组合注浆施工技术在电力隧道穿越老旧民房施工中的应用

彭 峰，孔 恒，于 良

(1.北京交通大学，北京 100044;2.北京市政建设集团有限责任公司，北京 100045)

1 工程概况

北京市新建南苑变电站—玉泉营变电站电力隧道工程，位于北京南三环和南四环之间，隧道采用浅埋暗挖法施工，在石榴庄路至玉泉营变电站区间隧道向下穿越当地居民的老旧民房，隧道开挖轮廓线拱顶距地表房屋最近距离4.5 m，房屋没有整体基础，直接地表砖砌结构。按原设计施工方案，该民房需进行拆迁，但实施房屋拆迁需要较高的费用和较长的时间，为解决此项问题，参建各方进行专项技术讨论，决定先采用深孔注浆工艺在隧道内超前加固地层，再进行隧道开挖施工的方案，暗挖下穿该段民房。这个方案虽然能节省时间和省去大量的拆迁费用，但对隧道内超前预注浆的效果提出了很高的要求，即要求实现隧道开挖施工穿越后，隧道上方地表及房屋能达到“零沉降”的要求。房屋照片及隧道断面尺寸与房屋位置关系如图1和图2。

图1 老旧房屋照片

图2 隧道尺寸及隧道与房屋位置关系

2 工程地质

该段穿越民房的隧道埋深4～5 m，从地表向下地层依次共分为三层，第一层为人工堆积层，含房渣土层、粉土填土层，第二层为新近沉积层，含粉质黏土～黏质粉土、粉砂、细沙、卵石，第三层为一般第四纪沉积地层，含粉质黏土层、粉细砂层、中粉质黏土层、卵石层。隧道基本位于第二层的卵石层内，地层自稳能力差，隧道拱顶上方土体的下沉不易控制。所以必须选用最合适的注浆工艺和方法，达到最佳的注浆效果，才能满足工程要求。

3 注浆加固工艺比选及确定

本注浆工程对地层加固效果要求的特点是:①地表房屋要实现“零沉降”，这就要求加固后的地层土体强度高。②注浆浆液必须是永久凝固，不能因浆液后期分解而出现隧道下穿通过后地表持续缓慢下沉的情况。③施工工期紧，注浆工艺必须是简单易行、快速施作。④注浆工艺实施的造价不高。

目前，在国内地下工程中水平深孔注浆加固施工(垂直注浆除外)主要采用四种注浆工艺进行施工，分别是双重管注浆工艺(也称WSS工艺)、水平旋喷注浆工艺、水平袖阀管注浆工艺、TGRM前进式注浆工艺。

1)双重管注浆工艺(WSS)。双重管注浆技术是采用双重管钻机钻孔至预定深度后从中空的钻杆内进行后退式注浆，注浆材料采用水泥—水玻璃双液浆或改性水玻璃浆。该工法的优点是实现了长距离的深孔注浆，相对于传统的小导管注浆工艺扩大了注浆加固范围。缺点是该工艺仅能使用含速凝材料的水泥—水玻璃双液浆或改性水玻璃浆，液浆固结体的有效强度只能维持在二周左右，二周后浆液将分散流失，在隧道壁上出现白色挂浆固体，所以双重管注浆只适合于对注浆加固效果要求时间不长的临时性注浆加固，不适用于对沉降要求较高的穿越构筑物加固项目。

2)水平旋喷注浆工艺。水平旋喷注浆是在竖直旋喷注浆工艺基础上发展而来的一种注浆工艺，其原理是浆液在高压作用下(20 MPa以上)剪切置换地层，在隧道前方形成浆土加固混合体。水平旋喷注浆的优点是加固效果直观、浆液固结体强度高，缺点是仅能适用软土地层，注浆工作压力很高，对地层剪切破坏严重，浆液回流损失率高(40%以上)，施工成本较高，施工环境不好，容易产生地表隆起。

3)水平袖阀管注浆工艺。水平袖阀管注浆是一种“精细”的注浆方法，工序是先施作袖阀管，在袖阀管内插入止浆塞(水囊、气囊或皮碗式)进行分段注浆。水平袖阀管注浆的优点是能实现真正意义上的定域、定压、定量、往复精细注浆，注浆施工质量有保证。缺点是施工成本相对较高和施工速度较慢，一般仅在特别困难的地层或有特别重大风险源的注浆加固工程中推荐采用。

4)TGRM分段前进式超前深孔注浆工艺。TGRM分段前进式超前深孔注浆工艺是钻、注交替作业的一种注浆方式，即在施工中，实施钻一段、注一段，再钻一段、再注一段的钻、注交替方式进行钻孔注浆施工。每次钻孔注浆分段长度2～3 m。止浆方式采用孔口管法兰盘止浆。该工艺的特点是使用特定的灌浆材料，工艺简单、施工速度快、效率高，施工成本相对较低且注入的浆液为永久加固，浆液不分解。

5)组合注浆工艺的确定。综合本工程对注浆效果的要求和分析以上四种注浆工艺的特点及成本、工期等综合因素，决定采用以TGRM前进式深孔注浆工艺为主，袖阀管注浆工艺进行补充加固为辅的组合注浆施工技术，确保注浆效果和隧道穿越民房时的绝对安全。

TGRM前进式分段注浆施工工艺模式如图3。袖阀管注浆施工工艺模式如图4。

图3 TGRM前进式分段注浆施工工艺模式

图4 袖阀管注浆施工工艺模式

4 TGRM注浆材料的特点

本工程选用的注浆材料是TGRM水泥浆，浆液配比在(0.8～1.2)∶1.0之间，TGRM特种灌浆材料具有如下特性:

1)早强性。在水灰比1∶1的使用条件下，浆液的初凝时间为20 min，30 min后浆液固结的强度可达到0.3 MPa，2 h的强度可达到 2 MPa，24 h的强度可达到10 MPa以上，使隧道被注浆加固后，不需要等待浆液凝固即可实现开挖施工，与普通水泥浆相比，提高了施工效率。

2)耐久性。TGRM注浆材料主要成分为P.O52.5水泥，外加多种特种外加剂组成，为永久性注浆加固浆材，浆块与混凝土块耐久性相当，可满足工程100年的使用寿命要求。与水泥—水玻璃双液浆相比，即达到了双液浆早期凝固的要求，又解决了双液浆没有耐久性的问题。

3)微膨胀性。与一般浆液凝结固化体积收缩相比，TGRM浆液在注入地层固化的过程中浆块具有1%～2%的膨胀率，能有效填补钻孔注浆施工过程中对土体的扰动而引起的隧道围岩变形。

4)可开发性。经过近几年的发展，针对不同地层TGRM灌浆料开发出了系列产品，如:针对地下水丰富地层注浆施工的防水型、粉细砂层的超细型、疏松地层的发泡型及普通早强型。

5)综合性。TGRM浆液同时具有早强性和耐久性的特点，既解决了双液浆早强但不耐久的缺点，也解决了普通水泥浆液扩散无法有效控制、在固化时浆块收缩、注浆后的隧道开挖施工需等待等问题。

6)TGRM浆与普通水泥浆、水泥—水玻璃双液浆室内试验，浆液性能结果如表1所示。

表1 浆液性能试验结果

5 注浆参数设计

1)注浆加固范围见图5。由于要求注浆加固效果达到隧道开挖过后，地表实现“零沉降”的目标，结合类似工程经验，确定全断面超前预注浆的加固范围为隧道开挖轮廓线外2 m，隧道前进方向加固循环长度为14 m，开挖12 m，预留2 m作为止浆岩盘。

2)TGRM注浆工艺孔位布孔方式采用圆形布孔法，每循环共布置2圈，共计24根，钻孔角度呈放射状。袖阀管注浆工艺孔位布孔方式采用沿拱顶呈弧形布置，终孔时的孔间距60 cm，孔位布置如图6、图7所示，其中A、B孔序为TGRM分段前进式深孔注浆孔，C孔序为袖阀管注浆孔。

3)注浆参数。注浆材料采用TGRM特种水泥浆，浆液的水灰比为(0.8～1.2)∶1.0，袖阀管的套壳料采用普通水泥与普通膨润土参配，配合比为水泥∶膨润土∶水 =1∶2∶3，其他参数详见表 2。

图5 注浆加固范围示意(单位:mm)

图6 开孔位置布置

图7 终孔交圈(单位:mm)

表2 注浆参数

6 组合注浆施工工艺施作过程

本段电力隧道注浆施工自2009年5月20日开始，到2009年6月26日结束，历经37 d，共完成3个循环40 m的注浆施工任务，其中每循环注浆施工时间在4～5 d，其余为工序交换、开挖支护等时间。具体的注浆加固施工工艺和过程如下。

1)施作止浆墙。止浆墙采用喷射C30混凝土，厚度30 cm，施作止浆墙时一次性喷射成型并确保混凝土止浆墙的强度及注浆施工质量。

2)先进行TGRM前进式注浆施工。注浆孔采用MDZ-5S钻机成孔，钻孔后安设φ 108 mm孔口管，孔口管长度80 cm，孔口管装入土层内60 cm，外露20 cm，再进行前进式分段深孔注浆。

3)前进式深孔注浆的施作顺序。前进式注浆孔的施作顺序基本上按以下原则进行:①跳孔施作(也称两序孔作业)。注浆孔的施作要求跳孔进行，即先施作奇数孔，然后再施作偶数孔。这种施作顺序既能较好地控制注浆区域，保证注浆效果，又能节省浆液的用量。②发散型注浆。即注浆按B圈→A圈原则进行。③充分考虑北京地下水流动因素的影响，注浆顺序按由下到上、由北到南进行。

4)袖阀管注浆工艺补强施工。① 先进行注浆孔的成孔施工，如果地层有一定的直立性，成孔工艺使用潜孔锤成孔再下入袖阀管即可。如地层没有直立性则需使用套管钻机成孔。本工程采用的是潜孔锤成孔工艺。② 袖阀管注浆工艺施工采用“注一遍套壳料、二遍浆液”的注浆方法，顺序为:先注套壳料—注TGRM浆(水灰比为 0.8∶1.0)—再注 TGRM浆(水灰比为1.2∶1.0)。

7 结语

1)监控量测显示，隧道穿越房屋后，房屋下沉达到了“零沉降”的要求，量测结果见图8所示，监测波动值均在±3 mm以内，认为基本是由于光学监测仪器误差造成的，地表房屋没有实质性的沉降。说明注浆施工达到了预期的效果，注浆施工工艺及方案选择合理。

图8 监控量测数据统计表

2)在修建地下工程过程中，如果选择合适的注浆施工方法穿越地表既有构造物，就能避免工程建设中拆迁工作的困扰与麻烦，大大节省工程费用。

3)在类似工程中，如果注浆加固的地层更为复杂，注浆要求到达的效果更高，则可通过增加袖阀管注浆孔的数量，增加单孔袖阀管往复注浆次数的方法，进一步提高注浆施工的质量。

4)每项注浆工程都有特定的工程地质条件和注浆施作条件，并且注浆施工所要达到的效果和目的也都不尽相同，所以注浆工艺的选择一定要具有针对性的。有的项目是选择一种注浆工艺，有的项目需要多种注浆工艺组合进行才能达到预期的注浆效果。笔者多年从事注浆工程项目的施工与注浆工艺研究，经历各种注浆工程已达百余项，还没有出现注浆施工方案完全相同的工程项目，这说明了如果注浆施工方案不经专家进行论证，仅以一种注浆施工工艺“包打天下”的注浆施工方法是不可取的，盲目的注浆施工对工程本身的安全是巨大的威胁，选择不恰当的注浆方案可能是在创造工程风险而不是消除工程风险。

［1］孔恒，彭峰.分段前进式超前深孔注浆地层预加固技术［J］.市政技术，2008，26(6):483-486.

［2］张民庆，彭峰.地下工程注浆技术［M］.北京:地质出版社，2008.

［3］宋新杰，高强.铁路隧道大型溶腔注浆加固施工技术［J］.铁道建筑，2007(4):57-59.

［4］北京市政建设集团有限责任公司，北京中铁瑞威基础工程有限公司.TGRM分段前进式超前深孔注浆施工工艺［P］.中国:200810117217，2008.