他區域，實現基坑滲漏水治理，保證基坑和周圍建筑安全。

2 工程概況

TBM 始發井位于豎井位于區間線路正上方，線路為直線段。豎井平面圖形為矩形，豎向深度32.66 m，上部鉆孔灌注樁部分內凈空尺寸長31 m，寬28 m，下部鋼管樁內部凈空尺寸長28 m，寬25 m，距離海岸最近距離約150 m。始發井已施工至底板，但是基坑側壁出現大量滲漏水，始發井排水量達到1 400 m3/d，已經嚴重影響TBM 組裝作業，通過地下水pH 值和Cl-檢測，滲漏水多為海水，對機械設備、側壁初支錨桿、錨索腐蝕嚴重，威脅基坑安全。

TBM 始發井淺部的素填土層、淤泥質層等軟弱地層，深部為強、中風化花崗巖地層，如圖1 所示。場區地下水主要類型為第四系孔隙潛水與基巖裂隙水，二者間無穩定的隔水層，具有一定的水力聯系。第四系孔隙潛水主要分布于濱海岸灘地貌單元，基巖裂隙水主要分布于剝蝕斜坡地貌單元。地下水穩定水位埋深1.50～7.50 m。第四系孔隙潛水：地下水賦存于第②層粗砂、第④層淤泥質粉細砂、第⑧層粗礫砂中。富水性好，屬于中等-強透水層?；鶐r裂隙水：在場區主要以層狀、帶狀賦存于基巖強風帶、節理密集發育帶中，由于節理發育不均勻，其富水性不均勻。強風化帶中，透水性較差；節理發育帶及構造破碎帶中，裂隙張開性好，導水性較強，富水性中等。根據青島地區鑿井抽水試驗資料，基巖裂隙水單井用水量一般小于20 m3/d。滲透系數k 小于4m/d，影響半徑幾米到十幾米。在匯水條件較好的地段，地下水一般較豐富。豎井開挖過程中，常形成點狀或線狀涌水。始發井淺部軟弱土層區域，已采用等厚水泥土連續墻（TRD）[5-8]作為止水帷幕，效果較好，無明顯滲漏水點，但是，進入強風化巖層后，TBM 始發井未采取可靠有效的止水措施，造成該區域側壁出現大面積滲漏水現象。

圖1 青島地鐵2 號線某TBM始發井地質剖面圖

3 治理難點分析

1）pH=10.5，Cl-=9 875 mg/L，海水補給充沛，且海水破壞施工環境，腐蝕支護系統和機械設備。

2）地下水主要為第四系孔隙水（富水好，透水能力強），基巖裂隙裂縫開張性好，導水性強，還可能存在導通裂隙。

3）基坑滲水主要為海水，具有腐蝕性，普通水泥無法長期封堵。

4）TBM 始發井上部出水點距離井底深度達到了20 m，且始發井已進入TBM 設備吊裝施工階段，井內徑向注漿存在交叉作業，安全風險高。

5）巖石裂隙小，常規注漿壓力很難將水泥漿液注入裂隙，需要找到合適的注漿壓力和注漿液。

4 試驗注漿方案設計

因TBM 始發井深度為32.66 m，上部出水點距離井底深度達到了20 m，且該始發井進入TBM 設備吊裝施工階段，因此，采用井內徑向注漿施工存在交叉作業，且安全風險高。同時，結合青島地區施工經驗，針對該類裂隙巖體注漿治理，因巖石裂隙較小，常規注漿壓力很難將水泥漿液注入裂隙，需適當提高注漿壓力，高注漿壓力引起深部（＞20 m）漿液時空運移規律發生改變，現有技術無法控制漿液在深部地層中運移，注漿效果難以保證，且基坑滲漏水為海水，具有一定腐蝕性，因此，普通硅酸鹽水泥無法滿足長期封堵滲漏水要求[9]。

為保證施工安全和注漿治理效果，結合現場施工條件，協調現場各施工環節有序進行，提高施工效率，選取TBM 始發井北側（近海側）為注漿試驗區段，且為減少施工安全風險，注漿范圍為第一道錨索以下區域，該區域也是集中滲漏水區域。為保護豎井錨索不被地表鉆孔破壞，影響豎井安全，采用徑向注漿工藝[10]?？紤]基巖裂隙較小，且海水具有一定腐蝕性，為保證注漿止水效果，注漿材料宜選用硫鋁酸鹽水泥[11]。

4.1 注漿設計

通過現場踏勘，錨索、錨桿出水為基坑深部側壁滲漏水的主要出水形式，因此，注漿孔設計在錨索、錨桿以上0.5 m 處，注漿孔水平間距為1 m，孔深2 m，垂直排間距為2.5 m，如圖2 所示。

圖2 TBM始發井徑向注漿孔平面布置圖

4.2 注漿參數

4.2.1 漿液類型

注漿材料采用普通硅酸鹽水泥、超細水泥、硫鋁酸鹽水泥，漿液濃度應根據隧道圍巖條件加以調整。超細水泥平均粒徑4 μm，最大粒徑10 μm，較普通硅酸鹽水泥，能夠注入更細小裂隙，但是，注漿工程中需采用高速攪拌，并添加減水劑，需加大水灰比。硫鋁酸鹽水泥含有SO4-2，可抵抗海水對水泥漿液侵蝕，具有抗腐蝕特點，硫鋁酸鹽水泥結實體具有微膨脹的特點，注入巖層裂隙后，止水效果較好；硫鋁酸鹽水泥凝膠時間短，具有一定的抗動水分散的能力，可用于大流水導水通道封堵，因此，本工程選用硫鋁酸鹽水泥為注漿材料。

4.2.2 注漿量估算

本工程注漿量預計采用“三系數”計算法，按地層孔隙率、地層空隙充填率及漿液損失率3 個系數進行總注漿量的計算。對注漿加固體內的空隙進行充填加固。計算公式如下：

式中，∑Q 為總注漿量，m3；v 為注漿加固體體積，m3；n 為地層孔隙率；α 為地層空隙充填率；β 為漿液損失率。

4.2.3 注漿壓力

注漿壓力根據水文地質及工程地質條件確定，施工中需嚴格控制注漿壓力[12-13]，擬定控制在2～3 MPa；實際情況根據現場試驗及實際效果確定。現場實施過程中根據各段埋深、地質情況可進行調整。

4.2.4 注漿結束標準

單孔注漿壓力達到設計終壓并連續注漿10 min 以上，且注漿量不小于設計注漿量的80%、進漿速度為初始速度的1/4，可結束本孔注漿；單孔注漿量大致與設計注漿量相同，結束時的進漿量10～15 L/min 以下可以結束本孔注漿。

注漿施工前須確認管線位置及標高，并核實注漿管與管線相互位置關系，保證注漿管與管線凈距不小于1.5 m；拱頂上方最外側注漿管需根據管線實際情況進行調整，必要時可縮短注漿管，且第一次注漿壓力應不大于0.5 MPa。施工過程中應注意對該管線的保護，加強監控量測，確保管線安全。

5 注漿效果

試驗區域通過上述注漿治理，僅有少量濕漬，無明水。存在少量濕漬主要由于該豎井為臨時結構，僅施工掛網噴射混凝土的初期支護，支護厚度較薄，不具備防滲性能，且濕漬均位于混凝土開裂區域，如對開裂混凝土修補治理，將耗費大量的人力、物力等資源，且經過治理后，已基本無明水流入始發井，因此，上述治理方案已經達到治理效果，后期將對整個始發井側壁開展注漿治理。

6 結論

1）為減少施工安全風險，注漿范圍為第一道錨索以下區域，該區域也是集中滲漏水區域。為保護豎井錨索不被地表鉆孔破壞，影響始發井安全，采用徑向注漿工藝。

2）基巖裂隙較小，且海水具有一定腐蝕性，為保證注漿止水效果，注漿材料選用普通硅酸鹽水泥、超細水泥、硫鋁酸鹽水泥等。

3）試驗區域通過上述注漿治理，僅有少量濕漬，無明水，已經達到治理效果。