隧洞施工洞内深孔注浆加固施工技术

耿宏彬

(北京市南水北调建设管理中心，北京 100195)

1 工程概况

南干渠工程是北京市南水北调配套工程的重要组成部分，位于北京市南部地区，全长约27.2 km。本标段为施工第十二标段，起讫桩号为21+199.04～23+959.04，线路全长2 760 m，设计中有连续曲线长870 m，线路下穿民房建筑物，最小曲线半径仅350 m。

隧洞埋深大部分在15.0 m～16.5 m，隧洞施工下穿灌渠埋深最浅处仅为10.8 m。隧洞主要穿过粘性土、粉土与砾土、卵砾石交互沉积层。地下水主要为上层滞水、潜水和层间潜水，地下水水位标高为11.12 m ～14.03 m。

2 洞内深孔注浆加固方案的选择

根据设计我标段的线路走向，结合地面现场实际情况，为保证隧洞施工安全顺利进行，保证地面建筑物不受破坏，对施工主要参数控制和注浆参数进行了明确要求，施工中严格按照方案要求施工。通过监测数据显示，在隧洞施工掘进至民房建筑物时，在已施工部分地表累计沉降值已达10 mm左右，虽在规范和设计允许范围之内，但民房仍然出现了部分开裂现象。

2.1 地表沉降原因分析

隧洞施工影响地表沉降的主要因素有:1)小半径曲线段隧洞施工实际超挖大于理论挖掘量，造成地层损失量也增加，容易造成较长时间的后期沉降;2)覆土厚度小，隧洞施工对地表扰动大，当覆土厚度小于3D(D为隧道直径)时，隧洞施工时对上方土体扰动较明显，隧洞施工后随着扰动土体的重新固结，地表沉降值逐渐增大;3)地表建(构)筑物建设时间长，结构简单，对地面沉降要求比较高。这些因素引起的地层沉降将发生在隧洞施工的整个过程中，并延续到施工结束后的较长一段时间内。

2.2 地表沉降的一般规律

隧洞施工产生的地表沉降在隧洞轴线上一般可划分四个阶段，即隧洞施工到达前、隧洞施工到达时、隧洞施工通过中、后期沉降。从监控量测结果分析，隧洞施工隧道地表沉降主要为施工通过后的后期沉降，后期沉降占累计沉降值的60%以上，因此，如何控制后期沉降，将地表累计沉降值降至最低，减小对地面建筑物的影响成为隧洞施工成败的关键。

2.3 洞内深孔注浆加固的选择

根据我标段工程的实际特点、地质条件及沿线地面建(构)筑物比较密集复杂的情况，选择洞内深孔注浆，对隧洞上方土体进行劈裂，填充扰动土体产生的空隙并对土体进行挤密加固。此种注浆加固方法安全系数较大，对控制施工后期沉降有较大的把握，尤其在地面建筑物集中和地面交通繁忙的地区，是保护地面建筑和地面交通最为安全的地层加固方法。

3 洞内深孔注浆加固施工

3.1 洞内深孔注浆加固施工概述

洞内深孔注浆采用地质钻机通过管片吊装孔进行引孔并后退式注浆，环间距1.2 m，每环设6个注浆孔，隧道上部3个注浆孔每孔深度为6 m，下部3个注浆孔每孔深度为1.5 m，注浆孔呈梅花形布置。施工时按30 m一段进行深孔注浆，首先对下部注浆孔进行施工，下部注浆孔施工完毕后再进行上部注浆孔施工，最终在隧洞外侧形成全断面加固区。注浆孔位布置及加固范围见图1。为保证注浆质量和效果，在建(构)筑物下方注浆施工前选取合适地段进行注浆试验，以确定合理的注浆材料、浆液配比、注浆压力等注浆参数。

3.2 洞内深孔注浆加固施工工艺

洞内深孔注浆施工工艺见图2。

3.3 试验段注浆

鉴于我标段工程自身和周边环境的复杂性，为保证在洞内注浆施工时地面建筑物安全，选择与下穿建筑物段地层基本相同地段进行注浆试验，对下穿建筑物段注浆施工有重要的指导意义。注浆试验施工前在地表纵向每5 m布置一监测断面，每个监测断面横向布置5个测点，在注浆施工时每天进行2遍～4遍监测，密切监测地表变形情况，同时在洞内进行巡视，观察隧道变形情况，根据监测数据及时反馈指导注浆试验。通过注浆试验，在保证注浆效果和地面安全的前提下优化注浆材料和注浆配比，确定适宜的注浆压力和注浆工艺。注浆试验完成后，根据监测数据对试验取得的参数进行优化，确定建(构)筑物下方注浆施工的注浆参数，包括注浆材料、浆液配比、引孔及注浆工艺、注浆压力、注浆量等。

3.4 引孔

洞内深孔注浆引孔采用TXU-75D钻机，钻杆采用二重管，二重管后退式注浆原理图见图3。在端头安装管内混合器。循环液采用清水，达到设计深度或位置时，封闭端点进行横向喷射切换。注浆孔呈孔直径大于42 mm。施工时，预先在管片车搭设操作平台，钻机安装平稳牢固，通过管片吊装孔进行注浆钻孔施工，确保钻孔钻进角度，同时严格控制钻进深度，上部注浆孔钻进深度为6 m，下部注浆孔钻进深度为2 m。钻孔成孔时要慢速运转，根据地层情况确定钻进参数，密切观察溢水出水情况，出现大量溢水时，应立即停钻，分析清楚原因制定有效措施后再进行施工。

3.5 注浆

注浆浆液采用超细水泥浆液，水泥浆液的水灰比为1∶1，注浆压力上部注浆孔应控制在0.6 MPa～1.2 MPa之间，下部注浆孔压力控制在0.8 MPa～1.5 MPa之间，为了避免下部压力过大引起管片变形与上浮。钻杆回抽幅度为20 cm/次～30 cm/次;注浆速度根据地层孔隙及连通情况、地层密实度等因素，暂定为每分钟0.2 m3～0.3 m3，根据试验段注浆情况和后续的施工情况确定的参数进行适当调整，确保注浆质量。

注浆结束标准按注浆量与注浆压力双控注浆，每根注浆孔注入浆液量不少于理论计算量，当注浆量达到理论计算量1.2倍而压力未达到注浆终压，可结束注浆;若注浆压力大于注浆终压注浆量达80%理论注浆量时也可结束该孔注浆。理论计算:

地层(主要为粉质粘土、细砂，考虑层间滞水流失)孔隙率e:30%;

浆液充填系数a:0.7 ～0.9，取0.8;

浆液损失率β:6%～10%，取8%;

扩散半径:0.6 m ～3.5 m，取1.5 m;

上部孔每孔注浆量Q=π ×1.52×6×30% ×0.8×(1+8%)=10.95 m3;

下部孔每孔注浆量Q=π ×1.52×1.5×30% ×0.8×(1+8%)=2.7 m3。

施工中做好注浆记录，注意注浆压力与注浆量的变化，每个注浆孔注浆管完毕抽出钻杆后，及时用速凝剂对注浆孔快速封密。

3.6 洞内深孔注浆施工质量保障

1)保证料源固定和材料供应。2)严格按材料配比进行浆液配制。3)严格按注浆参数进行施工，不得随意更改。4)注浆过程浆液必须充分搅拌，保证浆液的均匀混合。5)注浆过程中应做好详细的注浆记录，加强洞内和地表环境巡视，确保注浆施工效果及安全。6)在地表布设监测点，对注浆过程中的地表隆起进行监测，及时反馈信息，完善注浆施工参数。

4 结语

本文结合南水北调十二标工程施工实例，对该隧洞的施工成功穿越密集建筑物地段施工，提出洞内深孔注浆加固的施工要求以及施工技术，尤其是对于隧洞的注浆孔布置以及明确加固技术控制要点;施工实践表明，所采取的洞内深孔注浆加固技术能安全而且有效地应用到该类隧道工程中。

［1］刘文永，王新刚，冯春喜，等.注浆材料与施工工艺［M］.北京:中国建材工业出版社，2008.

［2］GB 50287-99，水利水电工程地质勘察规范［S］.