袖阀管注浆工艺在北京地铁工程中的研究与应用

周富宽

(北京市轨道交通建设管理有限公司，北京 100034)

1 概述

北京地铁10号线二期工程主要位于北京市三环及四环之间，全场32.5 km，全部为地下线。本线线路较长，工程地质较差，建设环境复杂多变，多次穿越既有铁路、地铁、河流、桥梁以及重要市政设施或者管线等，全线风险源共计880处，其中特级7处，一级134处，二、三级共计739处。针对不同的工程地质、环境风险，设计采用明挖法、盖挖法(包括顺筑法、逆筑法)、暗挖法(包括CD，CRD，PBA等工法)、明暗结合、明盖结合以及盾构法等，几乎用到了地铁建设中所有工法。同时针对不同的风险工程，采取不同的风险控制措施，以达到保证施工安全及周边环境安全的目的，袖阀管注浆措施便是其中一项比较有效的辅助保护措施。

2 袖阀管注浆工艺

袖阀管注浆工艺源于欧洲建筑公司发明的soletanche注浆法，可以适合于多种地质条件，从而得到了国际的广泛认可和应用，后引入中国，被称为袖阀管注浆工法。

袖阀管注浆工法的机理是通过封管和注浆两种材料进行分次封孔和注浆，实现分次注浆的可能。通常，每一个工程的地质条件、颗粒粒径、透水性和不同地层之间交互层叠。由于不均匀地层的各层透水性不同，通过注浆所达到的效果也不尽相同，有针对性地对注浆地层进行分析，在可注性好的地层进行针对性注浆，不同的地层采用不同的注浆材料。有效地填补地层的空隙，使地层得到有效的加固处理，达到设计要求，从而达到保护工程施工安全及周边环境的目的。该工艺的特点有:

1)能有效地按照注浆工程的设计要求，确定注浆的位置和范围。

2)施工灵活，可根据现场情况垂直施工，也可水平施工，适用于基坑和隧道工程。

3)不易产生注浆盲区和薄弱区，适合高风险工程注浆施工，如隔水帷幕墙等。

4)注浆的位置可根据实际情况进行调整，在管内随意变动。

5)可以根据不同地层情况，采用不同的注浆材料，同一注入点也可注入不同材料。

6)注入后，可根据注浆的实际效果和需要非常方便的再次注入，保证注浆质量。

3 注浆工艺施工过程

袖阀管注浆工艺施工过程主要包括以下几个方面:首先采用钻机成孔，钻机成孔后，在孔内下入袖阀管，然后进行封孔，在钻孔孔壁与袖管之间的空隙内注入套壳料，随后可通过注浆芯管插入袖阀管内进行多道注浆，将注浆材料按照设计要求注入地层内。袖阀管施工工艺施工步骤见图1。

图1 袖阀管施工工艺施工步骤图

3.1 钻孔

钻孔施工可分为竖直钻孔和水平钻孔施工两种，现场施工时要根据不同的设计需求及场地条件、地质条件选用合适的钻机设备。

3.2 安放袖阀管

在钻机成孔完成后，在孔内下入带阀套的套管(称为袖阀管)。根据材质不同，袖阀管可分为PVC袖阀管、钢制袖阀管和其他材料袖阀管(见图2)，可根据现场不同选择使用。袖阀管每段长度可自由设置，根据钻孔长度适当接长。

3.3 注套壳料

在钻孔内下入袖阀管后，袖阀管与钻孔孔壁之间会存在一定空隙，为了保证注浆实施效果，需要在袖阀管与钻孔孔壁间注入一种经特制的浆液(称为套壳料)，以填充袖阀管与孔壁之间的空隙，并且要能保证后续的注浆浆液能通过注入地层中。

3.4 注浆

在袖阀管中插入带注浆塞的注浆芯管，注浆塞可为单囊塞、双囊塞，也可以根据其形式分为皮碗式、气(水)胀式等。浆液通过注浆管冲开阀套进入需注浆加固的土体中。当注浆指标达到技术要求时，停止注浆上提一段，进行下一阶段注浆。同时，刚注过浆的阀套会缩，紧紧抱住套管防止土体中的浆液回流到套管中。在需要时，可在套管的适当位置重新下入注浆塞，进行再次注浆，以达到预期的注浆加固效果。

4 工程应用

4.1 在地铁隧道超前加固工程中的应用

北京地铁10号线二期起点—潘家园站区间为暗挖区间隧道，北接一期既有线结构，南到潘家园站。位于繁忙的东三环路下方，地面建筑密集，道路下方市政管线密集。其中左线从起点K24+361.340～K24+650段侧穿10号线一期既有线隧道，为一期劲松站的折返区间。左线隧道距离既有线隧道水平净距为1.2 m ～3.6 m(见图3)。

图3 区间隧道与周边构（建）筑物剖面图

由地质详勘报告可知，本段线路隧道穿过的土层主要为饱和粉细砂层、粉质粘土层和中粗砂层等，均属于Ⅵ级围岩，土石可挖性为Ⅰ级～Ⅱ级，土体自稳能力很差，很难形成自然拱，支护不及时易发生大面积坍落现象。而且该区域砂层均为含水层，易发生涌砂和塌方，对既有线威胁很大。本工程要求既有线结构竖向变形沉降控制在2.5 mm，横向变形控制为3.6 mm，定为特级风险工程。

经过多方专家论证，本工程采用全断面袖阀管超前注浆加固，加固范围为隧道轮廓线外2 m范围，每循环加固长度为10 m～12 m，经过现场精心施工，加固止水效果良好(见图4)，保证施工作业安全。10号线一期既有线沉降及位移监测情况也满足要求，保证了运营安全。

图4 袖阀管注浆止水加固现场实施效果图

4.2 袖阀管注浆在基坑围护中的应用

北京地铁10号线二期某站2号出入口及1号风道明挖基坑位于城市主干道交叉路口东北角，基坑标准段面宽12 m，深16.7 m，基坑开挖范围内为细砂层和卵石层，开挖范围内存在一层地下潜水，围护结构采用桩撑+锚喷支护，基坑周边涉及φ1 050污水管、φ400上水管、φ1 950电力管沟等多条管线，基坑北侧临近旱河，基坑距旱河桥桩结构最近距离为2.7 m。由于雨季突降暴雨，旱河水量剧增，在水流的急速冲刷作用下，基坑与旱河桥之间形成一个较大的空洞区域(见图5)。

为保证基坑开挖施工安全及管线、构筑物安全，对空洞区域进行砂土回填，并对基坑北侧与旱河之间的土体进行注浆加固。由于围护结构冠梁以上存在挡土墙，可操作空间狭小，另φ1 050污水管与基坑围护结构间净距约1 m，为保证注浆施工中污水管的安全，注浆成孔垂直度要求较高，且注浆施工需满足注浆扩散性良好、注浆压力可控性强等条件，采用袖阀管进行土体注浆加固。袖阀管注浆成孔深度进入粉质粘土层500 mm，深度约18 m;钻孔工艺采用φ108套管跟进成孔，成孔后下入φ48 PVC袖阀管，注浆采用袖阀管后退式注浆施工工艺，注浆材料采用普通水泥—水玻璃浆双液浆(w∶c=1∶1，c∶s=1∶1)，注浆压力控制在 0.3 MPa ～0.5 MPa，扩散半径为0.5 m。通过袖阀管注浆加固，基坑土方开挖中基坑侧壁未出现塌方、渗水现象，基坑侧壁土体固结良好，保证了施工安全。

图5 基坑与桥体间空洞剖面图

4.3 在深基坑阳角部位加固工程中的应用

北京地铁10号线二期慈寿寺站工程位于海淀区玲珑路与蓝靛厂南路交叉口西北区域，为北京地铁6号线与北京地铁10号线换乘车站，为北京城区西北四环与西北三环之间重要的地下、公共交通枢纽。车站主体呈“L”形布置，其中6号线东西方向布置，车站长313.5 m，车站标准段宽度23.3 m ～27.1 m，底板埋深约27.8 m ～30.0 m;10号线车站南北方向布置，站长176.7 m，车站标准段宽度22.1 m ～26.1 m，底板埋深约为19.7 m ～22.0 m。车站主体围护结构采用围护桩+锚索和桩撑的支护形式，受力情况复杂。由于车站的“L”形交叉形式，在车站基坑开挖过程中形成多个阳角部位(见图6)。

图6 慈寿寺站深基坑平面图

为了保证基坑开挖过程中的安全，基坑开挖前对阳角部位土体采用袖阀管注浆加固，钻孔及注浆采用地面垂直施工，加固深度深入基坑深度以下2 m范围，注浆浆液采用1∶1普通水泥单液浆。注浆加固后，对加固效果进行现场钻孔取芯检验，满足设计要求，确保了基坑开挖过程中土体稳定，保证了施工安全。

5 几点体会

1)通过以上工程实例，袖阀管注浆工艺可以作为地铁风险工程施工的辅助保护措施，能够达到有效地加固地层，确保施工安全及保护周边建筑的目的。2)袖阀管注浆工艺可根据不同地质情况实现多道注入不同的注浆材料，并且能真正意义上实现分段定量、定压控制注浆，从而能有效地保证注浆效果，是一种非常好的注浆工艺。3)针对不同的地质情况，采用更快速、经济合理的钻机及成孔方式是今后需要改进总结的工作之一。同时如何采用不同的注浆材料或者注浆材料组合，更有效地发挥注浆材料的功效，并且更经济，也是今后工作的研究重点。

［1］崔玖江，崔晓青.隧道与地下工程注浆技术［M］.北京:中国建筑工业出版社，2011.

［2］张民庆，彭 峰.地下工程注浆施工技术［M］.北京:地质出版社，2008.