模袋法分段注浆技术在复杂地质隧道中的应用

张永顺 王万仁 朱 帆 张 伟

(1.山东科技大学，山东 青岛 266590； 2.中铁22局集团轨道交通有限公司，山东 青岛 266100)

1 概述

在隧道施工过程中，注浆效果的好坏直接影响了隧道的质量安全。传统的注浆技术操作复杂，注浆周期长，在地质较差的隧道施工时，容易出现涌砂突水现象，难以取得很好的施工效果。而模袋法分段注浆操作简单且能很好的解决隧道开挖过程中出现的涌砂突水问题，因而能够很好的提高隧道施工效率。

本文以青岛地铁2号线青岛站疏散口开挖通道为依托，针对软弱介质注浆过程中孔口难以封堵、浆液扩散难以控制的问题，采用模袋法分段注浆工艺。通过膨胀模袋来挤密岩体，使浆液扩散均匀，继而形成连续支护体系。实践表明：采用模袋法分段注浆能取得很好的应用效果。

2 工程概况

青岛地铁2号线青岛站消防疏散口位于香港中路南侧青岛国际新闻中心前，采用暗挖通道的方式进行掘进。开挖断面宽3.27 m，高5.12 m，拱顶埋深5.35 m。消防口于2020年7月采用小导管超前支护后开挖，在开挖过程中出现了涌水涌砂现象。青岛站D出入口暗挖段地面尽管采用旋喷桩预加固，洞内采用全断面注浆，开挖效果仍不理想，导致开挖时间长达2个月。由于消防口上方管线复杂，施工存在极大的风险。鉴于以上原因，常规加固方法已不能适用于消防口的开挖，故引入模袋法进行注浆。通过膨胀模袋挤密岩体形成支护体系，来保证浆液的有效扩散和孔口封堵。

地勘资料和开挖情况表明，通道位于砂层及粉质黏土层，工程地质较差。开挖时易发生涌砂涌水现象，导致隧道变形、失稳，施工风险大。通道岩层自上而下分为素填土层、细砂层、粗砂层、粉质黏土层、风化花岗岩。砂层主要为细砂、粗砂，颗径均匀但级配差，给地铁隧道施工带来很大困难。

3 模袋法分段注浆

3.1 模袋法分段注浆原理

通过内侧模袋注浆管压入水泥浆及配制液，由外至内通过隔离器实现逐个注浆，在第一个模袋注浆完成后，打开隔离器，进行第二个模袋注浆，待第二个模袋注浆完成后，通过间隙注浆管对第一个及第二个模袋间隙进行注浆填充，水泥浆在地层内形成挤嵌填充作用，使地层实现很好的粘结加固和防水。模袋法注浆示意图如图1所示。

3.2 注浆工艺流程

模袋注浆程序有：1)布置孔位。2)钻机布置，调整好钻孔角度，开始钻孔。3)成孔验收，安装孔内模袋桩装置。4)灌注模袋桩。注浆流程图如图2所示。

注浆效果关键在于注入的浆液都留存在目标加固区域内，目标区域内的有效注浆量与注浆加固效果紧密相关。注浆时，膨胀模袋中的浆液由钻孔注浆段进入地层来实现浆液的有效留存。

3.3 模袋法分段注浆钻孔设计

钻孔设计的内容主要包括：布孔、钻孔及安装孔内装置等部分。

1)布孔。沿开挖轮廓线布置，环向间距300 mm(96个注浆孔，13个探孔)。水平打设，打穿暗挖段。孔位布置情况如图3所示。

2)钻孔。为便于安装孔内模袋注浆装置，钻孔直径采用150 mm以上，钻孔倾斜度控制在1%以内。钻孔分两序进行，采取隔孔跳打施工方式。钻孔完成后冲洗孔底沉渣，确保成孔完整，深度满足模袋下放要求，验收合格后随即进行孔内一次性安装好分段模袋注浆装置。

3)安装孔内装置。a.成孔后，校验孔位、孔深等均满足设计要求后，开始下管。在钻孔的同时，进行模袋加工。严格按照作业要求绑扎模袋及下管、接管。分段模袋在孔口连接绑好，下管过程中要避免模袋绕管和刮破，注浆管端头露出掌子面0.5 m左右。b.接长灌浆管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。

钻孔方式采用垂直于侧墙钻孔，为便于安装孔内模袋灌浆装置，钻孔直径采用89 mm，下注浆管φ42无缝钢管，模袋长度4 m，采用两序钻孔布置。采取隔孔跳打施工方式，环向间距400 mm，水平向上打设角度为2°，注浆孔结构剖面图如图4所示。

3.4 模袋法分段注浆参数设计

1)注浆材料和注浆设备。注浆材料为P.O42.5硅酸盐水泥。水与水泥按1∶1配制。采用双桶搅拌机配制浆液、3SNS注浆泵进行注浆。

2)注浆顺序和注浆方式。模袋注浆采用分序施工。注浆顺序根据成孔顺序进行，模袋注桩由外至内进行分段压浆，模袋达到一定饱和程度后，插入DN20铁管穿过模袋隔离器进行第二个模袋及模袋与钻孔间空隙注浆施工。循环进行，直到终孔结束。

3)注浆压力。注浆压力根据水文地质及工程地质条件确定。施工中需严格控制注浆压力在0.3 MPa～0.5 MPa；设计终压为0.5 MPa；现场实施过程中应根据各段埋深、地质情况进行注浆压力调整。

4)注浆控制。注浆速度应控制在10 L/min～15 L/min，起压后逐渐减小注浆速度，使浆液连续均匀来确保模袋达到饱和程度。如注浆效果未达到设计要求，应进行补充注浆。在青岛地铁隧道施工过程中采用模袋法注浆技术取得了很好的应用效果(见图5，图6)。

4 模袋法注浆应用效果评价

采用模袋法分段注浆能很好的解决软弱介质注浆过程中孔口难以封固、浆液扩散难控制的问题。我们从施工效果，缩短的工期和变更费用三个方面来分析模袋法注浆实际的应用效果。

1)施工效果。采用模袋法分段注浆通过模袋膨胀挤密土体，形成连续支护体系有效解决了软弱介质注浆过程中孔口难以封固、浆液扩散难控制的问题。工程实践表明：采用模袋法注浆能使地层实现很好的粘结加固和防水，形成有效的支护，在很大程度上减少隧道施工风险，提高了施工效率。

2)缩短工期。青岛站D出入口暗挖段(共13.5 m)地面采用旋喷桩预加固，洞内采用传统的全断面注浆后，开挖效果不理想，经常出现涌水涌砂，开挖时间长达2个月。而消防疏散口(共19.3 m)采用模袋法分段注浆技术后，仅用一个月的时间就完成了开挖。施工效率较传统的注浆方式提高了近34.9%。

3)变更费用。采用模袋法分段注浆技术进行施工，缩短了施工周期，减少了人工成本以及传统的注浆方式所产生的材料费用，提高了施工效率。从整个施工过程来看，采用模袋法施工取得经济效益显著，因而具有很好的应用价值。

5 结论

1)通过选取青岛地铁青岛站消防口共计19.3 m范围进行研究，从施工效果、缩短的工期以及变更费用3个方面对模袋法注浆效果进行分析评价。结果表明，采用模袋法分段注浆能使地层实现很好的粘结加固和防水，形成良好的支护效果。提高了施工安全性，减少了隧道施工风险，从而有效的提高了施工效率。

2)青岛地铁消防出入口采用小导管超前支护后开挖进行施工，由于工程地质以及水文地质较差，在开挖过程中多次出现涌砂涌水现象，严重影响施工进度。自2020年引入模袋法分段注浆技术后，成功的解决了消防出入口软弱介质注浆过程中孔口难以封固、浆液扩散难控制的问题。

3)模袋法分段注浆技术操作简单且施工效果明显。采用模袋法分段注浆使得围岩具有了优良防砂防渗能力，而且降低了费用，缩短了周期，使青岛地铁隧道施工能够顺利的进行。

4)在地铁隧道开挖过程中，注浆技术的关键在于如何快速有效的进行岩体的注浆加固。围岩参数的不同决定了注浆压力的不同。采用传统的注浆方法注浆压力难以控制，而采用模袋法分段注浆技术可根据现场施工成孔情况进行注浆参数调整，来调节注浆压力以确保注浆达到预期的效果，因而模袋法分段注浆技术比传统的注浆方法应用范围广且效果更好，具有重要的工程应用价值。