袖阀管注浆在松江站地基加固中的应用

周 麟 上海铁路局安徽铁建工程公司

1 概述

袖阀管注浆施工工艺是一种结合劈裂注浆、压密注浆等现代注浆加固理论而发展的新型地表深层注浆加固方法。其工艺具有以下特点：

（1）袖阀管结构主要由Φ42 mmPVC外管、Φ22 mm镀锌注浆内管、软橡皮套、密封圈组成，每隔0.33 m，管壁钻设1圈6个射浆孔（梅花型布置），外包软橡皮套。

（2）袖阀管是一种只能向管外出浆，不能向管内返浆的单向闭合装置。注浆时，借助外压将管壁上射浆孔外的软橡皮套冲开，浆液进入地层，如管外压力大于管内时，小孔外的橡皮套自动闭合。

（3）每个管节长度固定为33 cm，可以根据地层情况调整注浆长度，实现定量、定尺可控注浆；可以根据需要灌注任何一个注浆段，还可以在不同的管段多次重复注浆。

（4）可以在同一孔位内灌注几种不同的浆液，独特的双向密封注浆芯管设计，可满足不同地层灌注不同浆液的要求；在地铁盾构穿越松江火车站地基加固工程中，设计在上部（地面下4.73 m～10 m之间，注浆加固区浅层）采用了水泥-水玻璃双液浆，下部（地面下10 m～20.92 m之间）采用水泥单液浆。

（5）钻孔与注浆工艺分开操作，提高了钻具机械的工效。

（6）加固土体和止水作用明显，由于可在被加固的地层中进行多点、定量、均衡注浆，浆体在地层中分布均匀、连接紧密，因此大大的提高了被加固地层的整体稳定性。

2 袖阀管注浆加固原理

2.1 袖阀管注浆加固原理

注浆浆液经注浆泵加压后，通过连通管进入注浆钢管聚集到袖阀管管段的射浆孔的地层，当压力逐渐增大到一定程度，再加压浆液就会沿着地层结构产生初始劈裂流动，此时由于供浆量小于吃浆量，压力会自动恢复到平衡状态，续后的浆液在持续压力作用下使得劈裂裂缝不断外延扩散，浆液在土体中形成条脉片状固结体。从而达到增加地层强度，降低地层渗透性的目的。

2.2 水泥-水玻璃压力注浆原理

水泥-水玻璃注浆加固地基，是将水泥-水玻璃浆液，通过土层颗粒间的孔隙强行注入土层中，起到挤密和充填作用，迫使土层孔隙中的部分或大部分水和空气排出，从而加快土层的固结稳定，阻止或控制路基不均匀沉陷。

水泥-水玻璃浆液注入地层后，水玻璃与土层中碳酸钙反应，生成硅胶，水泥与土颗粒及其它填充物胶结。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。注浆液通过土层中孔隙，起劈裂和渗透填充作用，所经之处均与土层牢固胶结，形成坚强持力层，提高地基承载力，消除了土层的湿陷性，使土体遇水不会再产生不均匀沉陷，保持地基土长久稳定。

3 工程概况及加固方案

3.1 工程概况

上海地铁9号线盾构区间在里程K1+980～K2+36范围，松江火车站内下穿沪昆铁路7条线路、2个站台，下穿段长约56 m。

下穿段区间隧道与沪杭铁路在平面上基本正交。

图1为下穿段纵剖面图，盾构隧道中心埋深17.2～17.6 m（上覆土层厚14.1～14.5 m），主要穿越土层为灰色淤泥质粉质粘土和灰色粘土；下穿段线路纵坡坡度为8.5‰，盾构推进方向均为上坡，与北侧2‰纵坡变坡点最小净距为14 m。

图1 下穿段纵剖面图

3.2 工程地质条件

拟建场地地貌形态位于泻湖沼泽相与滨海平原相交汇地带，地面标高一般为3.56～4.51 m之间。工程沿线地基土在48 m深度范围内均为第四纪松散沉积物，主要由饱和粘性土、粉性土及砂土组成，一般具有成层分布的特点。由上至下发育土层主要为：①填土；②灰黄～兰灰色粉质粘土；③灰色淤泥质粉质粘土；④灰色淤泥质粘土；⑤灰色粘土；⑥灰色粉质粘土夹砂质粉土；⑦灰色砂质粉土夹粉质粘土；⑧灰色粉质粘土；⑨灰绿色粉质粘土。

3.3 线路概况

沪昆线上松江站里程为K56+289，7股道全部是普铁，各股道功能：I道为下行正线（兼到发线），II道为上行正线，3、4、5、7道为到发线，11道为机车走行线。站台1宽7.2 m，站台2宽7.6 m，高度为轨面以上0.3 m；下穿段范围内连接线路7、11的道岔为9号道岔，与左线外边缘最小净距12.2 m。

3.4 地基加固方案

（1）对盾构穿越松江铁路工程，采取"先加固、后过轨"方案，在对路基进行预先加固的前提下，再进行盾构穿越施工，以确保行车安全及盾构隧道顺利穿越。

（2）在站内设置4个注浆作业面，隧道结构四周3～4 m，两隧道之间（中心距离13.2 m）同时加固；注浆孔每孔扩散半径0.5 m～1.0 m，注浆孔位按横距0.2 m，纵距1.0 m布置。

（3）地面下 4.73 m～10 m之间（注浆加固区浅层），采用分层注浆加固先实施第一层斜孔注浆，采用复合双液浆（水泥浆-水玻璃）以缩短胶凝时间，控制注浆压力和扩散范围，减少对路基影响；注浆时的施工温度不得超过（或低于）无缝线路锁定轨温±10℃。

（4）第一层斜孔注浆完成后，再进行下部深层地面下（10 m～20.92 m之间）单液（水泥浆）注浆。

4袖阀管注浆施工

（1）机具设备：

注浆设备：YSB-250/120型半液压式双液注浆机；

搅拌机：0.5 m3容量双桶搅拌机，或2个独立浆桶搅拌供浆；

钻孔机具：XB-500型百米液压式回旋钻机；

（2）注浆材料：Po42.5普通硅酸盐水泥、水玻璃；

水泥-水玻璃复合双液浆（水泥与水玻璃体积比 1∶1）；

水泥单液浆（水灰比0.45～0.55）；

（3）布孔形式：梅花形布置，每一工作面按横距0.2 m，纵距1.0 m；

（4）浆液扩散半径：0.5 m～1.0 m；

（5）注浆压力：0.2～0.6 MPa，单峰压力≤1.2 MPa；

（6）注浆流量：20 L/min；

（7）注浆工序：钻孔→埋插袖阀管→浇注套壳料→分次分段注浆；

（8）施工工艺步骤：

①钻孔定位：用经纬仪和钢尺定位。

②钻进成孔：开孔采用Φ89 mm钻头，泥浆护壁，孔径 90～110 mm；钻孔深度达到设计孔深或接近设计孔深时，可以终孔，准确记录孔深，同时做好孔口和孔壁的保护。

③浇注套壳料：

A、套壳料配合比：水泥∶土∶水＝50 kg∶75 kg∶95 kg；

B、套壳料注入方法：把25mm注浆管下入孔底，用注浆泵从注料钢管中注入孔内。

④埋插袖阀管：将连接好的袖阀管下入孔底，埋插时注意不要用力过大导致袖阀管被压瘪或折断，每下完一节，管接头应连接牢固，下部顶端带有锥形堵头；袖阀管应位于孔位中心，这样注浆效果更为明显。

⑤固管止浆：配制水灰比为0.75的水泥浆，在袖阀管与孔壁之间的空隙中下入4″注浆钢管至套壳料顶面，注入水泥浆至孔口返浆，浆面下沉后应多次回灌，以保证固管及止浆效果。

⑥灌注浆液：

A、严格按钻孔和注浆的分序，进行自下而上、逐节分段连续注浆；

B、注浆中，密切控制注浆压力，应控制在0.2～0.6 MPa，单峰压力不超过1.2 MPa，在确保注浆效果的同时，减小对线路变形的影响；

C、中途停止注浆时，应清洗注浆管和袖阀管，以便多次重复灌注浆液；

D、终灌标准：在设计注浆压力下，注浆加固段吃浆量＜2 L/min，稳压5～10 min终灌。

⑦注浆方式和顺序：采用多孔多次分段式灌注；先外排后中间，同排隔孔，邻排错开的灌注顺序，以减少跑浆、防止串浆；同一作业面的不同角度注浆孔，以与地面夹角由小至大的顺序进行；单孔遵循自下而上，逐节灌注。

5 监测措施

（1）在注浆加固过程中，利用30 m电子水平尺对正线轨道沉降进行监测，同时设置地表沉降观测点40个，慢行监护期间轨道沉降或隆起、方向偏移，每次不得超过2 mm，每昼夜累计不得超过10 mm，月累计值不得超过30 mm；

（2）由于注浆加固施工中，依据监测数据，及时调整注浆速率、压力，注浆孔分序，使得线路变形始终控制在允许范围内，变形最大点累计位移为2.68 mm。

6 注浆质量检测

在注浆结束28天后，取不少于灌浆总数的5%，打设探孔，做静力触探或钻芯抽取试件，要求无侧限抗压强度不低于0.8 MPa；以检查注浆段地层土体的厚度、密实度以及地基承载力等物理力学性能。

若不能满足设计要求，则需做补孔继续注浆，直到达到设计标准；检查满足设计要求后，对所有探孔应注浆补强，并用水泥砂浆封口。

7 注浆效果分析

（1）本次注浆总量总超出设计值近35%，一方面因松江站5道、7道下部路基，为原来抛片挤淤处理，空隙率较大；另一方面说明土体吃浆量较大，经注浆后，提高了土体密实度；

（2）从每序孔的注浆成果分析，每序孔的吸浆率逐渐减少，证明设计的注浆参数是合理的；

（3）根据质量检测成果分析，取芯试件无侧限抗压强度达到0.8～0.9 MPa，注浆后的土体物理力学性能有了很大的提高，土体承载力是注浆前的4.5～10倍，所取土样呈劈裂脉片状固结体，注入浆液与原有土体结合密实。

8 结束语

通过精心组织，完全可以控制工期，达到缩短施工周期的目的；同时土体加固和止水效果较好，在施工中通过多次定向、定量、可控注浆，不易造成线路隆起，可以有效地减少对既有线路基的扰动破坏程度；通过该工程实例，证实所采用的袖阀管施工工艺是有效、合理的，同时证明袖阀管注浆工艺在线路沉降抢险、桥台沉陷等方面应用前景是广阔的。