浅埋洞桩法地铁暗挖车站注浆加固技术研究

王云博、崔建娜

[1.济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司，山东 济南 250000；2.山东三箭建设工程股份有限公司，山东 济南 250000]

0 引言

目前，全国各大城市都将公共交通基础设施作为衡量城市发展的重要指标，地铁也凭其突出的优势，成为城市公共交通系统的主体，也是城市居民生活中不可或缺的出行工具。通过中国城市轨道交通协会的年报可以看出，未来几年正是地铁高速发展的时期，各大城市都在加紧建设地铁。地铁线路主要分布在市区的主要干道下方，周边环境复杂，若采用明挖法施工，会极大影响公共交通秩序，且带来的噪声和环境污染较为严重，所以，一般都会采用暗挖法施工。但是，暗挖法对地质条件的要求较高，若是地层土质松散，整体性和稳定性较差，将直接给施工带来高风险，容易发生安全事故，这就需要对地层进行加固处理。目前，注浆加固是最常用的处理方法。

北京地铁10号线苏州街站暗挖车站工程中，在卵石层施工中使用了注浆加固技术[1]。经过整理监测数据可知，该工程中的加固措施已经起到了作用，沉降从未超标，证明注浆加固可以保证施工安全。

为解决在富水卵石的地质条件下注浆困难的问题，技术人员通过室内试验和现场实践改进了注浆工艺，经检验，改进的注浆工艺在富水卵石地质条件下也有较好的注浆效果[2]。对于在富水砂质层条件下修建隧道时可能出现的问题，技术人员通过理论分析，结合数值模拟的方法，对注浆加固进行了优化[3]。技术人员还对注浆浆液进行了力学特征试验，研究了浆液对加固土体的影响，并给出了不同期龄，浆液产生的注浆压力[4]。基于浆液的扩散理论，技术人员建立了浆液扩散的控制方程，并进行了算例分析，验证了其可行性和正确性，而后结合实际工程进行了浆液扩散的数值模拟，结果证明注浆形成的帷幕质量很好[5]。基于砂卵层盾构工程，技术人员结合数值模拟和现场监测数据，证明了注浆加固技术可有效控制路基沉降，还证明了在卵石层地质下，钢花管地层注浆具有很好的加固效果[6]。

文章依托北京某地铁车站施工时采用的注浆加固措施，对注浆参数、注浆工艺流程等进行了详细介绍，并通过现场揭示了掌子面验证和实际检测数据，证明了注浆的效果，旨在为类似的工程提供借鉴经验。

1 工程概况

北京某新建地铁车站密贴下穿既有车站工程，两车站平面位置见图1。新建车站埋深约12m，下穿段采用8导洞PBA施工方法，总长度50m，隧道断面形式为矩形，尺寸约为23m×14m，车站主体结构的顶板、侧墙和底板的厚度分别是1200mm、900mm和1000mm，均采用C40混凝土进行浇筑。既有车站建成于1966年，尺寸为30m×7m，车站主体结构的顶板、侧墙和底板的厚度大致均为1m。目前，车站处于正常运营状态，为了避免影响既有车站的运营和安全，施工时需要将既有车站的沉降稳定在3mm之内。

根据现场钻探的结果可知，在施工区域内的地质分布情况从上至下分别为杂填土、粉土填土、卵石层、粉质黏土和砂岩，新建车站的顶板位于卵石5层，底板位于卵石9层。由于新建车站采用的是PBA施工方法，因此为防止在开挖土体时既有车站产生较大沉降，影响正常使用，需使用深孔注浆技术，对受开挖影响的区域进行超强注浆加固，加固完毕后方可进行正常的导洞施工。在导洞开挖时，首先应开挖下部左、右两侧的导洞，待两导洞掘进6m后，开始同步开挖上部左、右两侧的小导洞；当上部左、右两侧的小导洞掘进10m时，开挖下部中间的两个小导洞，同样掘进10m后，开挖上部中间的两个小导洞。待所有小导洞全部贯通后，便施作导洞内的条形基础和底纵梁，然后在条形基础和底纵梁上采用人工挖孔的方式施作边桩和钢管桩。为了进一步稳定边桩和钢管桩，需要分别在上面施作桩顶冠梁和纵梁。而后，便需要开挖各小导洞之间的土体，同时要及时施作初支，待结构稳定后再拆除初支，并施作二衬和防水层。

2 深孔注浆控制技术

为了防止注浆时有浆液泄露，进而导致注浆效果不显著，甚至不起作用，需要在注浆前将注浆区域用止浆墙围起来，止浆墙由钢筋网喷射混凝土构成。止浆墙施工结束后搭设施工平台，平台使用钢管脚手架支撑体系，采用φ48×3.0mm钢管。为方便施工及工人安全，可在上面铺设硬木板并设置警示标语。为确保注浆效率及准确率，需要提前测量每个注浆孔的位置，方便注浆。后退式注浆采用TXU-200型钻机泥浆钻进，管幕钻机采用空气潜孔锤（气动冲击器）钻进。TXU-200型钻机钻孔孔径为φ42mm，管幕钻机钻孔孔径为φ76mm。将钻机钻头对准钻孔后不可移动，直至钻好一个孔后，才能移动到下一个钻孔位置。若在钻进过程中出现溢水，需要及时停止钻进，直至排除问题。

全部注浆口钻进完成后，即可进行注浆，每个注浆孔的注浆量按下式（1）进行估算：

式（1）中：R为浆液扩散半径，取R=0.6L；L为注浆长度；n为地层孔隙率；α为地层填充系数，一般取0.8；β为浆液消耗系数，一般取1.15。

注浆材料的选择需要依地质情况而定，一般情况下，可使用水泥和水玻璃组成的双液浆。水泥-水玻璃的作用机理为：单一的水泥浆液凝结时间过长，会造成工期的延误，且胶结效果较差，不能很好地加固地层，而加入水玻璃后组成的双浆液，可以大大缩短凝结时间，且胶结效果显著，能够达到100%的结石率，从而起到加固作用。如果是富水地层，注浆时会因无法控制地下水导致加固失败，可使用硫铝酸盐水泥浆化学浆液。不同注浆浆液的优势及劣势见表1。

表1 浆液性能对比

注浆过程中，必须严格遵守相应的标准，注浆量需经过计算、确认后，由专业的技术人员进行操作，全过程应确保注浆压力不能过大或过小。若在注浆过程中出现浆液溢出，或注浆压力出现不合理的变化，必须立刻停止并检查问题，解决问题后方可继续操作，一定要保证注浆量达到设计要求。操作完成后，需要马上堵住注浆孔，防止跑浆。

根据工程的特点和难点以及地下工程的不可预见性，在施工过程中，还应采取如下措施：加强对风险源的监控，确保及时反馈信息，以便能随时根据现场施工情况做出相应调整，保证施工安全；开挖过程中，应加强对前方的探水，发现问题及时采取小导管工艺进行补救；在初支施工过程，预留一定数量的注浆浆液，可以在沉降过大时补偿注浆，保证结构安全；应着重注意沉降量，通过沉降数据的变化可以看出注浆的控制效果。

3 注浆效果验证

在深孔注浆控制技术实施过程中，通过现场开挖记录的注浆参数和实际检测数据，证明注浆的效果。在小导洞开挖期间，根据施工掌子面揭示情况，把握现场的注浆效果，如果掌子面无渗水也无空隙，浆脉与胶结效果十分明显，直立性能也得到显著增加，则说明注浆效果良好，已经达到预期效果，可按施工计划执行下一步施工步骤，注浆效果如图2所示。

为了进一步验证注浆效果，防止在施工过程中注浆不均匀而导致掌子面坍塌，同时也可通过实际沉降监测数据来检验注浆效果，提取在隧道上方布置的沉降观测点的沉降数据，并整理、绘制成沉降曲线进行分析，沉降曲线如图3所示。

由图3可知，各测点在注浆之后的沉降速率均较注浆前有明显减小。未作任何处理前，隧道顶部的沉降速率峰值达到了0.8mm/d，其次是边墙处，沉降速率峰值达到了0.5mm/d，且各点的沉降量也一直处于单调增长的趋势，如果不采取任何加固措施，最终的沉降量可能超过沉降控制标准。在进行深孔注浆处理后，无论是隧道顶部还是边墙，其沉降速率峰值都已被控制在0.1mm/d内，且已经停止了沉降增加的趋势。这说明，注浆已经起到了改善地层的作用，可有效增加地层承载力，提高施工时的安全程度，也可以保证既有车站的沉降在控制范围内，符合施工质量控制标准。

4 结语

在导洞开挖前，为防止因为土质疏松、富水等原因影响施工安全，可以通过深孔注浆对受开挖扰动的地层进行加固处理。其原理是将浆液注入土体，浆液在土体中的流动过程，会将土体间的气泡和地下水挤走，待浆液凝固后，便会将较松散的土层黏结起来，从而大大提高土体的强度、稳定性以及承载能力。

针对不同的地质情况，需采用不同的注浆浆液。对于渗透系数较大的地层，比如卵石层，可采取水泥-水玻璃双浆液进行注浆加固；对于渗透系数较小的地层，比如未受扰动的细粉砂层，可使用硫铝酸盐化学浆进行注浆加固。两种注浆浆液均具有凝结时间可控、注浆早期强度较高的优点。

在导洞开挖过程中，可以通过掌子面揭示的注浆效果，随时对注浆参数、注浆量以及注浆工艺进行调整，以期达到最好的注浆效果。注浆结束后，通过实际工程中的沉降监测数据，对比注浆前、后不同监测点的沉降速率，可以明显看出，注浆后的沉降速率较未作任何加固措施前的沉降速率大大减小，且沉降趋势逐渐平稳，证明注浆可以起到改善地层的作用，可有效增加地层承载力，提高施工安全。