砂层深孔注浆实验及成果分析

陈 安

(北京市轨道交通建设管理有限公司，北京 100080)

1 工程概况

1.1 项目概况

北京地铁某暗挖区间下穿既有地铁站，为提供作业条件，在暗挖区间南端设置横通道，横通道采用台阶法施工，断面尺寸为4.7m×12.75m,5.2m×12.75m，分四层开挖，其中横通道与既有M7号线距离最短距离为6.204m，最远距离为9.476m。

图纸设计横通道12.45m～63.64m为超前加固措施为初支范围外3m全断面深孔注浆，与暗挖区间超前加固措施一致。为保证注浆效果、减小对既有线的影响以及为后续下穿既有线提供具体注浆参数，对横通道2m～12.45m进行深孔注浆实验。

1.2 水文地质情况

横通道范围由上至下穿越内地层为：粉质黏土层、粉细砂层和砂质粉土层；暗挖区间拱顶为粉质黏土，上半断面为粉细砂，下半断面为砂质粉土。

2 深孔注浆施工方案

2.1 施工准备

(1)止浆墙施工 防止深孔注浆过程中工作面漏浆，施作止浆墙，上下导洞止浆墙均采用φ6.0双层钢筋网，φ22@500×500mm钢筋锚杆，L=2m，喷200mm厚C20混凝土进行封闭。

(2)注浆孔布设 钻机就位之前，先进行测量放线工作，测量出每个孔的具体位置并进行编号，并用红油漆标出。

(3)技术准备 项目部技术部门组织现场技术人员及注浆施工人员的技术交底会，确保现场人员熟悉技术交底相关内容，并在配浆站明显位置悬挂浆液配合比标识牌。

2.2 定孔位

深孔注浆在注浆部位标识出孔位，钻孔孔位偏差不宜大于 200mm, 成孔偏斜率不宜大于1%。

2.3 钻孔

(1)钻机按指定位置就位，调整钻杆的垂直度。对准孔位后，钻机不得移位，也不得随意起降。

(2)注浆前检查注浆管路及连接件、孔口管、止浆塞等，并进行试压。

2.4 浆液类型

由于选取注浆试验段内地层为细砂，同时存在层间滞水，且走向不明，普通水泥浆液固结缓慢随水流失过多起不到有效加固效果，因此选取普通水泥浆液无法进行试验，从而选取浆液类型为水泥-水玻璃双液浆，注浆浆液采用水泥-水玻璃双液浆，注浆方式为钻杆后退式。相关浆液材料如下。

水泥：普通硅酸盐水泥P42.5，水灰比为0.8∶1～1∶1。

水泥—水玻璃双液浆的体积比C∶S=1∶1，水玻璃浓度15～40波美度，注浆压力0.3MPa～0.5MPa。

2.5 机械选取

钻孔机械：郑州TZB100/150，多功能钻机，每节钻杆长2m，可调整钻孔角度，满足施工需求。

注浆机械：镇江ZBSB-70-11注浆泵及配套高压管、消音器及测定工具。

制浆设备：水泥浆搅拌桶。

测定仪：CJ-G6型灌浆自动记录仪。

2.6 注浆孔分布

参考DB11-1444-2017《城市轨道交通隧道工程注浆技术规程》第19页9.2.1，此段地层浆液扩散半径取值范围为250mm～500mm，实际施工时以扩散半径为250mm考虑，每个孔位间距0.5×0.5m，梅花形布置。

2.7 单节钻杆深孔注浆量

浆液设计用量Q=V·n·α·β

式中：Q-注浆量(m3)；V-被加固的土体体积(m3)，扩散半径为250mm，即0.25m，孔长10m，每节钻杆长2m，单节钻杆加固土体积=3.14·0.252·2，即0.392 5m3；n-地层孔隙率，可按地质勘察报告中给出的地层孔隙率取值，或参考DB11-1444-2017《城市轨道交通隧道工程注浆技术规程》第7页4.2.1，因地层多为粉细砂、细砂、中砂，应选33～49%，本次计算取中，按41%计算。α-地层填充系数，因本次注浆扩散形式主要为填充、渗透，因此宜取1。β-浆液损失系数，宜取1.2～1.4，本次计算取中，按1.3计算。

单孔设计注浆量Q=1.962 5·0.41·1·1.3≈1.046m3(保留3位小数)。

单孔每节钻杆注浆量Q=0.392 5·0.41·1·1.3≈0.209m3(保留3位小数)。

3 深孔注浆实验

3.1 浆液配比

因水泥浆水灰比及水玻璃波美度均为范围值，现场在此范围内进行浆液调制，实验段注浆孔共计30个， 通过在不同孔位注配置不同配比的浆液，以确定最适合此段地层浆液配比(因波美度>30的水玻璃在实际操作中较为粘稠，在水泥—水玻璃体积比为1∶1的情况下， 凝结时间较快，易堵管，不具备操作性，现场实验时仅调制波美度15～30水玻璃)。

3.2 深孔注浆施工

注浆顺序从上到下，同一排孔位应间隔注浆，预留部分孔位作为泄水孔，防止注浆过程中因压力增大导致止浆墙开裂，同时若注浆压力骤然升高或永不升高，应先停止注浆，找出原因并解决后继续注浆，确保施工过程安全与质量，同时注浆过程中随时观察初期支护是否变形，如有变形应当立即停止注浆，待重新加固后继续进行注浆。

工艺流程

(1)钻孔：待定位确定好后，钻机根据点位进行固定，钻机使用无缝钢管进行钻孔，孔位偏差不宜大于20mm，成孔偏斜率不宜大于1%。

(2)检查：注浆前检查注浆高压管及连接件、孔口管等，并进行试压。防止出现安全事故。

(3)注水：寻找可能冒浆处并进行封堵。

(4)配浆：浆液配比中需按照实验要求进行配比。

(5)注浆：注浆时每根注浆管需要按照实验要求进行注浆，以便于后续开挖时观察同种浆液配比，不同注浆量的注浆效果；不同种配比值的浆液注浆时应具有一定距离，且注浆时应确保注浆量相同，以便于后续开挖时观测不同配比值浆液的效果；注浆时应确保注浆压力在可控范围内，同时应关注止浆墙是否出现变化。

(6)注浆实验相关数据。

(7)注浆结束标准：注浆孔达到设计孔深，注浆过程中压力逐渐上升，流量逐渐将少，当压力达到注浆终压0.5MPa，可结束单孔注浆；注浆孔达到设计孔深，注浆压力未能达到设计终压，注浆量已达到设计注浆量2倍，即0.418m3，可结束单孔注浆。

3.3 一般情况分析及处理

注浆过程中常出现管路堵塞、跑(串)浆等问题时，主要原因及处理措施参照以下表1处理。

表1 管路堵塞、跑(串)浆主要原因及处理措施参照表

3.4 异常情况分析及处理

(1)冒浆 注浆过程中时刻关注止浆墙、降水井、初支墙壁等是否出现问题、由于后退式注浆压力较大，浆液渗入地层后，可能会随处流动，导致喷射砼喷射较薄弱处出现冒浆，发现冒浆后应立即进行停止注浆，进行封堵，确认无问题后可继续注浆。

(2)注浆管堵住 因需要观察不同波美度水玻璃的注浆效果，可能会因为波美度浓度过高，导致浆液凝结过快，从而堵死注浆管，一旦出现问题，应先停止注浆，后确定是否是因为浓度过高导致。如果因浓度过高导致，应该迅速做好记录并更换其他浓度。

(3)压力值异常 应随时关注压力表读书，如果压力值长时间不动，一直超过规定压力，因先停止注浆，确定是否是压力表出现问题，如果是压力表问题应更换压力表方可继续注浆，并随时观察。

(4)注浆量调整 地层的注浆量是否合适是地层加固的效果的体现，采用隔孔注入方式，这样既避免注浆孔互相影响，又使后注孔起到补充先注孔的作用，保证土体浆液扩散均匀。

4 监控量测情况

横通道、导洞上方监测点共340个沉降监测点，其中既有线附近沉降检测点73个，施工期间通过对横通道、既有线、周边管线及建构筑监测点进行监测，监测数值无变化。

5 成果分析

5.1 注浆效果

通过调整水玻璃波美度、水泥浆水灰比，在同波美度情况下，水灰比为0.9∶1注浆效果最好，而在同水灰比情况下，波美度为25注浆效果最好，20稍次之，具体实验结果如表2。

表2 调整水玻璃波美度、水泥浆水灰比实验表

5.2 注浆强度

根据设计要求：地层注浆加固后单轴抗压强度应达到0.6MPa～0.8MPa。

实验段注浆加固完成后，委托具备检测资质的第三方对不同配比情况下注浆孔注浆效果进行检查，共抽取7个垂直探孔，每个探孔孔径50mm，取芯的样品拿到第三方检测出检测报告，具体注浆强度如表3。

表3 注浆强度检测表

6 结 论

(1)地下水对注浆施工影响较大，施工前严格按照要求进行降水，如不具备降水条件，则需调整水玻璃波美度，加快双液浆凝结时间，确保注浆效果。

(2)深孔注浆每段长度为10m～15m，本次实验段为10m，在此配比情况下，注浆过程中，后8m～10m易出现堵塞注浆管现象，而同水灰比，水玻璃波美度为20未出现此情况，因此，粉细砂、细砂、中砂地层0～8m深孔注浆段深孔注浆水灰比为0.9∶1，水玻璃波美度为25，而8m～10m、8m～15m深孔注浆段深孔注浆水灰比为0.9∶1，水玻璃波美度为20。

暗挖车站施工步骤较为复杂，多次临近既有线施工沉降控制比较困难，通过以上组合措施控制，有效地减少地面及既有线内施工沉降，同时对沉降监测曲线分析等结论分析，为后续类似施工提供了参考。