后退式注浆在浅埋隧道软塑红黏土层中的应用

任新建，郑文昌，简中飞，任登富

(1.贵阳市公共交通投资运营集团有限公司，贵州 贵阳 510000； 2.中铁隆工程有限公司，四川 成都 610000)

0 引言

红黏土是指出露在地表的碳酸盐系岩石(如石灰岩、泥灰岩、白云岩等)，在热带、亚热带的湿热气候条件下经风化、淋滤和红土化作用形成并覆盖于基岩上的一种棕红或褐红或褐黄色的高塑性黏土。红黏土的分布具有明显的地域性，不同地区的红黏土力学特性差异较大，尤以贵州地区的红黏土工程特性最为复杂，其软塑、富水特性导致常规注浆措施成孔困难、浆液扩散渗透不足，不能达到改善土体工程特性的要求，国内研究后退式注浆的文献多为砂砾石或粉砂质堆积体等不良地质[1]，对于城市轨道交通穿越软塑红黏土的研究较少。孙克[2]在强中风化砂岩地层发生突泥涌水时，采用后退式注浆技术使堆积体内部得到有效固结；段学锋[3]在隧道穿越污水管断裂区域及隧顶富水粉细砂层时，采用后退式注浆加固确保了施工过程中道路和建筑物的安全；郭光旭[4]采用后退式注浆技术在富水饱和砂砾地层隧道施工过程中，解决了涌水、涌沙、塌方等危害；李治国等[5]在富水、松散、软弱破碎地层进行隧道施工时，采用钻杆后退式分段注浆技术，实现了钻孔注浆的连续一体化作业，提高注浆效率，改善了注浆效果。贵阳地铁2号线一期七机路口站—云峰路站区间隧道下穿软流塑红黏土层，施工过程中若处置不当极易引发地面开裂、脱空、坍塌等安全风险，为有效解决这一问题，引进后退式注浆技术对软土层进行预加固处理，确保了施工安全。

1 工程背景

1.1 工程概况

贵阳市轨道交通2号线一期七机路口站—云峰路站区间，线路起止里程DK10+273.3～DK11+181.897,左线隧道全长912.055 m(右线908.598 m)，线路净间距4.3 m～7.3 m，采用矿山法暗挖施工。

1.2 工程地质及周边环境

七—云区间大部分隧道拱顶位于软塑红黏土或可塑黏土层，隧道拱顶埋深8.2 m～10.6 m，地下水位3.2 m～9.0 m，在岩溶管道水及雨污管道渗漏水的共同作用下，日涌水量约4 500 m3。

区间暗挖隧道沿线穿过的建(构)筑物和管线较多，线路侧穿主要建构筑物有华联超市及其北侧2栋6层居民楼、白云区城管大楼、新安小区居民楼、垃圾转运站、工商银行营业厅大楼、铝厂输液管线桥墩、贵阳烟草局白云大队办公楼东侧居民楼等；隧道中心线距周边建筑的水平距离，左线为9 m～20.9 m，右线为9 m～21.4 m；下穿雨水管、污水管、自来水管、电力管、电信管、燃气管等市政管线。通过机器人探测周边雨污水管线进行了调查，发现既有雨污管线因年久失修，破损、堵塞、渗漏严重，使得红黏土层长期处于浸泡状态，改变了既有岩层力学性能，降低了围岩等级。

1.3 前期施工情况

隧道位于市政道路下方，拱顶多为富水软塑红黏土或可塑黏土层,在施工过程中，隧道开挖对原有土体的扰动，加上地面的行车动荷载，大大降低了土体本身的自稳能力。工程前期采用传统的超前小导管+型钢拱架+锚杆+钢筋网的锚喷支护技术，多次出现隧道掌子面及拱顶失稳，涌水、突泥，溶洞填充物流失，拱顶溶洞失稳、孤石掉落砸坏拱架、地面塌陷、管线破坏等安全事故。经过现场调查，出现该类情况的主要原因为：该隧道地质条件极其复杂，红黏土层较厚，垂直裂隙与串珠状溶洞发育且相互贯通，场地地势较高，具有较大的汇水面积却无明显的地表排泄路径，大气降水主要通过强岩溶发育带排泄，再加上周边雨污管线渗漏严重，进一步加剧了土体松散区的扩大，导致土体短时间内迅速流失，出现塌陷情况。传统超前小导管注浆，受限于注浆压力及注浆工艺，扩散半径较小，无法满足超前预加固的效果，采用传统的锚喷支护措施难以满足现场的安全施工要求。

2 地质加固注浆方案比选

由于区间隧道拱顶位于软塑红黏土或可塑黏土层，根据红黏土的不透水性，采用常规注浆小导管施工，存在浆液扩散半径小，注浆效果不佳，且小导管刚性小，悬挑受力，不能完全承受拱部土体压力；采用φ76 mm中管棚注浆或常规全断面注浆，需先钻孔后安注浆管道注浆，但在软、流塑土体中，存在成孔困难与注浆扩散半径小的问题；采用φ108 mm大管棚跟进施工，需修建管棚作业室，施工复杂，工期长。通过多方比选，本工程采用后退式注浆工艺，对掌子面进行注浆加固处理。

3 后退式注浆施工方案

3.1 修建简易止浆墙

首段后退式注浆加固前，在隧道开挖掌子面修建简易止浆墙如图1所示，止浆墙掌子面挂设φ8@150 mm×150 mm单层网片，同时在掌子面初支环向施作φ22×2 m锚筋，与钢筋网片连接成整体，增加其受力特性。最后采用C25网喷混凝土封闭，厚度50 cm。若后期需连续加固时，则利用已经注浆加固后的2 m～3 m土体作为止浆墙，实现搭接施工，可不另作止浆墙。

3.2 超前地质预报

在止浆墙施工完成后，后退式注浆施工前，采用掌子面地质雷达扫描+超前水平探孔的形式对隧道前方的地质、水文情况进行探测(见图2，图3)，根据探测结果调节注浆参数，避免盲目注浆[6]。

3.3 后退式注浆工艺流程

按照“由外到内、由上到下、间隔跳孔”的原则进行注浆加固处理。首先用钻机定位、钻孔，孔深20 m；然后采取后退式分段注浆工艺注浆施工，注浆分段长度根据钻孔情况可现场调整，本案例采用1 m～2 m为一段，即钻进孔底，注浆一次，注浆结束后再退1 m～2 m进行注浆，依次循环，直至结束该孔注浆。若钻孔过程中遇到突水、涌泥，则应立即停止钻孔，进行注浆。注浆时同步做好地面沉降观测工作，具体注浆施工工艺流程如图4所示，图5为后退式注浆施工示意图，图6为后退式注浆布孔示意图。

3.4 注浆参数

注浆参数见表1。

表1 注浆参数

3.5 浆液配合比

注浆材料采用普通水泥-水玻璃双液浆、普通水泥单液浆，注浆材料配比见表2。

表2 注浆材料配比表

3.6 注浆异常处理

在注浆过程中，通过仪器监测手段和日常巡视，监测地表隆起及隧道周边管线的沉降及变形情况。后退式注浆压力较大，浆液进入地层后土体封闭强度较低或松散不密实处，可能会出现浆液冒出地面等情况，发现后应立即停止注浆，封堵冒浆，确认无问题后再进行下一步注浆。应根据冒浆情况采取间歇注浆保证注浆加固的效果。

注浆浆液的胶凝时间通过试验和加固土体的性质及含水量确定，注浆加固的地层含水量较大时，地下水易稀释注浆浆液，导致浆液配合比发生变化而影响加固效果，配置双浆液时应根据地层的含水量调整配合比，保证不同含水量地层的加固效果。

由于现场情况多变，洞内注浆时双浆液胶凝时间较短，两种浆液混合过程中可能因凝固而堵塞管路，一旦管路堵塞应立即停止注浆，拆卸注浆管并将注浆泵冲洗干净，待查出故障部位、管路通畅后方可继续注浆，以免损坏机械或发生伤人事故。

3.7 注浆效果检验

注浆结束后，采用钻机取芯验证注浆效果如图7所示，取芯过程中，检查孔不坍孔，不涌泥，浆液填充率达80%；后期开挖揭示掌子面注浆凝固体呈脉状分布如图8所示，拱部软流塑地层有效加固效果达75%以上，隧道开挖面土体稳定，解决掌子面失稳、涌水、突泥等问题，达到了控制沉降变形的目的。

4 结语

红黏土不同于其他黏性土，因其具有高滞水性、突变性、上硬下软、渗透性差等特性，表现出软状、流塑状态，为该类地质城市浅埋暗挖隧道施工加大了施工难度，特别是隧道下穿软塑状红黏土层，若处治不当，容易引发地面沉陷、坍塌等安全风险。采用后退式注浆技术可有效实现在软流塑状红黏土层低压注浆加工操作，保障施工安全、城市管网道路安全，加快施工进度。该技术其关键点在于改良红黏土物理性能，且操作简单。主要工艺为：一是修建简易止浆墙，利用钢筋网片喷射混凝土，同时在掌子面初支环向施作锚筋与钢筋网连接成整体，施工简单，效果显著；二是采用后退式注浆技术，利用潜孔钻机在掌子面向前方钻进至设定深度，然后钻杆旋转后退，同时进行注浆作业，无需单独钻孔埋管，利用隧道前方天然土体及简易止浆墙，可有效控制注浆压力，确保在城市浅埋隧道施工中地表环境安全。综上所述得出如下结论：

1)由于红黏土的不透水性，在软流塑状红黏土层低压注浆加固一直是工程界的技术难题，采用后退式注浆技术科学有效的突破了该项问题，有效解决了在低压环境下软流塑红黏土注浆难的问题，利于加固软流塑状红黏土，确保开挖安全。

2)由于隧道洞内施工场地狭窄，简易止浆墙的修砌采用网喷混凝土+锚筋的形式施工，方便快捷，避免了传统混凝土浇筑的繁琐，因此止浆墙修建具有简单易操作、稳固、快速、高效的优点。

3)后退式间歇低压注浆工艺操作简单，不用先成孔后埋管，有效解决了传统工艺在软流塑状黏土层成孔难、反复洗孔的缺点；注浆压力较小，防止地面隆起对管线及路面结构造成破坏；此外，加固段落岩层变化较大时，可根据围岩情况实时动态调整浆液配比参数，不用再单独开孔注浆。

4)在城市浅埋隧道施工过程中，周边环境保护是重点。该工艺施工可操作性强，利于减小对周边环境的影响，有效保护市政管网，确保市政管网及道路运行安全。

5)施工简便、易操作，缩短工序衔接，加快了施工进度，降低施工成本，达到安全、经济、高效的目的。