洞内前进式分段注浆施工技术在盾构区间端头加固中的应用

杨勇

摘要：深圳市地铁9号线某盾构区间接收端地面上方有雨水箱涵等管线，隧道顶部存在砂层，为确保盾构安全到达接收，需采取有效的端头加固措施。文章介绍了洞内前进式分段注浆技术在盾构区间端头加固中的应用。

关键词：前进式分段注浆；盾构区间；端头加固；地铁施工；城市轨道交通 文献标识码：A

中图分类号：U457 文章编号：1009-2374（2016）08-0093-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.048

随着城市轨道交通的发展，盾构施工应用越来越广泛。盾构始发与接收是盾构施工过程中工程风险最大的环节之一。特别是在盾构进出洞施工过程中，最容易发生工程事故，并且多是较为严重的事故。端头加固是确保盾构顺利始发、安全到达的关键工序，采用合理的端头土体加固施工工法，其加固效果尤为重要。传统的端头加固方案为地面加固，当地面加固受道路、管线等影响不能正常实施时，洞内水平注浆就是一种较好的替代方法。目前，端头采用水平加固方案应用较多，深圳、广州等各地均有成功经验。

1 工程概况

深圳市地铁9号线梅景站～下梅林站区间隧道位于梅林路下方，采用盾构法施工。下梅林站为盾构接收端，位于梅林路与梅丽路交叉口，隧道埋深约8.479m。下梅林站围护结构为800mm连续墙，主体结构为400mm钢筋砼叠合墙。接收井洞门范围内的结构配筋为玻璃纤维筋。距离下梅林站连续墙6.247～8.063m有一8.7m×5.2m双孔雨水箱涵，埋深1.12m。接收段地质从上至下依次为：<1-1>素填土、<3-4>中粗砂、<6-1>可塑状砂（砾）质黏性土、<6-2>硬塑状砂（砾）质黏性土。其中<3-4>中粗砂为透水不稳定地层，左右线均有不同程度的侵入洞门范围，需要进行加固。

2 端头加固方案比选

盾构区间端头加固方法较多，各种方法均有不同的适应范围及优缺点，结合本工程实例，具体比选见表1。

盾构接收端上方有雨水箱涵等重要管线不具备地面加固条件，且有<3-4>中粗砂地层，因此加固方式选用洞内水平深孔注浆。为使盾构能够顺利切割加固体，防止严重的涌砂、涌水现象（特别是水+砂+压力同时存在的情况下），必须保证一定的加固体长度、宽度和高度，确保土体的止水需要。根据盾构机尺寸及地质情况计算，加固范围为纵向11m、隧道底以下2m、隧道顶以上3m、隧道两侧2m。加固体主要覆盖<3-4>中粗砂地层及<6-1>砂质黏性土。同时，在盾构接收前，需进行钻芯取样测定加固土体抗压强度及渗水情况，加固后的土体强度需达到1.5MPa以上，渗透系数需达到0.01m/d量级，黏结力不小于50kPa，如未达要求，需补充注浆。端头加固方案详见图1所示。

洞内水平注浆分前进式注浆与后退式注浆。由于加固土体中存在<3-4>中粗砂层，采用后退式注浆在钻孔过程中容易出现塌孔现象，而前进式注浆可减少砂层塌孔风险，因此选择前进式注浆方案，自地下连续墙侧注浆加固土体。

3 洞内前进式分段注浆工艺

3.1 工艺概述

在掌子面施做止浆墙，在止浆墙上开孔安装导向管后，在导向管内钻孔，成孔后退出钻杆，安装法兰盘及注浆管进行注浆。待浆液凝固后拆除法兰盘，再进行钻孔，注浆循环，直到钻进和注浆深度达到设计要求。

3.2 布孔设计

盾构预留钢环直径为6.5m，沿洞门圈以环向间距0.7m布设钻孔。由于顶部距离雨水箱涵较近且处于<3-4>中粗砂层，在洞门下方1.7m范围内以环向间距0.35m设置加密区，并按环向间距0.6m增设9个内圈钻孔。洞门下部布设钻孔14个，对底部注浆加强。洞门下部钻孔为斜孔，其余均为水平钻孔。水平钻孔深度为10m，斜孔以扩散至隧道结构线以下2m位置计算得出具体长度及倾角。

3.3 施工机械配备

前进式分段注浆施工设备表如表2所示：

3.4 工艺流程及施工步骤

3.4.1 施工平台搭设。为了保证全断面钻孔和注浆，在洞口采用钢管脚手架搭设作业平台，平台满足钻机和施工人员承重及高度要求，按照有关安全要求搭设护栏并挂安全网，上面满铺25mm以上厚度大板。

3.4.2 连续墙钻孔。按照孔位布置图，采用金刚石取芯器在连续墙上取芯钻孔，玻璃纤维筋和混凝土一次性取出，孔径108mm，取芯时按照不同部位采用不同的上扬角。

3.4.3 导向管安装。导向管采用外径72mm、壁厚3.5mm焊缝钢管，长度700m，外端焊接法兰盘，管外缠麻丝油膏，采用冲击锤夯入孔内，法兰盘距连续墙外表面100mm，方便拆卸连接螺丝。管外缝隙用快硬水泥塞填，要求导向管外壁和连续墙混凝土体密贴，不能漏水和冒浆。导向管大样如图2所示：

3.4.4 钻进。在导向管内采用风动凿岩钻机进行钻孔，钻孔直径50mm，一次钻进长度2.5m，开孔时调整钻杆适度上扬以抵消长距离钻孔的钻杆下垂度。左右对称、从上部向下部进行，同时要保证邻近区域在纵向上要错开施工。

3.4.5 注浆。（1）注浆前的准备工作：拔出钻杆→注浆法兰安装→注浆设备调试→浆液配置及注浆材料的准备→洗孔（用注浆泵向孔内注清水约10分钟，同时测取钻孔吸水率，以确保浆液初始浓度）；（2）注浆参数：初始浆液为水泥浆，正常后采用水泥水玻璃双液浆。水泥浆的水灰比为1∶1，水泥水玻璃双液浆的浆液比为1∶1～1.5∶1。注浆扩散范围为向顶部及两侧水平方向3～5m，底部2～4m，注浆终压为3～4MPa，达到注浆终压后持续半小时结束注浆。

3.4.6 监测。全断面注浆开始前，在连续墙隧道洞门上部和下部各钻一个监测孔，采用抽芯钻进，一直钻到隧道另一端，取出岩样判定，进行地质超前预探，并在孔口安装阀门，测量出水量。第一轮注浆完成之后，再对出水量进行测量，并新钻地质探孔对注浆效果进行判定，确认注浆已经达到加固和止水预期效果后方可破除洞门，进行隧道的开挖施工。

3.5 施工技术措施

（1）浆液配置前，对浆液材料的胶凝时间进行测定，每更换一级浓度要测定凝胶时间；（2）为防止浆液混入杂质堵塞管路，搅拌机出灰口及吸浆袋口应设置过滤网；（3）一定要保证先期注浆量大的注浆孔施工质量；（4）注浆过程中一定要注意观察注浆压力的变化情况，当压力突然发生变化堵塞管路或浆液漏泄远方、跑将时要进行及时处理或调整浆液浓度；（5）高压注浆时，要使用高压球阀并连接牢注浆管路，并做耐压试验，防止注崩管路接头、节门而出现事故；（6）一定要根据水量、水压、裂隙发育情况确定浆液浓度，保证浆液质量；（7）一旦发生故障，要停泵停机排除故障；（8）注浆操作人员需熟练操作技能，掌握注浆参数并严格按参数进行施工；（9）高压胶管不能超过压力范围使用，使用时屈弯不小于规定的弯曲半径，防止高压胶管破裂；（10）严格控制注浆量和注浆压力，在注浆时加强监测。

4 加固效果的检测及效果

为全面检验注浆效果，在注浆结束后盾构到达前注浆孔数的5%进行加固效果质量检测，检验点合格率应大于80%，否则对不合格的注浆区域应重新注浆。本工程采用钻芯法来验证地基注浆加固质量。

4.1 竖向抽芯检测

根据加固体抽芯情况，目测判断加固体强度可否满足设计要求，是否连续；试验判断加固体强度、抗渗性能。在砂层中，特别要注意加固体连续性和整体性是否良好。每个端头2～4根。

4.2 水平抽芯检测

沿洞门圈内加固体范围内打5个水平探孔，观察渗水情况。

4.3 盾构到达后掌子面情况

从图3可以明显看出整个洞门掌子面已经被注浆材料充填，砂层部位也被注浆材料挤压密实，注浆取得了圆满成功。经过抽芯检查，加固体强度为2～4MPa，满足设计要求。

5 结语

前进式分段注浆作为洞内水平深孔注浆的一种方式，成功地应用于砂层地质条件下的盾构端头加固，盾构顺利到达接收。前进式分段注浆由于设置多道止浆墙，浆液使用量可控且效果显著；施工工艺简单易操作；不受地面条件限制、对地面影响小；占用场地小，在紧急加固施工中具有较高的灵活性；可选注浆类材料广泛。主要缺点是多次重复钻孔，工期较长；不适用于动水作业；地面易隆起及变形开裂。前进式分段注浆可以应用在盾构隧道的端头加固、联络通道加固及矿山法隧道的掌子面全断面注浆加固等工程，具有较好的推广价值。

（责任编辑：王 波）