地铁暗挖隧道工程中的深孔注浆施工技术

2023-11-23陈泓予韩邦栋王娅梅

城市建设理论研究（电子版） 2023年32期

陈泓予韩邦栋王娅梅

1.北京城市快轨建设管理有限公司北京 100000

2.北京城市副中心工程建设管理办公室北京 100000

3.中海文慧（北京）建设有限公司北京 100000

现阶段，许多地铁隧道工程依旧采取浅埋暗挖这种施工技术，尽管这种技术的应用十分便利，施工也较为容易，但伴随而来的也有更多新问题。比如这种技术不适用于沙土地层、老旧管线较多、断层破碎区域等位置，极有可能导致工程出现坍塌、漏水、冒顶等问题，一旦发生事故，不仅会对施工周期、原材料成本等造成不良影响，还会对地铁工程的整体质量带来危害，减少地铁隧道的整体使用寿命，建成后还会存在各种各样的安全隐患。而应用深孔注浆这种技术，则可以有效解决上述问题，将其合理的运用到暗挖隧道工程当中，能够为现场施工人员提供更加优质且安全的作业环境，从而保证地铁暗挖隧道工程的建设质量与使用寿命。

1 地铁暗挖隧道工程的施工特点分析

暗挖工程是相较于明挖工程提出的，在地下管线和建筑物较为集中的一些区域内，明挖施工往往会对居民们的日常生活造成不良影响，所以通过暗挖施工的方式，能够有效降低对附近居民的影响。隧道暗挖工程中的施工方法由于地层情况不同需要选择不同方法。比如在一些软弱破碎的地层区域内建设地铁，最为常见的一种方法就是浅埋暗挖法，这种方法中主要的支护方式就是新奥法。通常情况下，注浆加固包括两种技术形式，第一种就是深孔注浆，第二种就是超前小导管注浆。对比超前小导管注浆来说，深孔注浆时的钻孔更深，因此能够获取更好的注浆效果与加固能力。在施工实践过程中，采取深孔注浆这种技术开展隧道加固作业能够获取良好效果。隧道暗挖工程施工期间，最为关键的一个问题就是怎样控制地层中水，而应用深孔注浆则能够有效完成这一任务。在施工过程中，一方面应当详细了解施工沿线内的地质水文状况，另一方面还需要充分意识到沿线复杂给排水系统的实际情况。防止由于施工对给排水系统造成破坏，从而对居民生活带来不良影响，导致暗挖工程出现水淹风险[1]。

2 地铁暗挖隧道工程中深孔注浆施工技术的应用优势分析

在地铁工程中的暗挖隧道当中，应用深孔注浆这种施工技术一方面能够有效解决传统施工作业期间可能出现的渗水漏水、安全隐患与塌方事故等问题，另一方面也可以有效提高工程施工质量与加固效果，因此有着十分明显的优势。首先，就是能够降低整体施工成本。在应用深孔注浆这种施工技术后，土层当中的土体强度能够得到有效强化，在后续施工过程中发生的问题也会不断减少，因此能够有效提升施工连续性，发生停工情况也相对较少，因此可以有效减低与控制施工成本；其次，就是能够在一定程度上解决工程开挖面出现的渗水问题，防止对水质以及水文条件造成不必要的损害与破坏；最后，就是借助于这种技术来加固土层，可以避免地面建筑发生沉降位移等问题。总的来看，深孔注浆这种施工技术是一种十分适用于暗挖隧道工程中的技术手段，其应用优势十分明显，因此需要工程方与施工人员对其加以合理利用[2]。

3 深孔注浆技术的原理与特征分析

深孔注浆这种技术的应用主要就是为了借助于注浆作业来提升土体稳定性与整体性，确保围岩能够具有良好的承载能力与力学性能，从而实现良好的止水效果。借助于机械设备把浆液注入到地层当中的缝隙内，从而起到良好的填充作用。在注入浆液过程中，往往需要一定压力，而压力供给的方式则主要包括两种，分别为气压与液压，一些新生成的浆脉可以在一定程度上对地层具有的力学性能加以改善，提升其整体承载力，对暗挖隧道可能出现的地表沉降加以有效控制。这也能够在一定程度上体现出使用浆液能够提高土体耐久性的特点，同时也可以有效提高土体承载能力以及使用寿命。在施工实践过程中，可以结合施工现场内的水文条件与地质情况，根据具体的施工要求来选择更适合的浆液类型，从而确保施工过程的安全性与施工结果的质量性[3]。

4 深孔注浆施工质量的控制要点分析

第一，为保证注浆质量，要求施工人员不停搅拌确保浆液充分混合均匀，减少沉淀物的出现，还需要施工人员细致筛选浆液配置的材料，从中挑选最适合的材料提高浆液配置的科学性；第二，注浆作业期间，需要格外关注注浆设备，因为设备是否可以良好运转将对注浆质量产生直接影响。一般来说，注浆开始之前需要对设备进行全面检查，如果发现设备存在故障或者无法正常使用，则需要第一时间加以修复，避免影响到正常施工作业，导致施工进度出现延后的情况；第三，注浆作业还有一个决定性因素就是混合器，必须要确保注浆泵能够畅通无阻，这对于混合器有着交稿要求，混合器控制通常就是指管路与混合器严禁出现堵塞。混合器不能选择其他仪器替代，通常采取双液注浆方式，从而有效降低混合器发生堵塞的概率，避免对施工工期造成不良影响，还能够提高注浆效率与质量[4]。

5 地铁暗挖隧道工程中的深孔注浆施工技术要点分析

5.1 深孔注浆技术常用材料的选择

第一，水泥浆。这属于应用最为广泛且适用于多种地层条件的注浆材料，在无水中粗砂层、卵石层以及砂砾层当中得到了大量应用。通常情况下，水泥浆的水灰比在1.2:1或者0.8:1最为适宜，为加速初凝，还可以适量添加促凝剂。水泥浆有着十分显著的优势，比如没有较高的制备设备要求、性能良好、制备成本不高以及制备过程较为简单等等[5]。但针对一些复杂地质来说，特别是对于凝结速度有着较高要求的地质，水泥浆则具有明显的局限性；第二，水泥和水玻璃双液浆。这种双液浆也叫做C-S浆，一般情况下的水灰比在1.5:1左右，结合现场条件，应当加入适量缓凝剂，对其初凝时间加以调节，通常需要添加浓度在2%左右的缓凝剂。尽管这种浆液可以提升结石效率与结石强度，但也有着十分显著的缺陷，比如浆液使用过程复杂、注浆设备使用成本较高，特别是设备注浆管通常为两个，因此无法确保进浆量能够满足设计比例标准，也就无法确保初凝时间，不能够有效控制注浆效果，即便是注浆效果没有满足设计标准，也无法第一时间察觉；第三，改性水玻璃浆。这种浆液是基于弱碱性的水玻璃下，借助于化学手段对酸碱值进行调整，再使用稀硫酸把其变成弱酸性。尽管在实践运用过程中具有性能良好、制备简单和成本低廉等优势，但由于其内部物质特性特殊，导致其较为危险，在使用过程中存在安全隐患。再加上其改性物质是稀硫酸，十分容易挥发，不利于现场人员的人身安全，也不能够长时间保存。

5.2 施工前的准备工作

浆液再向地层注入期间，有许多要准备的要点。如果地层属于中粗砂层，则应当结合超细水泥和水玻璃双桨的具体注浆时间来挑选适合的注浆材料，确保浆液可以充分扩散固结。在地层属于细砂层时，则应当避免在注浆固结过程当中出现劈裂扩散的问题。针对一些不利于施工的断层破碎带，则应当及时填充地层间存在的缝隙，确保地层承载力与完整性。针对局部存在的空洞地层，则应当借助于挤压填充的方式来推动浆液进入空洞，从而起到良好的填充效果。具体来说，在深孔注浆施工开始之前，必须要做好充分的准备工作，主要的准备内容有参数设计、压力测试、导管加工、注浆孔布置这几方面，如图1所示，以下进行详细分析[6]。

图1 深孔注浆施工前的准备要点

第一，参数设计。针对深孔注浆施工而言，注浆过程中的参数设计至关重要，设计方案是否可行以及注浆材料是否具有合理配比往往决定着最终的注浆质量。通常情况下，注浆过程中所用材料都为水泥与水玻璃双桨材料，结合施工现场实际，设计最优配比，并进行科学的喜爱南昌试验与现场监测，做好完善的数据记录。结合具体运用效果，从中找到最佳的配比，确保施工环节内的注浆压力能够始终在水压之上；第二，压力测试。在暗挖作业不断深入的背景下，附近环境与地层水压同样会不断变化，注浆材料的实际配比同样需要随之改变。在施工实践期间，应当定时监测围岩地质与水文条件，并控制好水压，保证注浆压力可以始终维持在水压三倍左右；第三，导管加工与注浆孔布置。为避免出现漏浆的情况，导管壁厚度应当尽可能保持合理，可以选用无缝钢管，并确保能够与设计要求、施工标准相符，保持导管长度一致。针对地质条件恶劣和含水量超标的地层，则应当提前注入浆液形成止浆墙，从而确保施工期间能够顺利推进注浆作业。一般来说，注浆口径都在42mm左右。

5.3 深孔注浆工艺流程

第一，施工流程。注浆工艺的第一步就是进行测量放线，根据具体情况来确定钻孔位置，并指导钻孔作业，监控位置与角度，一旦发现误差则需要及时纠正，确保钻孔质量；第二步就是要确保材料与设备的优质可靠，在施工期间，需要确保注浆设备能够持续工作，保持注浆连贯性，防止由于设备与材料发生质量问题而对注浆质量造成不良影响；第三步就是钻孔之后需要及时清理废渣废料，同时在孔口管道插入注浆口之后，需要确保裸露在外的一部分能够达到50cm左右。每一次完成安装作业后都应当进行全面检查，待检查结束后进行详细的现场记录，而后才能够开展后续孔洞施工；针对裸露在外的一部分孔管，则应当结合其具体长度，使用长麻丝包裹处理，通过水泥基锚进行固定，促使其可以符合设计要求，确保孔口位置不会发生漏浆或松动的情况[7]。在封孔只有，应当针对初喷水泥做好养护管理，在养护完成之后才能够开展尝试注浆作业；最后一步就是要通过注浆测试来明确注浆效果是否可以满足设计与施工标准，确保参数选择能够科学合理。在操作过程中，需要首先从最长管开始，而后依次进行，并做好现场压力数值的有效测试，借助于检测孔来检测其效果；第二，施工工艺。如果工程采取的工艺为常见的TGRM工艺，则需要首先选用钻进进行横向地质成孔工作，之后设置具体的孔口管，并针对孔口管进行钻注作业。施工过程中，循环进尺都应当控制到2.5m左右。成孔后需要及时退出钻杆，并进行注浆作业，待浆液凝固之后开展后续施工，循环往复直到达到要求深度。

5.4 深孔注浆技术的适用条件范围

深孔注浆这种技术较为先进，能够有效提高暗挖隧道施工效率，因此其也有着较为广泛的适用范围，并且在各种类型的地质条件和复杂地层都是都十分适用。首先，就是在隧道途径区域内的地表存在建筑物活城市管道路线的情况下，应用深孔注浆这种技术能够有效避免损害这部分管线活建筑，避免发生严重的安全隐患；其次，就是这种施工技术也适用于施工期间岩层或者土层稳定性不足的地质条件下，在这样的状况下，深孔注浆这种技术能够起到良好的土层加固效果，并满足施工过程中的开挖条件；最后，就是当施工土层当中的水量过大时，则可以借助深孔注浆这种技术来避免出现泥浆或流砂的问题。此外，深孔注浆还适用在隧道挖掘期间突然发生塌方活渗水的路段，在这样的状况下，渗水或塌方可能导致后续施工中土层发生疏松、漏洞等情况，因此需要应用深孔注浆的方式及时加固前方土层[8]。

5.5 深孔注浆浆液的选择

深孔注浆过程中的浆液选择需要在完全了解与掌握施工对象后进行，这样可以发挥出最佳的深孔注浆应用效果。现如今，在深孔注浆过程中应用的浆液类型主要包括双液浆、超细双液浆、水泥浆搭配微膨胀剂以及止水化学浆等，其中双液浆与超细双液浆在上述内容中有所提及，这里不再过多赘述[9]。而止水化学浆则通常应用在渗水严重的区域内，其主要由磷酸溶液以及水玻璃溶液一同构成，有着最短的凝固时间，通常只需要5s左右便能够凝固；而水泥浆搭配微膨胀剂这种注浆浆液则更多适用在塌方或渗水影响而引发施工区域内土质疏松或者空洞的一些地层当中。在使用过程中，需要尤其控制好水泥浆与微膨胀剂之间的配合比，通常来说，微膨胀剂用量只需要占据水泥浆的20%左右即可。