富水粉质黏土、细砂细颗粒地层长锚索拔除前地层加固技术方案

2018-03-20王瑜

现代城市轨道交通 2018年3期

王瑜

（中铁隧道集团二处有限公司，河北三河 065201）

1 工程概况

郑州地铁 5 号线经三路站—未来北路站区间盾构隧道左线DK7+137.587～DK7+231.594 段被北侧瀚海璞丽中心建筑工程基坑（以下简称“邻近基坑”）第 2 层和第 3层锚索侵入，侵入的锚索共 126 根。将第 2 层 63 根锚索拔除后，第 3 层的 63 根锚索由于位于粉质黏土层和粉砂层，地层含水丰富、稳定性差，钻孔时孔内有泥砂和水涌出，这不仅无法成孔，而且泥砂还容易裹钻，导致钻头和套管退出难度大。同时，锚索拔除时钻孔内的涌泥、涌砂会引起区间盾构隧道范围的地层松散，导致盾构机通过时保压难度增大，管片后面注浆时注浆量难以控制。

本工程结合侵入盾构隧道锚索的周边构（建）筑物、管线分布、场地条件以及工程地质与水文地质条件，在黄河路与邻近基坑间的空地上（避开高压电缆和燃气管线）建一竖井，竖井开挖到底后向东西 2 个方向开挖平行通道，通道终止位置与邻近基坑边界位置相同，竖井及平行通道的位置见图 1。通过竖井、平行通道将全部锚索揭露后，采用可变形刚性套管和滚珠钻头钻孔剥离锚索与周边地层的粘结，成孔后退出套管，再用穿心式千斤顶将锚索从地层拔出。

图1 锚索分布横剖面图（单位：mm）

2 袖阀管注浆方案

2.1 注浆孔布置

以锚索为中心，袖阀管按照纵横向间距 1 200 mm 呈梅花型布置（图 2）。每根锚索周边布置 16 个袖阀管注浆孔，袖阀管的长度（与钻孔深度相同）为 19 200 mm。

图2 袖阀管布置图（单位：mm）

2.2 施工工艺

2.2.1 测放孔位

根据锚索的位置，在地面上放出袖阀管的孔位并进行复核，孔位准确无误后在孔位中心点位置打设一定位桩，定位桩稳固不松动。

2.2.2 钻机就位

按照测量放点的孔位将钻机就位，钻机就位后进行钻机调整，保证钻机平稳、钻杆竖直，钻头与孔位中心点处的定位桩对准，然后提升钻杆并拔除定位桩。对于带有外插角的钻孔，调整好外插角度。

2.2.3 钻孔

钻孔过程中采用泥浆护壁，开孔直径不小于 120 mm（比设计要求大 10 mm），终孔直径不小于100 mm（比设计要求大10 mm）。钻至设计深度时，对钻孔的深度进行检查，孔深符合要求后终止钻孔并退钻。

2.2.4 袖阀管安装

注浆用袖阀管由塑料外管、注浆芯管、橡皮套、密封圈等组成，袖阀管单节长度为 550 mm，每节的两个端头分别为外丝和内丝，用于节段之间的连接。外管采用φ50～60 mm PVC 塑料管，地面以上 2 m 以内为实管，2 m 以下管壁开射浆孔和橡皮袖阀。袖阀管结构如图 3 所示。

（1）先在地面上拼接 3.3 m长度袖阀管，末端用锥形堵头封好，袖阀管上每隔 2 m 安装 1 个由φ6.5 mm 盘条制作的定位件，定位件与袖阀管之间用扎丝绑扎牢固。

（2）成孔后拔出钻杆，将袖阀管插入孔内。插入袖阀管时应保持袖阀管位于钻孔的中心，以便灌注套壳料时将袖阀管包裹均匀。下袖阀管时将同长度的φ20 mm 塑料管一同下入孔内，作为灌注套壳料的管路。袖阀管在地面以下 2 m 为实壁管，同时在地面以下 1 m 范围安装φ20 mm 镀锌导气（泥浆）管并与袖阀管用扎丝绑扎牢固，在导气管端头安装节门（一般为球阀）。

（3）袖阀管安装完成后将孔口用保护帽封堵，并用胶布将保护帽与袖阀管管身固定。地面下 500～700 mm 范围用水泥浆浸泡过的棉纱填塞密实，地面下500 mm 范围用黏土夯填，保证套壳料灌注饱满。

图3 袖阀管结构图（单位：cm）

2.2.5 注套壳料

（1）套壳料配合比。套壳料靠增大水泥用量调节凝固时间，施工过程中根据其强度增长规律进行注浆。若套壳料强度不够，则难以进行分段针对性注浆；若强度过高，则需要更高的压力注浆才能劈裂开套壳料。一般套壳料的重量比例为，水泥 : 黏土 : 水 = 1 : 1.5 : 1.9。

（2）灌注套壳料。完成 1 个钻孔后立即灌注套壳料，以防止发生塌孔和埋管。将配好的套壳料用注浆泵压入φ20 mm 塑料管，套壳料会从孔底向外返浆，达到置换孔内泥浆、填满套壳料的目的。待φ20 mm 镀锌钢管开始溢浆，表明孔内套壳料已经注满，可关闭排气管的阀门。为保证套壳料的密实，当灌注压力达到 0.2 MPa时，持压 5～10 s 再停止灌注（图 4）。

图4 注套壳料示意图（单位：cm）

2.2.6 注浆

（1）注浆材料。注浆孔采用水泥-水玻璃双液浆。水泥采用强度等级为 42.5 的普通硅酸盐水泥或矿渣水泥，水玻璃波美度 35～40 Be'，密度 400～500 kg/m3。

（2）浆液配比。水灰比0.5 : 1～1 : 1，水玻璃一般稀释后使用，最终配比根据现场试验确定，双液浆初凝时间为 5～20 min，单液浆初凝时间不超过 1 h。

（3）注浆压力。初始压力 0.2～0.5 MPa，随注浆部位深度可加大，深度每增加 1 m，压力可增大 0.02～0.03 MPa，但终压不超过 1 MPa。注浆填充率，粉土约30%～50%，黏土约 15%～20%。正式注浆前应进行注浆试验，根据实际情况调整注浆参数，注浆过程中应派专人监控、调整注浆压力。

（4）注浆。待套壳料达到一定强度后进行注浆，注浆从外围向内部顺序进行。为防止串浆，注浆采用跳孔的方式进行。单根袖阀管注浆采用后退式分段注浆，分段长度为 550 mm。将注浆芯管插入袖阀管管底开始第 1 段注浆，第 1 段注浆完成后将芯管后退进行第 2 段注浆，芯管每次提升的长度为 550 mm，如此下去直到完成整个注浆段注浆。

（5）终止注浆。注浆压力达到 0.2～0.5 MPa、注浆量小于 1～2 L/min 时终止注浆，即使注浆量达不到要求但注浆压力达到1 MPa 时也需终止注浆。在锚索拔除过程中，如果竖井、平行通道、地表、管线、锁口圈梁等的监测数据异常，可以进行多次注浆，对地层进行反复加固。

2.2.7 洗管和管口保护

每次注浆结束后，将管内的浆液用清水冲洗干净。管口覆盖严实，保证下次注浆正常进行。

2.2.8 注浆（袖阀）管回填

锚索拔除完成后，向管内填充细砂，距离孔口500 mm 范围内填充黏土封口并捣实。

3 深孔注浆方案

3.1 注浆孔布置

注浆孔沿锚索周围布置，以锚索为中心在向外0.5 m、1 m 的圆周上布孔 2 圈，孔间距 0.8 m，孔深 12 m。外圈孔的主要作用是在锚索周围形成一个加固圈，控制内圈孔注浆时的浆液外蹿，内圈孔的主要作用是注浆加固地层（图 5）。

图5 深孔注浆孔布置图（单位：mm）

3.2 施工工艺

3.2.1 钻孔

用 ZLJ-700 钻钻孔，钻孔的倾角为 15°，与锚索的倾角保持一致。先施工外圈孔后再施工内圈孔，钻成一个孔并注浆后再进行下一个钻孔施工。由于地层富水、松散，成孔难度大，钻孔过程中通过钻杆向孔内注“水玻璃+磷酸”混合液物隔水，以保证成孔顺利。

注浆孔的深度为开孔位置至盾构隧道远端起拱线位置的水平长度，每个钻孔的深度由测量组现场测量后提供，现场技术人员再根据孔深计算出孔长。

3.2.2 注浆

（1）注浆材料。注浆用浆液为“水泥 + 水玻璃”浆液，水 : 灰=1 : 1，水泥 : 水玻璃=1 : 1；水玻璃波美度 25～35 Be'，地层中含水量大时水玻璃的波美度取大值，含水量小时水玻璃的波美度取小值。

（2）注浆压力。根据平行通道深孔注浆的经验值，外圈孔的注浆压力控制在 0.5 MPa 以内，内圈孔的注浆压力控制在 0.8～1.0 MPa。

（3）注浆量。注浆量Q参照式（1）计算：

式（1）中，Q为注浆量，m3；R为浆液扩散半径，m；L为注浆孔长度，m；n为地层孔隙率，取 0.3；α为地层填充系数，取 0.8；β为浆液消耗系数，取 1.1～1.2。

（4）注浆。钻孔至设计深度后，采用后退式注浆加固地层，钻杆后退 100 mm 注浆 1 次，直至单孔注浆结束。钻机的钻杆为双壁式，钻杆内输送一种浆液，两壁的空间里输送另外一种浆液。注浆时，先注外圈孔再注内圈孔；同一圈跳孔注浆，先注奇数孔再注偶数孔。注浆过程中采用间歇注浆的方式以有效控制注浆区域（图 6）。