砂卵石地层地铁隧道超前深孔注浆技术应用

郭 峰

（中咨工程建设监理有限公司，北京 100048）

目前，地铁隧道的施工方法主要有浅埋暗挖法、矿山法、盾构法等，其中矿山法具有适用各种地质条件、沉降控制效果好、对地面交通影响小等优点，在区间隧道施工中应用范围最广。超前小导管注浆技术是矿山法施工中最常用的隧道拱部地层加固技术，具有以下优点：1） 在隧道拱部形成改良地层壳，增强了地层强度，提高了施工安全性；2）施工速度快，简单易操作，适用性强；3） 逐步控制，易调整施工参数，适用不同地层；4） 成本低廉，施工周期短，经济性好。结合北京地铁3 号线1 标工人体育场站的地质条件，对松散砂卵石地层小导管超前加固技术进行研究，提出改良方法。

1 工程设计概况

本站为3 号线与17 号线两线换乘站，3 号线在下，17号线在上，采用T 型节点换乘。3 号线车站为岛式车站，车站长253.4 米，总宽23.3 米，有效站台长186 米，站台宽14米，拱顶覆土厚度12.5 米，板底埋深36.9 米。主体结构为地下三层直墙三连拱结构，采用暗挖PBA 功法逆筑施工。

工程影响范围内存在局部不连续上层滞水及位于隧道底板以下超过1m 的潜水，大部分工程为无水施工，局部存在滞水。

2 深孔注浆加固原理

注浆施工中，浆液在地层中的作用方式主要表现为4种：渗透扩散、劈裂扩散、裂隙填充和挤压填充。渗透扩散是指浆液在压力作用下，在不改变土体结构和颗粒排列的情况下，挤走颗粒间的游离水和空气，达到填充土体孔隙的目的，浆液凝结后，达到加固土体与堵水作用。通过增大注浆压力，浆液向地层孔隙的更远处渗透。劈裂扩散是当注浆压力超过劈裂压力时，土体产生水力劈裂，也就是土体内突然出现裂缝，于是地层吸浆量突然增加，浆液呈脉状进行渗透。劈裂扩散时，浆液在注浆压力作用下先后克服地层的切应力和抗拉强度，使其在垂直于最小主应力的平面上发生劈裂，浆液便沿此劈裂面深入和挤密土体，并在其中产生化学加固和形成作为骨架的浆脉。劈裂扩散通过形成网状劈裂脉，使土体的力学性质及透水性得以改善，从而达到注浆加固和堵水的目的。在以砂卵石和中粗砂为主的地层中，浆液的作用方式主要是渗透扩散和劈裂扩散。

3 二重管深孔注浆施工技术

3.1 工艺流程

二重管深孔注浆是采用钻机钻孔到预定位置后，关闭喷气孔，将注浆泵将两种或多种浆液分别注入注浆管，在端头混合室进行混合，进行横喷射，将浆液注入地层。

3.2 浆液特性

1） 水泥－水玻璃双液浆水泥－水玻璃浆液简称CS 浆液，它是一定水灰比的水泥浆和一定质量浓度的水玻璃溶液，按一定比例混合，必要时加入速凝剂或缓凝剂形成的注浆堵水材料。水泥－水玻璃浆液的初凝时间可控，变化范围为十几秒到几十分钟，浆液结石率100%，结石强度高，较单水泥浆液在凝结时间、结石率方面都有所改善。水泥－水玻璃双液浆一般按体积比1∶1 进行配置，根据需要凝结时间可对水玻璃质量浓度和2 种浆液配比进行适当调整；2） 超细水泥－水玻璃双液浆注浆液由超细水泥浆加水玻璃浆液配制而成，浆液注入地层后，水玻璃可与土层中碳酸钙起化学反应生成硅胶，超细水泥与土颗粒及土层中其他填充物胶结。同时水玻璃可促使水泥早凝，避免沉淀、析水，保证浆液和易性、可注性，充分利用水玻璃溶液黏度低、可注性好、来源广泛、无污染、造价低的特点和超细水泥粒径小、可灌性好、强度高的特点。

3.3 超前长小导管注浆技术

某地区砂卵石地层具有松散、级配差、孔隙填充物以中粗砂为主、黏结性差、卵石粒径大、漂石较多等特点，因此在施工时超前加固效果的好坏将直接影响开挖面稳定性。采用矿山法施工隧道时，一般的超前小导管注浆加固技术由于加固范围有限、打设难度大等原因易造成安全隐患，而深孔注浆技术由于工期长、成本高等原因限制了其应用范围。针对以上问题，结合该工程特点对小导管进行改进，增加小导管长管并加强封孔措施，以应对塌方处理及松散地层的超前加固。经过现场试验证明，超前长小导管注浆技术应用效果较好，能够快速处理并通过塌方区域，断面变化部位超前加固速度快，对工期影响较小。

4 结语

本工程在地质条件不良和环境复杂地区采用深孔注浆技术预加固土体，改善了软弱围岩的力学性能，提升了土体的自稳能力，有效的控制了沉降，为暗挖隧道的施工提供了安全保障，也保证了管线的安全和地面交通的正常运行，取得了良好的效果。在采用二重管深孔注浆工艺时，应考虑以下因素影响：1） 应根据工程的地质条件，结合项目工期及成本控制，合理选择深孔注浆工艺。2） 虽然二重管深孔注浆工艺适用性好，应用较为普遍，但是注浆材料、配比以及注浆压力等参数选择受地质条件影响较大，需因地制宜合理选择。