二重管深孔注浆技术在超浅埋暗挖通道复杂地层中的应用

邵利平

(北京中铁隧建筑有限公司，北京100022)

0 引言

随着城市道路建设的不断发展，更多的人行过街通道需穿越城市市政道路工程，施工过程中采取何种支护手段保证地面交通不受影响及地下管线安全尤为重要。文献［1-10］结构断面为拱形隧道、地面覆土较厚、地层变化较小，在通道采取超前大管棚施工。本文过街通道在复杂地层及未施工超前大管棚前提下，采取了二重管深孔注浆技术取代超前大管棚保证了市政道路交通正常运行及地下管线安全，希望通过对该工程施工总结出的二重管深孔注浆参数，对类似工程的施工中有借鉴作用。

1 工程概况

沈阳市青年大街华润—嘉里人行过街通道位于沈阳市青年大街与文艺路交叉口，地道东侧连接嘉香格里拉酒店地下2层，西侧连接华润万象城商业建筑地下1层。通道长58 m，净宽10 m，断面尺寸为12.3 m×6.15 m(宽×高)，为平顶直墙结构，分6部开挖。通道地面覆土2.8～3.3 m，底板埋深10.3 m，按照通道平均覆土3 m、跨度12.3 m计算，即覆跨比3/12.3=0.24＜0.6，本通道属于超浅埋暗挖通道。通道地质较差，地层自上而下为杂填土、粉细沙、中粗砂，通道顶部穿越地段为杂填土，杂填土与粉细砂层组合，其中杂填土地层中含有钢筋混凝土、砖头、瓦块等，工程地质详见图1。通道采用φ108大管棚+φ42超前小导管注浆进行开挖支护，以保证既有地面交通正常通行。

2 超前大管棚施工变更原因分析

本过街通道位于沈阳市青年大街下方，青年大街为沈阳市金廊路段，其重要程度相当于北京的长安街，暗挖通道全长58 m，采用φ 108大管棚+φ 42超前小导管进行开挖支护，大管棚采用TT型水平钻机两侧对打，单侧长度为35 m，横向间距为0.5 m，管内注水泥砂浆进行填充。据地质勘察报告，通道顶部处于杂填土及粉细砂层中，通过实施管棚在1.0～7.0 m范围内为砂土，7.0～9.0 m后遇到回填土，钻进困难(0.5 m/h)且极易塌孔，后期采用先进的TT145型夯管锤在原有施工管棚基础上进行夯进，但夯进5～8 m后无法继续进行，管棚累计施工长度为21 m，与设计要求的35 m相差甚远。通过对管棚内土体进行取样，发现管内存在有大量的砖头、瓦块、混凝土块、钢筋混凝土，软硬不均，管棚施工失败。经与设计院共同研究，认为由于通道顶部杂填土地层内部较为复杂，造成管棚无法正常施工，协商后进行设计变更，拟采用二重管深孔注浆技术取代超前大管棚。

图1 工程地质纵剖面图Fig.1 Longitudinal geology profile

3 二重管深孔注浆方案设计

针对超前大管棚无法进行钻进及易出现塌孔现象，拟定采用二重管深孔注浆技术来取代超前大管棚，注浆材料选用水泥-水玻璃双液浆，通过注浆机压入所需加固的杂填土层及砂层中，经过胶凝作用，使其填充到杂填土及砂层空隙中的浆液固化，同时瞬时起到一定强度，达到改良土层性状的目的，进而保证开挖过程中的施工安全及地面交通不受影响。

3.1 注浆设计参数

3.1.1 注浆材料

注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆。

3.1.2 注浆参数

1)注浆管。φ 42×4.0 mm，L=10/4 m，注浆管前端做成锥形，注浆管间隔0.3 m呈梅花型布设φ 5 mm的注浆孔，注浆管端头设置止浆阀。

2)水泥。采用42.5级普通硅酸盐水泥。

3)水玻璃。模度为2.8～3.2，浓度为30～38Be'。

4)双液浆比例。水泥水灰比为1∶1，水泥浆-水玻璃体积比为1∶0.6 ～1∶1。

5)注浆压力。0.3～0.8 MPa。

6)胶凝时间。30～60 s。

7)浆液扩散半径。0.35～0.6 m。

8)加固土体范围。开挖轮廓线外1.5～2 m。

9)注浆方式。分段后退式注浆，0.5～1 m/段，6～10 m/循环。

10)注浆填充率。砂层10～15%，杂填土35% ～40%。

3.2 注浆施工工艺

见图2。

图2 二重管注浆工艺流程图Fig.2 Construction process of duplex pipe grouting

3.2.1 管线调查

在通道施工前需对地下管线进行详细调查，一方面以防在注浆过程中浆液顺管道“乱串”，另一方面注浆引起管线过大变形，造成管线断裂，开始注浆尤其对地下市政给水、燃气、排水管线需重点调查。

3.2.2 掌子面封闭处理

在开挖前采用小导管对拱部掌子面进行注浆加固，间距80 cm×80 cm，梅花型布置，纵向3 m/环。注浆前对掌子面进行喷射15 cm厚C25混凝土进行封闭。注浆参数为普通水泥浆水灰比1∶1～1.5∶1，在施工中可依据现场情况适量调节。

3.2.3 定孔位

开钻前，严格按照施工布置图，布好孔位，见注浆孔位图3。

图3 注浆孔位布置图Fig.3 Layout of grouting holes

3.2.4 钻孔

钻机定位、钻杆角度要准确，要求孔位偏差不大于2 cm，入射角度偏差不大于1°;钻孔前调整钻杆的角度并对准孔位后，钻机不得移位及随意起降。钻设第1个孔时慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的钻进参数，并密切观察溢水出水情况，出现大量溢水时，立即停钻，分析原因后再进行施工，避免对地下管线造成破坏。钻孔示意见图4。

图4 钻孔示意图Fig.4 Sketch of borehole drilling

3.2.5 配浆(制浆)

采用准确的计量工具，严格按照试验确定的配合比配料。2种浆液在注入前分别拌合均匀，并经常检查混合后的凝结时间是否符合设计要求。

3.2.6 注浆

暗挖通道开挖净空尺寸为12.3 m×6.15 m(长×高)，为保证地道在初期支护开挖过程中施工安全，防止地表较大沉降影响地面行车及地下管线安全;因此，对本工程开挖轮廓线顶部及边墙2 m范围内进行注浆，注浆每10 m为一个循环，注浆体搭接范围为1 m，即开挖9 m，预留1 m加固体，然后打管对掌子面进行封闭处理，进行下一循环的注浆。首先用清水从注浆混合室的端点送出，确保畅通，将端点关闭进行横喷射切换。一般喷射速度8～20 L/min。严格控制注浆压力，当压力突然上升或从孔壁溢浆，应立即停止注浆，待查明原因后制定相应措施。每段注浆量严格按设计进行，跑浆时，采取封堵、间歇注浆等措施确保注浆量满足设计要求，采用分段后退式注浆方式，0.5 ～1 m/段，6 ～10 m/循环。

3.2.7 封堵

所有阶梯喷射完毕后，对注浆孔用止浆阀或砂布等措施封堵。

4 注浆过程中出现的异常情况及处理措施

4.1 注浆压力稳定情况

在注浆过程中随时观察注浆压力表，确保压力处于可控范围内，注浆压力过大过小都不能满足施工需求。如压力突然变小，需考虑是否注入地面下方其他通道内或是否有跑浆现象;压力过大，需考虑是否注浆管被堵塞或注浆设备出现故障。

4.2 注浆量及注浆胶凝时间的调整

在注浆过程中，注浆量是否满足施工需求是注浆效果的一种体现，从一般情况来看，注浆多采用隔孔注入，可避免注浆孔相互干扰，同时可使得后注浆孔补充前注浆孔未注满的空隙，保证浆液扩散均匀;注浆胶凝时间需根据加固土体的土层不同而有所不同，一般来说杂填土层中含水量较小，固需将水泥浆比例调低，从而达到延长胶凝时间作用，反之若砂层中含水量较大时，需将水泥浆比例调低，来缩短胶凝时间;总而言之，胶凝时间需由双液浆的配合比来控制，施工过程中需根据不同地层进行调控。

4.3 掌子面跑浆

注浆中需认真观察掌子面变化情况，由于浆液的进入会引起地层变化，在掌子面封闭薄弱的部位可能会跑浆，这时需要对掌子面及时封闭处理，同时注浆工作需间断进行，以保证浆液有效进入地层。

4.4 特殊部位注浆

本过街通道地面下方距离通道顶部最近的有φ 600 mm给水管及φ 900 mm排水管，给水管距离通道顶部0.6 m，排水管距离通道1.1 m。为保证管线的安全，控制管线部位的沉降变形，在管线前后3.0 m利用二重管钻机在加固区内钻进双排超前导管进行土体加固。上排超前导管长2.5 m，水平外插角5～10°，环向间距15 cm，纵向间距0.5 m;下排超前导管长4 m，水平外插角10～15°，环向间距15 cm，纵向间距1 m，与上排超前导管梅花型布设。超前导管布设完成后进行管内注浆，填充管内及管壁与土体间的空隙，使整个土体形成一个有筋的钢管混凝土体。

5 注浆效果检查

注浆效果好坏直接关系到通道顶部土体开挖过程中是否造成安全隐患，注浆效果可通过理论分析法、实际开挖及钻孔检查、通道监测数据分析法进行检查。

1)理论分析法。对施工现场注浆量进行分析汇总，通过实际注浆量与设计理论注浆量进行分析对比，得出单根管注浆量，进而得出单根管注浆扩散半径。通过对比分析结果得出单根管注浆扩散半径为0.5 m，与设计的0.35～0.6 m相近，达到预期效果。

2)实际开挖及钻孔检查。从通道实际开挖效果来看，二重管注浆效果明显，浆液扩散相互连通，层状分布均匀，同时对注浆可能存在的薄弱部位进行钻芯取样，取芯结果显示浆液固结体强度达到2 MPa，达到预期效果。

3)通道监测数据分析法。施工前，在通道上方埋设共计35个沉降观测点，在注浆前通道开挖支护过程中对地表沉降监测点变化率较大，注浆后对监测数据明显减小并趋于稳定状态，其最大沉降量控在允许范围之内。

6 二重管深孔注浆方案执行效果

本次深孔注浆历时90 d，通过对通道顶部及边墙采用二重管深孔注浆对复杂地层进行加固，注浆效果尤为明显，保证了地面交通正常运行。据试验表明，二重管注浆加固后的地层强度:杂填土回填层达到2.0～2.5 MPa，细，中砂层达到 1.5 ～2.0 MPa。

7 结论与讨论

目前二重管深孔注浆在城市暗挖隧道中应用较为普遍，二重管深孔注浆技术在本工程中作为超前支护重要技术部分，结合本工程在通道复杂地层及未施工超前大管棚前提下等特点，应用二重管深孔注浆技术加固土体进行通道开挖，较好的控制了地面沉降，保证了地面交通的正常运行，希望通过本文的总结能给从事超浅埋暗挖隧道施工的同行在今后遇到类似问题的处理提供借鉴。

类似二重管深孔注浆施工技术的研究已经有很多，但因为区域环境及地质条件的不同，导致注浆孔布置、注浆材料选择、不同地层注浆压力等均有异同。二重管深孔注浆技术作为超浅埋暗挖通道中超前支护的重要组成部分，这些关键技术仍然值得进一步研究与探索。

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