定向注浆技术在治理隧道水害中的应用
——以深圳市竹子林车站隧道为例

黄 珂

(深圳市地铁集团有限公司 运营分公司, 广东 深圳, 518000)

定向注浆技术在治理隧道水害中的应用
——以深圳市竹子林车站隧道为例

黄 珂

(深圳市地铁集团有限公司 运营分公司, 广东 深圳, 518000)

对位于深圳市深南大道南侧地下的竹子林车站西侧左线变形缝病害的处理方案和施工过程进行了研究, 结果表明, 在充分了解水害情况和注浆条件允许的基础上, 定向注浆技术是非常有效的, 能够起到堵水和加固土层的作用. 该施工方法可以为类似工程提供有益参考.

隧道水害; 施工方法; 压力注浆

隧道工程施工完成后, 在复杂的外界因素影响下, 经常会出现地下水或者部分地表水, 以涌出或者渗漏的方式进入隧道, 影响到隧道的结构安全. 隧道工程中地下水的存在不可避免, 但可以通过有效的整治措施减小对工程的危害.

许多学者对治理隧道水害和补强结构进行了有益探索, 提出了一些独到的见解. 张旻[1]在分析隧道渗漏水成因的基础上, 对既有的水害整治措施进行了全面的总结; 李闽[2]专题研究了防水板无钉施工技术在隧道水害治理方面的应用; 王学武[3]对南京地铁二号线元通站深基坑涌水采用双液注浆封堵加固施工技术进行了研究; 胡哲峰[4]研究了多种浆液的注浆试验, 同时还采用了多种方法检验注浆效果, 为注浆参数的选择和施工提供了依据. 这些研究都为我们提供了借鉴, 定向注浆作为治理隧道水害的一种行之有效的措施, 本文以实际工程为例, 对定向注浆法的适用范围和施工工艺进行了研究.

1 工程概况

竹子林车站位于深圳市深南大道南侧地下, 采用明挖法施工, 站内设有 3条行车线, 东西两端各有3条变形缝, 共计6条. 西侧变形缝主要位于车站与该区间明挖法施工接镶处, 变形缝宽度为20 mm;东侧变形缝宽度与西侧一致. 西侧变形缝处, 原地面为一斜坡, 竣工时按一段平坡及一段1：5的斜坡回填. 深南大道地势标高13.87 m, 南侧地势较低, 标高9.71 m, 高差4 m左右. 左线变形缝正好处于回填斜坡下, 中线(渡线)以及右线位于回填平坡下.

地面建筑除了以前的福田汽车站外, 在车站西南侧还新修建了一座福田交通枢纽, 其侧墙离车站左侧行车线约11 m. 交通枢纽回填地面标高约为13.4 m, 基本与深南大道地面标高齐平, 其地面低于回填面约6.2 m. 依据地质详勘报告, 车站东西两侧变形缝处的地质从上至下依次为4.0～8.0 m厚素填土层, 4.0～5.0 m厚砾砂层, 12.55～16.25 m厚砾质粘性土层. 区间隧道结构底板埋深约13.5 m, 主要位于砾质粘性土上.

在地铁运营期间, 车站西侧左沟底突发涌水, 水质夹带泥砂并发臭, 根据现场观察, 东西两侧变形缝处均有不同程度的漏水、破损及沉降, 其中以西侧左线隧道变形缝漏水、破损最为严重, 与之相连的区间结构沉降量比较大, 隧道顶板与车站顶板有明显错台, 并且从道床两侧析出的砂层可以看出,道床与结构底板已经严重脱离, 道床只是在钢轨的作用下没有下沉.

2 监测与物探结果

病害发生后, 有关单位即对该病害进行了检测.

通过对竹子林车站左右线及变形缝两端各150 m隧道左右线整体道床进行了全面测量, 对比现在和以前相同监测点的监测数据(包括沉降量和位移量), 计算分析结果显示： 自地铁运营至今, 车站西侧左线车站端累计下沉3.3 mm, 区间端累计下沉12.7 mm; 西侧右线车站端累计下沉8.6 mm, 区间端累计下沉12.3 mm. 并且由于水土流失, 西侧左线区间隧道的沉降可能还会加剧. 坐标监测结果未发现明显变化.

同时采用地质雷达法对变形缝病害进行了无损检测, 检测的主要内容是道床及隧底结构的空洞,以及其他内部缺陷分布情况. 检测时充分考虑隧道结构与病害缺陷的关系, 沿道床顶面的表面纵向布置测线, 分别位于道床中、左、右位置, 共计 3条测线. 根据物探报告分析, 变形缝两侧各 10～20 m范围内结构底板下存在砼不连续的界面, 地基基础土体较松散, 深度为结构底板下1.0 m左右.

3 病害处理方案

西侧左线变形缝处渗漏水最为严重, 其它地方病害情况程度类似. 本文以西侧左线变形缝病害处理方案为例进行介绍.

对于地下结构漏水, 并且已造成了结构的下沉这种情况, 必须进行堵水和加固地层处理. 常用的方法有很多, 如采用旋喷加固、注浆堵水加固、大开挖后重新处理地基并重做结构外防水层等等. 针对竹子林站西侧隧道变形缝漏水较严重的情况, 结合地质条件和水文条件, 旋喷加固需在静水位以上,此方法不适用; 大开挖法应有非常多的现场条件才能施工, 也不适用; 注浆法可以通过压力注浆将注浆材料通过泵压入地层的空隙中, 堵住由于漏水而造成的空洞, 起到堵水的作用, 同时压力注浆还能压密土层, 提高土的承载力. 底板上的注浆孔通过注浆, 形成多个微小型水泥桩, 起到加固地层的作用. 因此, 压力注浆法是有效的技术方法.

通过对变形缝病害状况的监测物探结果及原因分析, 利用系统工程的原理, 整治设计按以下思路综合进行： 首先在隧道内注浆堵漏, 对结构底板地基进行加固, 然后填充道床与底板空隙排除结构内渗漏水的隐患, 最后进行变形缝防水层修复.

处理措施如下：

1) 洞内止水. 清理现有的变形缝, 但尽量保留原有的止水装置, 防止漏水进一步发展. 封堵材料选用具有快速凝固作用的锚固剂. 封堵时, 根据漏水的情况, 从不漏水或漏水不严重的地方开始, 逐步进行封堵. 同时, 按间距约500 mm(根据实际情况进行适当调整)预埋注浆管.

2) 地基加固. 根据变形缝的漏水情况, 注浆加固、堵水区域主要以隧道结构底板和侧墙之间区域为主, 注浆范围为变形缝左右13 m的范围内, 车站内3 m, 隧道内10 m. 通过注浆过程中浆液扩散, 充填地层的空洞, 挤密地层, 堵塞漏水的通道. 同时, 加固和稳定地层, 防止隧道结构再沉降. 钻孔沿变形缝向两侧均匀布置, 孔距为1 m, 可根据现场实际情况进行调整(图1).

图1 注浆孔展开布置示意图

3) 道床与隧道底板空隙填充. 在道床上垂直打设Ф14 mm注浆孔, 300 mm × 300 mm梅花型布置, 深度为400 mm, 孔内埋设Ф12 mm的注浆管, 纵向从变形缝10 m处开始设置(图2), 注浆管全部预埋好后, 一次性灌注.

图2 道床注胶孔布置示意图(单位： mm)

4) 防水层修复. 注浆前清理原刚性密封剂, 整平变形缝凹槽, 不平时用环氧树脂补平, 在槽内安装Ω形橡胶止水带.

4 施工过程及施工方法

1) 注浆堵水、加固施工[5].

注浆采用多次序注浆的方式： 第一序注浆, 注浆孔间距2 m, 充填大部分的地层空隙; 第二序注浆,是精细化注浆, 加深注浆孔深, 注浆孔间距也是2 m, 根据前序注浆的参数, 包括注浆压力、注浆量等情况, 调整注浆孔的深度, 增大注浆压力, 继续挤密地层, 扩大注浆范围, 彻底堵住漏水的通道, 并加固地层. 注浆时采用先注侧墙孔, 再注底板孔的次序. 钻孔布置时要避开隧道内已有设备. 钻孔直径Ф42 mm. 钻孔深度, 一序底板孔2～2.5 m, 二序底板孔3～3.5 m(穿透600 mm隧道结构、150 mm混凝土垫层、500 mm换填层, 进入地层), 侧墙和顶板孔深1.5 m. 注浆管长度, 一序底板孔注浆管长1～1.2 m, 二序底板孔注浆管长3 m, 侧墙孔注浆管长1 m. 注浆压力达到终压, 稳定5 min, 即可关泵, 停止注浆, 此孔注浆就为合格注浆.

注浆结束后检查变形缝处是否还渗漏水, 如果变形缝处仍有漏水情况, 利用原注浆孔或者重新钻注浆孔继续进行注浆, 如果变形缝没有漏水, 进行再封堵. 封堵时, 清理变形缝, 切除注浆管, 用清水清洗表面, 吹风机吹干变形缝, 然后再用弹性聚氨酯材料封缝胶进行封缝处理, 最后安装橡胶止水带.

2) 道床与底板之间裂缝填充.

因隧道下沉的原因, 道床与隧道底板之间存在大面积的空隙, 空隙的存在将会对地铁车辆的运行产生非常大的危害, 必须进行充填. 处理方案是压力注化学浆(环氧胶), 施工时按照钻孔→清孔→安装注胶针头→注水试压→注胶→拆除针头的顺序进行施工.

施工中要根据设计要求和试水实际情况控制钻孔位置、深度, 以达到胶体能够注入底板和道床间空隙并使其完全充满; 钻孔时碰到钢筋孔位必须挪动, 以保证注胶能够达到范围; 针头与底板接合处用高强水泥封闭密实, 注胶达到相应的压力, 保证缝内胶体饱满, 而且每个孔的注胶都要一次注完,泵内胶体不够时及时配料补注.

5 整治效果

通过压力注浆, 充填了区间隧道四周的空隙, 特别是隧道两侧和底部, 地下水已被隔离, 消除了变形缝渗漏水的现象, 隧道已处于稳定状态, 注浆施工达到了工程预期效果.

通过在隧道底板与道床之间压力注化学浆, 注入了可在水中固化的环氧树脂, 恢复了道床的完整性, 对轨道的安全及地铁列车安全运行起到了很好的作用.

6 结论

本文通过对竹子林车站西侧左线变形缝病害整治方案和施工技术的研究, 得到如下结论：

1) 对于不同的隧道水害工程, 应根据工程的实际情况选用合理的整治技术.

2) 注浆条件允许的情况下, 采用定向压力注浆法对地下结构进行堵水加固是非常有效的, 且能节约成本, 保证工程快速、安全、顺利完成.

3) 压力注浆施工方案必须建立在对病害情况以及施工区域地质和水文条件充分了解的基础上,这样才能减少返工和材料浪费, 达到预期的施工效果.

[1] 张旻. 既有隧道渗漏水病害的治理[J]. 科技信息, 2011(7)： 223.

[2] 李闽. 隧道水害及防水板无钉施工技术[J]. 徐州工程学院学报： 自然科学版, 2011, 26(1)： 58-61.

[3] 王学武. 南京地铁二号线元通站深基坑涌水采用双液注浆封堵加固施工技术[J]. 职业技术, 2007(7)： 63.

[4] 胡哲锋. 地铁隧道注浆试验及效果检验[J]. 西部探矿工程, 2008(7)： 181-183.

[5] SL62-94. 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].

(责任编校： 江 河)

Application of cement slurry injection through directional drilling to improve water disasters in the tunnel——Take the zhuzilin station in Shenzhen as an example

HUANG Ke
(Operation Branch of Shenzhen Metro CO., LTD., Shenzhen 518000, China)

The zhuzilin station locates in south of shennan avenue in Shenzhen, this paper introduces the disease of the movement joint in left line of the west side of zhuzilin station, and as an example, the management alternative and construction process were discussed. The results indicated that, based on fully realizing the disease and condition permission, cement slurry injection through directional drilling is effective and acquire the expected effect. This constructional method is helpful to the simple projects.

water disasters in the tunnel; constructional method; pressure grouting

U 457+.2

1672-6146(2012)02-0060-04

10.3969/j.issn.1672-6146.2012.02.015

2012-05-03

黄珂(1967-), 男, 工程师, 主要研究方向为轨道、隧道、桥梁、房建等的检测及维修加固.

E-mail： jjgbaby1973@163.com