地铁隧道地层注浆预加固施工技术研究

罗凤清

（中铁广州工程局城轨公司 广东省广州市 511457）

地铁隧道地层注浆预加固施工技术研究

罗凤清

（中铁广州工程局城轨公司 广东省广州市 511457）

地铁的建设是促进城市建设的主要推动力之一。在地铁建设过程中，地铁隧道施工是一项复杂的系统工程，因为其涉及到的方面极为广泛，如果地质条件差，极容易引起塌方等事故的发生，因此在施工过程中，地铁隧道建设过程中的地层稳定性研究是现在的难题，地铁建设引起的地层沉降、周围土体失稳，是地铁设计、施工所考虑的重要因素。

地铁隧道；地层注浆；预加固；施工技术

引言

随着社会的发展以及技术水平的不断提高 , 在施工中又出现了一种新型的隧道施工技术 ,地铁暗挖施工技术。隧道的拱部就会形成一道拱墙 , 这道拱墙具有加固、防渗、防坍塌的作用 , 它的存在为后期隧道的开挖奠定了扎实的基础。 以下通过某工程案例来浅述地铁隧道底层注浆与加固施工技术。

1.工程概况

小关四号隧道在YDK15+699里程由单洞单线隧道过渡为单洞双线隧道，设计支护类型为双线Ⅳ8.0型复合式衬砌，开挖跨度为14.86m，隧顶埋深30m左右，过渡段围岩地质情况主要为薄至中厚块状泥岩，局部为中厚层至厚层石灰岩、石英砂岩，岩层较破碎，泥岩遇水易软化，围岩大部分干燥、局部湿润。

2.施工方法

2.1钢花管加工

超前小导管采用φ42壁厚4mm热轧无缝钢管加工，前端加工成锥形，以便插打，并防止浆液前冲。小导管中间部位钻φ10mm溢浆孔，呈梅花形布置(防止注浆出现死角)，间距150mm，尾部1.0m范围内不钻孔防止漏浆，末端焊φ6环形箍筋，以防打设小导管时端部开裂，影响注浆管连接。小导管加工成形图见下图（小导管加工示意图）。

2.2钢花管注浆加固范围及布设

钢管为φ42×4，L=3.5m，环向间距0.35m，拱部120°范围内布置。钢管从钢架中穿过，仰角及外插角为5°-7°(角度过小影响下榀钢架的架设，极易造成侵限，角度过大，起不到超前加固地层及悬臂支撑的作用)。采用水泥浆注浆。小导管钻孔采用TY28手风钻造孔。钻孔时采用普通钻杆，钻头采用适当的钎头，以满足成孔后孔径大于钢管直径3～5mm的要求。钻孔时严格按定出的孔位进行，施钻过程中及时观察钻杆方向及外插角度，当发现方向及外插角偏差较大时应予以调整。以保证钻孔按设计要求完成，小导管能起到预期的支护效果。成孔后其钻孔长度应比设计深10cm。小导管安装在现场由锤击打入或钻机顶入，要求顶入长度不小于设计长度的95%。小导管安装完成后及时用高压风将钢管内的砂石吹干净，并用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙，必要时在小导管附近及工作面喷射混凝土，以防止工作面坍塌。小导管安装完成后及时报质检工程师和监理检查签认。

2.3注浆

钢花管注浆采用水泥砂浆，砂浆根据实验室配合比拌制，根据隧道内围岩情况，注浆时取压力为0.6～1.0Mpa。注浆过程中及时观察掌子面围岩情况，并根据吸浆量及压力上升情况，当两者之一达到设计规定时可结束注浆作业。水泥砂浆采用拌制机在现场拌制，拌制时用磅称对水泥及用水量进行称量控制。当一盘浆液拌制好后即可将其引流至事先准备好的盛浆容器内，而浆液拌制机可继续拌制浆液，以满足注浆连续性的需要。注浆采用双浆液注浆机，注浆时必须连续进行。当出现有串孔和漏浆现象发生时，可采用间隔一段时间后再行补注的方式进行。为加快注浆速度和发挥设备效率，可采用群管注浆(每次3～5根)。注浆时遵循从下到上，从无水至有水的原则进行。注浆管连接好后，注浆前先压水试验管路是否畅通，然后开动注浆泵，将浆液通过小导管压入地层。

2.4拱架立设和喷射混凝土

立架时要注意保证拱架竖直，以确保拱架受力。同时施做好锁脚、锚杆等，并按照设计挂设钢筋网片，进行喷神混凝土施工。

2.5安全、质量控制

a质量控制：超前小导管所用材料规格、品种、材质必须符合设计要求；超前小导管与钢架支撑结构的连接应符合设计要求，两环纵向搭接长度应符合设计要求；注浆浆液配合比符合设计要求，浆液充满导管及周围空隙；钻孔过程中严格控制好钻杆方向和外插角度，以满足成孔后达到设计的要求。浆液拌制严格按配合比进行，并加强称量控制。注浆应连续进行，以保证注浆效果。超前小导管施工的允许偏差应符合下表的规定：

超前小导管施工允许偏差

序号 项目 允许偏差1 方向角 2° 2 孔口距 ±50mm 3 孔 深 +50mm 0

b安全保护措施：钻孔前应先清除掌子面危岩，然后采用喷射混凝土进行封闭，以保证施工人员的安全，确保注浆作业时封闭的掌子面能起到止浆墙的作用。加强掌子面围岩观察，随时注意掌子面喷射混凝土的开裂情况。

2、隧道掌子面掘进至YDK15+679里程时，掌子面已扩挖断面已经与设计双线Ⅳ8.0复合式衬砌断面一致，停止扩挖。掌子面先前施工5米后开始从YDK15+979里程处反向扩挖左线隧道至YDK15+699里程，反向扩挖施工过程中须逐榀开挖逐榀拆除临时钢拱架，开挖后及时施作线路右侧永久性钢架。

3、CD法开挖各部（台阶）间隔3～4m，，严格控制循环进尺，每次开挖进尺为一榀拱架间距。分段立拱时拱脚垫槽钢，同时每侧拱脚设两根锁脚砂浆锚杆，并将锁脚锚杆与拱架焊接为一体。

3.超前注浆的施工技术

3.1水泥浆

水泥浆主要适用于无水的中粗砂层及砾砂、卵石层中 , 水灰比(1.2～0.8)∶1,并可掺加 0.5%( 占水泥比重 ) 的食盐以及 0.05%( 占水泥比重 ) 的三乙醇胺复合促凝剂 , 以加快凝结速度。 水泥浆的主要特点是注浆工艺简单 , 可操作性强 ,成本低廉 , 但凝结速度较慢 , 具有一定的局限性。

3.2水泥-水玻璃双液浆

简称 C- S 浆液 , 其中水泥浆采用水灰比为 (1～1.5)∶1 的浆液 ( 质量比 ),根据胶凝时间的不同可适当掺加 1%～3% 的缓凝剂。 水玻璃浆液由 40 Be′ 稀释到 35 Be′～38 Be′ 左右。 根据双液泵的工作原理 , 将两种浆液的体积比尽量调整为 1∶1 左右。 水泥 - 水玻璃双液浆的特点是凝结性能好 , 并能够根据现场需要合理调整凝结时间 ( 几十秒至几十分钟 ), 结石率高 , 结石体强度较高 , 具有凝结及填充空隙的双重作用 ; 缺点是操作工艺较复杂 , 注浆设备 ( 双液泵 ) 较昂贵 , 两个注浆管的进浆量无法保证达到设计要求的比例 , 造成初凝时间的变化。 而且水泥 - 水玻璃双液浆的凝结体具有时效性 , 其中的碱离子由于溶解而造成固结体疏松 , 从而导致注浆效果下降直至消失。

3.3改性水玻璃浆

改性水玻璃浆是在弱碱性的水玻璃中加入一定量的稀硫酸使之呈弱酸性 , 主要工作步骤是 ： 将水玻璃溶液由 40 Be′ 稀释到 10Be′～20 Be′; 硫酸由 98%以上浓度稀释为 10%～20% 稀硫酸。 然后将一定量的水玻璃溶液倒入稀硫酸溶液中 , 边倒边搅拌 , 使之充分混合。 改性水玻璃浆液具有价格低 , 可注性好 , 凝结时间可调等优点 , 缺点是硫酸危险性较大 , 以及由于浆液已经提前混合 , 剩余浆液无法较长时间放置等。

4.结束语

隧道施工时每一环在开挖前都必须进行严格注浆 , 并保证足够的凝结时间 ,确保砂层有效固结。 在实际施工过程中 , 应不断摸索改进经验 , 根据地质情况的变化 , 选择适当的注浆方法 , 及时调整浆液参数 , 协调解决注浆加固方法在不同地质中的经济适应性 , 充分考虑成本、质量、安全及进度之间的关系 , 保证工程顺利实施。

[1]崔玖江.隧道与地下工程修建技术 [M]. 北京 ： 科学出版社 ,2005.

[2]彭泽润.北京地铁复八线土建工程施工技术 [M]. 北京 ： 中国科学技术出版社 ,2003.

[3]关宝树.隧道工程施工要点集 [M]. 北京 ： 人民交通出版社 ,2003.

U45

B

1007-6344（2017）05-0034-01