富水欠固结石回填土区袖阀管注浆技术研究

曹亚奇，李文龙，罗桂军，欧阳天一，肖 超

（中建五局土木工程有限公司，湖南 长沙 410004）

地铁建设是缓解城市地面交通压力的有效途径，但是山地城市盾构区间受地形起伏状况的限定，穿越区域地质条件复杂，邻近建筑物繁多，出现了较多大范围富水欠固结石回填土区地下工程，盾构法作为地铁隧道开挖的主要方法，在重庆地区首次被应用于软弱地质隧道工程。

早年城区道路改造对沟谷区域采取了回填处理，现在盾构区间穿越石回填土区，石回填土层均匀性差、深度变化大、地层分布疏松多孔、变形模量低、土体抗剪强度较弱、遇水易湿陷。由于各个回填区的施工处理差异，其土体结构、密实度、含水量、土体强度、孔隙率等参数特性表现出较大的差别。石回填土抛填堆放方式不同，土体组成多种多样、回填厚度较深、土体形式往往是欠固结状态，对此类石回填土的处理难度较高，各地处理经验难以互相参照，对石回填土区注浆加固的研究较少，需要对盾构穿越此类地层前的注浆加固施工作进一步的研究。

1 工程概况

重庆轨道交通五号线北延伸段工程土建2 标中央公园西站-椿萱大道站区间全长1 110.711m，其中左线长1 095.304m；右线长1 095.304m，最小曲线半径2 000m，最大纵坡38.07‰，长270m，占比24.21%。顶部覆土19.1～33.2m，区间约401m 位于石回填土地层中，其余地段均位于砂质泥岩和砂岩中（图1、图2）。

图1 中央公园西站－椿萱大道站区间平面示意图

图2 中央公园西站～椿萱大道站区间地层剖面示意图

拟建线路主要沿城市主干道秋成大道行进，人工填土以素填土为主：杂色，以黏性土夹砂岩、泥岩碎（块）石为主，土体粒径以2～65cm为主，局部大于1m，含量一般为20%～45%，在回填深度较大的地段中下部块（碎）石含量显著增高，局部达50%～60%，粒径也有所增大，存在架空现象，主要呈松散～稍密状，稍湿，厚0.5～44.5m。沿线填土堆填年限一般为1～3 年。

地下水的富水性受地形地貌、岩性及裂隙发育程度控制，主要为大气降水、城市地下排水管线渗漏补给等。沿线地下水划分为第四系松散层孔隙水和基岩裂隙水。回填土区局部存在原有老河沟，回填后成为地下水过水通道，雨季水流汇集，水量可能较大。经计算，区间隧道的总涌水量约为4 957.38m3/d，隧道最大涌水量为正常涌水量的2～3 倍。在暴雨工况下，隧道集中涌水量可能在1～3h 内达到上千方水量。

2 盾构穿越前地基处理

2.1 地表注浆加固概况

TBM 段部分下穿石回填土区，为确保掘进过程安全和后期运营安全，需对深回填土段进行注浆加固。此段线路位于现状秋成大道下方，注浆时需临时进行施工围挡内，占用秋成大道部分路幅。注浆加固段左线里程DK5+762.300～DK6+180.00，长417.7m；右线回填土段里程DK5+763.000～DK6+195.00，长432m。施工区域附近管线基本位于人行道两侧，上跨4m×4m混凝土箱涵，西侧人行道埋设DN325 燃气管及两根PVC 雨污水管，东侧人行道埋设DN100 给水管及两根PVC 雨污水管。

回填土区域地基加固工程包含地面钻孔注浆7 471 个孔，平均每孔深32.57m，根据设计图纸及交通导改计划，划分为12 个注浆加固区，在确保注浆加固施工正常进行的同时尽可能减少对交通线路运行的影响。

2.2 地表注浆加固方案

2.2.1 总体施工顺序

交通导改→围挡封闭→作业条件处理→场地布置→场地清理→测量放样→钻机就位→帷幕注浆施工→3.6m×3.6m 梅花型加固注浆施工→按设计剖面图纵向间距1.2m 梅花型布设注浆施工→试验效果检验并出具成果报告。

2.2.2 工艺流程

1）采用袖阀管注浆工艺加固，加固范围平面范围为隧道左右线结构边线以外1.5m，竖向范围为隧道顶部3m 至隧底中风化岩面，右线注浆孔钻孔采用垂直孔；左线部分段因受地面现状管线影响，钻孔采用倾斜孔，梅花型布置，注浆孔间距详见各地质横剖面。左、右线加固范围两侧最外两排帷幕注浆孔纵向间距为1.2m，梅花型布置。注浆加固工艺流程图如图3 所示。

图3 注浆工艺流程图

2）注浆施工分为3 步：①左右线各施作两侧最外两排帷幕注浆孔并进行帷幕注浆；②按设计间距梅花型布置施作加固注浆孔，进行初步充填注浆；③按间距梅花型布置施作完成剩余加固注浆孔，进行加固注浆。

2.2.3 技术参数

1）注浆加固实施前应进行现场注浆试验，选取不同的浆液配比，由低压较大注入量开始至终压、较小注入量结束，通过试验寻求较少的注浆量，最佳注浆方法和最优注浆参数。并将浆液配比、注浆压力、扩散半径及注浆效果反馈设计，以进一步指导注浆设计，确保设计切合实际。根据前期注浆试验段总结验收会总结的注浆技术参数，帷幕注浆采用水泥-水玻璃浆液进行封浆，水玻璃满足模数2.2～3.4，浓度38～43°Be’，水玻璃与水1∶3 混合后，且水玻璃用量为水玻璃混合液∶水泥浆=1∶1，以把浆液的凝固时间控制在120～150s。水泥采用P.O42.5 级普通硅酸盐水泥，双液浆注浆压力不大于1.0MPa，单液浆注浆压力不大于1.5MPa。

2）由于石回填土区块石含量高，各向异性且离散性大，采用多次注浆，间隔时间控制在4h内。

3）袖阀管注浆主要采用水泥浆液，水泥浆液水灰比为0.7，注浆压力不超过1.5MPa，加固圈范围四周采用水泥-水玻璃浆液进行封浆，注浆压力宜为0.5MPa，但袖阀管冲孔时可适当加大压力至通孔。以上注浆参数及配比仅供参考，具体施工时应结合现场试验确定。当遇架空空洞时，可采用M10 水泥砂浆，注浆压力宜适当加大，但不应大于3.0MPa，水泥砂浆流动度宜大于240mm，细沙最大粒径不大于2mm。

4）水泥应采用P.O-42.5 级普通硅酸盐水泥，水玻璃宜采用模数2.2～3.4，浓度38～43°Be’。

5）袖阀管采用外径48mm、内径42mmPVC管，注浆孔直径不小于108mm，应进入中风化岩面不小于0.2m，帷幕注浆孔应进入中风化岩面不小于1.5m。

6）注浆孔开孔直径为108mm，加固区与非加固区之间应采取有效止浆措施，如套壳料，套壳料具体参数场试验确定。

7）注浆采用自下而上分段注浆方式，应采用跳孔间隔注浆，且先外围后中间的注浆顺序。根据类似地层工程经验，注浆有效扩散半径取0.6～0.8m，具体有效扩散半径应根据注浆试验确定。根据详勘资料，填土孔隙率为10%～30%。

3 结论

1）注浆试验段施工过程中首先采用风钻钻孔，因风钻钻孔效果不理想，且不满足环保要求，改用套管跟进钻孔，套管护孔的同时确保了钻进速度满足现场注浆施工要求。

2）成孔后，采用套壳料封闭袖阀管与钻孔孔壁之间的环状空间。施工期间套壳料首先采用膨润土+水泥，因地层孔隙率较大，膨润土和水泥用量超耗较大。优化后采用碎石+砂浆作为套壳料，在钻孔加固区深度范围内采用碎石作为套壳料，加固区上部2m 采用砂浆封层，之后回填碎石到地面以下0.5m 处作为套壳料回填标准。

3）套壳料在袖阀管周围形成具有一定强度的保护层，灌浆时浆液出袖阀管后挤压套壳料，套壳料能够使浆液只在一定范围内横向流动挤压周边土体形成灌浆通道。

4）灌浆采用跳孔间隔注浆，且先外围后中间的注浆顺序，根据类似地层施工经验，注浆有效扩散半径取1m。注浆采用自下而上分段式注浆，每段注浆完成后向上提起注浆管30cm，进行下一段注浆，提起距离应不大于袖阀管作用范围，以保证注浆效果均匀有效。

5）单、双液注浆过程中主要通过听声音、看压力、看注浆量（有前面注浆现场施工性试验取得参考数据）来判断注浆的施工效果。

6）注浆结束标准：①注浆压力达到设计终压，在设计最大注浆压力下稳定注浆30min，可结束该段注浆；②当注浆压力达到设计终压的80%，注浆量达到设计注浆量1.5 倍时；③当注浆压力未能达到设计最终压力，而灌浆量超过设计灌浆量的2 倍时可结束段注浆。

7）注浆施工完毕后，通过对加固地基进行钻芯取样，检测无侧限抗压强度满足≥1MPa 的设计要求。

8）若采用超重型触探对注浆加固后地基承载力及均匀性进行检测。由于从地表无法进行相关检测（深度超限），可从已施工隧道底部注浆孔处进行相关检测，对地基土做出工程地质评价。