全断面注浆止水大断面暗挖技术

2012-06-27魏健鹏朱占稳丁志坚李笑男

都市快轨交通 2012年5期

关键词：浆液断面注浆

魏健鹏金奕朱占稳丁志坚朱伟李笑男

(北京城建集团有限责任公司北京 100088)

1 工程概况

1.1 工程总体概况

北京地铁亦庄线起于三环外宋家庄，穿越四环路、五环路及京津塘高速公路到达京津城际铁路亦庄站，并向北下穿正在运营的京津高速公路，到达台湖车辆段，全长23.2 km，是一条联系市中心地区和亦庄新城的轨道交通线路。图1表示本工程在全线中的位置。

图1 本暗挖段在全线的位置

亦庄线下穿京津高速公路暗挖工程左、右线，从亦庄火车站后开始以垂直于京津城际铁路方向前行，起止里程为右 K22+947.025 ～右 K23+069.000，全长121.975 m。

为保证计划工期的实现，在京津高速两端各设置一座施工竖井，相向开挖，图2是暗挖工程的平面。

图2 暗挖工程平面

暗挖隧道起止里程为右K22+963.728～右K23+060.000，长96.272 m，线路在此处设置交叉渡线，隧道采用单洞大断面形式，断面尺寸为宽 12.7 m，高9.471 m。设计初期支护厚度350 mm，采用双侧壁导洞法分6导洞进行施工;设计二衬底板结构厚度650 mm，墙顶结构厚度600 mm，完成后结构净空宽10.8 m，高7.435 m(见图 3)。

1.2 工程水文地质情况

1.2.1 地质情况

本工程暗挖结构拱顶主要位于粉细砂③层，侧墙及仰拱主要位于粉质黏土④层，粉细砂④3层局部侵入仰拱，暗挖作业易发生拱顶坍塌及仰拱涌水。地质情况如图4所示。

1.2.2 水文情况

此项目位于北京东部的通州台湖地区，地下水十分丰富，施工场区分布有4层地下水，类型分别为上层滞水(1)、潜水(2)、承压水(3)和承压水(4)，对于施工产生影响的主要是前3种。

暗挖初衬结构顶部埋深距自然地面6.1 m(距高速路面8.3 m)，底板埋深距自然地面为15.5 m(距高速路面17.7 m)。底板下部距承压水(3)很近，平均只有300 mm，局部已进入粉细砂层，如图5所示。

图5 水文地质纵剖面

2 工程控制的重点及难点

暗挖施工重点控制的是初衬开挖的安全，而对地下水的控制、实现无水开挖就成了重中之重。隧道下穿京津高速路，不具备路面打设降水井的条件。同时，在十分不利的地质条件下，进行交叉渡线的单洞大断面暗挖施工，并保证沉降量在可控范围内是施工的难点。因此，止水效果和路面沉降的控制是工程施工管理的重点和难点。

3 全断面注浆止水施工

全断面超前预注浆止水施工工艺是在整个断面上布孔，通过注浆形成截水帷幕，并加固周围岩体，创造稳定可靠的施工环境［1］。

3.1 施工机械设备

3.1.1 钻孔设备

钻孔施工采用ZDY-1500型钻机，是动力头式全液压分体式钻机，具有轻便、容易操作等特点。

3.1.2 注浆设备

注浆设备采用KBY-50/70型双液注浆泵，为单缸双液往复式。该注浆泵压力、流量可以在泵的运转过程中任意调节，且体积小、重量轻、操作简单。

3.2 注浆材料选择

TGRM超细水泥作为注浆材料在注浆工程和市政工程中大量采用，是专为地下工程注浆施工而发明的。

前进式深孔注浆工艺由于其TGRM超细水泥浆液的独特性，特别适合城市隧道下穿既有构筑物的超前止水加固施工。TGRM超细水泥注浆材料的特点见表1。

表1 注浆材料性能对比

由于隧道开挖时对街道地面下沉控制的严格要求，注浆材料采用TGRM超细水泥基特种灌浆料，具有超细性、耐久性、微膨胀性、抗分散性、早强性等特点，与其他浆液相比有许多优势，如表1所示。

通过对各项性能的比较，从浆液凝结时间、凝固后的强度、膨胀性能等方面考虑，TGRM超细水泥浆比较适合于本工程的粉质黏土和粉细砂层。

3.3 施工工艺

前进式分段注浆工艺具体过程是:首先采用钻机成孔，先进行内圈钻孔，后进行外圈钻孔，间隔钻孔即跳孔施工。钻孔深度为12 m，开挖10 m，留2 m作为下一循环施工的止浆岩盘。钻孔直径80 mm，成孔后穿入直径60 mm的袖阀管，每隔300 mm打一圈小孔，并用橡皮套将孔口封住，橡皮套在钻孔灌浆过程中起到逆止阀门的作用［2］。将袖阀管安放好后，进行前进注浆工作。从孔口开始，由外向内进行注浆，即插入一根直径40 mm的注浆钢管，在钢管前端1 m范围内打小孔，设置前后两个止浆塞(见图6)，将浆液限定在注浆区域的任一段范围内进行灌注，达到分段注浆的目的［3］。注浆时靠注浆压力将袖阀管孔口的橡皮套冲开使浆液扩散到外围土体，每次前进1 m，当压力稳定达到终压的0.3～0.6 MPa后，继续前进注浆……，如此循环，直到注浆深度达到设计要求。

图6 止浆塞

注浆孔打设方式及前进式分段注浆工艺如图7～图8所示。

注浆管布设间距为1.5 m，采用梅花形布设，每个注浆孔的扩散半径为800 mm，达到孔与孔之间的咬合，注浆范围及加密注浆如图9所示。

针对砂层进行加密注浆，采用20 mm的PVC塑料管，塑料管需提前打好小孔，注入的浆液是水泥水玻璃双液浆，浆液配比为水∶水泥∶水玻璃=0.8∶1∶1。这种浆液与粉细砂结合得比较紧密，它的主要作用还是固化砂层，防止开挖过程中流砂现象的发生。

3.3.1 钻孔施工

钻孔施工前必须封闭掌子面，防止在注浆时漏浆。施工钻孔在掌子面范围内进行布设，根据浆液扩散范围确定其角度及长度。马头门及洞内施工如图10～图11所示。

1)施工顺序:在钻孔施工过程中，先进行内圈钻孔施工，后进行外圈钻孔施工，间隔钻孔。

2)钻孔施工工艺流程，如图12所示。钻机就位后，利用垂球结合水平尺，检查钻机水平及钻杆垂直度［4］。

图12 前进式注浆工艺中的钻孔施作流程

3.3.2 注浆施工

1)注浆施工参数。注浆施工参数要根据地层实际情况进行试验确认，并在现场施工中不断完善调整，注浆过程中结合注浆压力变化情况，现场动态调整优化注浆参数。根据以往工程经验，结合粉细砂、粉质黏土地层特性，预设定注浆参数如表2所示。

表2 注浆参数

2)注浆施工工艺流程，如图13所示。

图13 前进式注浆工艺中的灌浆施作流程

3.3.3 注浆施工常见问题及对策

注浆过程中容易产生孔间串浆、注浆压力长时间不上升以及注浆引起地表隆起等问题，依据如下预案处理这些问题［5］。

1)孔间串浆。出现串浆问题时，首先调整注浆参数，适当减少注浆压力和速度，或者采取间歇注浆及进行跳孔注浆作业。

2)注浆压力长时间不上升。可以采取调整浆液材料配比、添加水玻璃等化学剂，缩短凝胶时间。

3)施工区域地表隆起。首先要加强高速公路的监测和观察，防止发生路面的隆起变形，一旦出现，立即停止施工，评价地表隆起对道路安全有无影响，再适当调整注浆参数。

3.3.4 全断面注浆的效果

图14 注浆效果(形成的浆脉)

通过调整注浆压力及采取砂层加密等一系列措施，使全断面注浆达到良好的效果，在砂层中形成浆脉，如图14所示。在各导洞施工中基本做到无水作业，为安全施工初衬创造了条件［6］。1#导洞、2#导洞洞通效果如图15、图16所示。

4 地面补偿注浆施工

受高速公路路基沉降不稳定，地下水补给丰富、路基受重载及动载作用频繁等不利因素的综合影响，暗挖施工实际沉降值必然大于理论计算值。为了降低这几个因素对沉降量的影响，通过研究论证，制定高速公路两侧坡脚的补偿注浆措施。即在全断面注浆的同时，在 K22+959.621 ～K22+963.621 和 K23+018.00～K23+014.00段道路两侧4 m边坡脚位置设注浆孔，向高速公路路床结构下基础土层注水泥浆。注浆孔布设位置如图17、图18所示。