富水砂层地铁车站基底地层改良初探

刘世涛

摘 要：太原地铁二号线建设中，某车站采用悬挂式止水，施工过程中出现涌水涌沙，周邊建筑物沉降报警。经专家论证分析决定采用基底土层大面积封底改良工艺。本文论述了该车站基底地层改良工艺，有效的确保了施工过程中周边建筑物的安全。富水沙层中大面积封底改良工艺施工应用尚数首次，旋喷和注浆工艺相结合封底止水工法也为后续类似工程起到了良好的借鉴作用。

1 工程简介

太原地铁2号线府西街站位于太原市迎泽区内，起点位于府西街、府东街、解放路交叉口以南，终点位于羊市街、鼓楼街、解放路交叉口以北，基坑两侧老旧民房多且距离基坑较近，周边市政管线众多，环境极其复杂。

府西街站主体结构采用地下双层三跨箱型框架结构，岛式车站采用明挖顺做法施工，厚度800mm地连墙+三道内支撑作为围护结构。车站第一道支撑采用混凝土支撑，其余支撑均采用钢支撑。原设计采用坑内降水，明挖顺做法施工。但由于地质、水文，在开挖过程中出现涌水、涌沙现象，施工风险巨大，鉴于此基坑开挖方式变为注浆和旋喷工艺结合封底止水。

基坑位置地质根据钻探揭示，地层分布较为稳定，本站均为第四系（Q）地层覆盖。地表多为第四系人工填土（Q4ml），其下为第四系全新统冲洪积（Q4al+pl）黏质粉土、砂（粉）类土、圆砾土及上更新统（Q3al+pl）粉质黏土、砂类土等组成。

2 车站基底地层改良工程设计

2.1注浆堵水帷幕目的

府西街车站地层处于高压富水粉细砂层，经过长时间悬挂式降水扰动，地层松散、稳定性极差，因此通过旋喷工艺和注浆工艺相结合，达到深基坑府西街站基底地层改良封底止水效果，以确保深基坑府西站开挖施工安全。

2.2工程特点及相关岩土工程问题分析

（1）依据工程概况，影响区间开挖的地下水主要为潜水，局部地段具有承压性，水位高，压力大，地下水丰富。

（2）地下水含水层岩性主要为粉细砂，地层孔隙率小，渗透性差，只采用注浆工艺，可能出现局部强度不够，产生粉细砂层液化，所以先采用三重管旋喷做骨架后再采用同步注浆解决空隙。

（3）因基坑内施工空间狭小，所以采用小型履带式液压钻机。

（4）地下水含水层岩性主要为粉细砂，地层孔隙率小，渗透性差，选取速凝且渗透性强的浆液。

（5）经过长时间的降水，车站土体多次扰动，导致注浆时浆液流失控制难度大，必须采取多孔同位同步快速注浆方法。

2.3注浆堵水帷幕加固封底方案

（1）深基坑府西站旋喷注浆堵水帷幕封底加固采用分区进行，每区域长度控制在25m到35m左右，共分9块区域。区域之间采用2排高压旋喷，形成连续加固体，将区域之间的水系隔断，排距和孔间距为0.6m。

（2）每个区域范围地面先浇筑30cm厚的混凝土止浆盘。

（3）考虑到水头高度，封堵深基坑府西站，底板以下2～9米即加固范围为7m。在考虑到工艺特点旋喷加固范围定为底板以下3-8米，注浆止水加固范围定为底板以下2～9米。

（4）考虑到注浆渗透半径封底方案布孔设计为两排旋喷一排注浆，交替布设，在考虑到工艺特点旋喷加固范围定为底板以下3-8米，注浆止水加固范围定为底板以下2～9米。

（5）施工顺序采用一个方向推进方案，每个区域又采用模块式推进，先做三重管旋喷再做双重管后退式注浆。

（6）旋喷孔间距为0.6m，梅花孔布设，注浆孔间距为0.8m，（见图2.1）。

（7）注浆采用渐进式差别化同步动态注浆工艺，同步注多孔（4～8孔），使地层形成一个整体。

（8）双重管后退式注浆最前面安装注入前端装置专利，使双液浆搅拌均匀，凝固时间一致，还防止因地下压力大而引起的浆液反浆。

（9）浆液选择速凝且渗透性强的浆液，注浆时双液浆与化学浆混合注浆。

（10）注浆时配备流量计，实时观测注浆过程中浆液的流量及压力，实时调整浆液凝固时间，做到最佳扩散半径。

（11）注浆压力控制在2.5～3.5MPa，严格控制注浆顺序。

（12）钻孔采用大功率小型履带式液压钻机，钻头直径95mm、钻杆89mm的钻具，钻头直径适中，在粉细砂地层中成孔快，注浆时好封孔，有效防止浆液往上窜浆。

3 主要施工方法、安排及技术措施

3.1注浆施工工艺流程

封底施工中三重管旋喷桩施工工艺流程见图3.2所示。

3.2注浆堵水加固封底工程设计范围

设计范围为明挖深基坑底板以下2-9米范围，共7米注浆堵水加固范围。

3.3 注浆止水加固封底设计

3.3.1注浆钻孔设计布置

① 深基坑府西站注浆堵水帷幕封底加固采用分区进行，每区域长度控制在25m到35m左右，共分9块区域。注浆前每个区域范围先浇筑30cm厚的混凝土止浆盘。

② 注浆工艺采用渐进式差别化同步动态注浆方案，同步注多孔（3～6孔），使地层形成一个整体。

施工顺序采用一个方向推进方案，每个区域又采用模块式推进，注浆时做到同步、同位、均匀注浆。

做到上下有别，反映在注浆材料、压力。保证均匀扩散。动态反映在扰动土体和非扰动土体不同对待。保证从平面到立面，形成空间立体。

③ 钻孔结构：注浆孔孔径Φ95mm，孔深至深基坑底板下4m，成孔后下如Φ42mm双重管，并用填壳料封注固结。

3.3.2注浆量计算

加固土体孔隙率0.4，浆液损耗率0.1%，填充率0.9。

3.4 施工安排

以实际现场条件为准，每天平均完成32个孔（钻孔、注浆），预计5个月完成。

3.5.施工技术

3.5.1成孔

（1）鉆孔保证措施：

① 应严格按照设计参数进行钻孔。钻孔孔位及角度偏差符合相关规范规定，若现场钻孔孔位因现场条件不能满足设计要求，应进行移位重新钻孔，必要时应进行补孔。

② 在钻孔施工过程中要确保钻机稳定，匀速钻进，杜绝无经验的新手贸然进行操作。

（2）钻孔技术要求

① 放点时孔位要求

严格按设计孔位坐标测量放样。

② 终孔标准

终孔深度为底板下9m。

④ 钻孔要求

所有钻孔采用水钻进，钻孔孔径φ95mm。

⑤ 孔斜要求

孔斜应不大于1°，在钻进过程中应进行孔斜度的测量和校正，以保证钻孔垂直度，为正常注浆创造良好工作条件。

⑥ 封孔

注浆结束后采用水灰比0.8：1的浓浆封堵所有钻孔。

3.5.2下双重管

成孔后，在钻杆内吊放双重管，吊放双重管时应注意检查密封圈，双重管盖帽确保吊放过程中堵管。

3.5.3注浆

1）注浆材料

① 注浆加固范围内地质结构主要为沙层，所以采用水泥加添加剂与化学浆的混合液。

A液：水泥浆采用普通硅酸盐P.O42.5水泥，配合比为水：水泥：=1.5：1～0.8：1。在水泥浆液中添加海川5040减水剂等添加剂。

B液：水玻璃采用浓度42Be’，稀释成35Be’。

C液：速凝剂。（35kg固化剂能配置3方浆液）

注浆过程中根据现场情况决定采用的注浆种类，压力小时采用B液与C液，压力大时选用A液，B液与C液配比为1：1。

双液浆浆液凝胶时间为 B液与C液2S～10S，A液与B液30min～90min。

②浆液搅拌

按每次搅拌体积确定加入所需的水量，再加入水泥搅拌3分钟以上。

2）注浆方式

①同时注4～6孔，且两侧对应，尽量做到同时同步同位注浆，控制好井筒两侧注浆量和压力平衡。

③注浆段长0.2--0.5米。

3）注浆顺序

注浆时先从井口开始往里，且先从井上，再井两侧，注两侧时从外往内，且跳孔注浆。具体按如下顺序进行：

4）注浆流量控制

每次注浆流量控制在20～40L/min，注浆过程中观测注浆压力，以达到慢慢渗透挤密的效果。

5）注浆压力

① 注浆泵试运转

注浆施工前对注浆系统进行压水试验确保注浆系统正常运转。

② 注浆开始时先进行压水（取10个孔做注浆前压水试验），再逐步变换成静压注浆，压力不大于3.5MPa。

6）注浆配合比参数

减水剂：掺入减水剂，使浆液流动性好，渗透性强，且不易沉淀。

速凝剂：当注浆量较大时，掺入速凝剂。

7）压力、注浆量控制

通过流量计观察注浆压力，检查随注浆量的增加，压力变化情况。注浆过程中采用压力控制，注浆压力达到3.5Mpa时，止浆塞往上提0.5--1米后，继续注浆。

8）注浆结束标准

注浆结束标准根据压力和设计注浆量双重控制。

① 注浆末期，泵压逐渐升高，当注浆压力达到设计终压，或注浆量达到设计单孔注浆量时，稳定15min注浆结束。

② 虽然注浆压力未超过控制压力，但当注浆量达到设计单孔注浆量时注浆结束。

4 结束语

地铁车站深基坑施工采用旋喷加注浆相结合封底止水的施工工法不仅对原有深基坑地层进行有效的加固，而且有很好的止水堵漏作用。通过太原地铁2号线府西街站基坑止水封底工程应用，取得了非常好的应用效果。较好完成了承压水粉细砂地层悬挂式止水围护结构工程施工，保证了地铁车站周边建筑物的安全。