富水软塑地层中地铁暗挖区间注浆堵水施工技术

邓鹏宇　张智斌

摘 要：地下水处理一直是困扰城市暗挖地铁施工的难题，在不具备降水条件的情况下，需要因地制宜采取不同的堵水施工措施。通过深圳地铁工程实例，详细介绍了富水软塑地层几种成功的堵水施工技术，供大家参考。

关键词：地铁暗挖；软塑；堵水

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：16723198（2014）12018303

1 概述

深圳地铁5号线5303A标暗挖区间长，地质情况比较复杂，线路从宝安经南光高速后主要在留仙大道下穿行，所在地区为冲洪积平原，两侧为台地或丘陵，沟谷切削较深，线路两侧地形开阔，植被发育，基本为原始地貌，雨季地表水补给丰富。隧道上覆素填土、杂填土较厚（约9m），受地形、地貌和地质条件影响，地下水系发育，给降水带来很大的难度。富水状态下，粉质粘土和全风化花岗岩残积层呈软塑状，稳定性极差，堵水成为确保施工安全的有效保障措施。

2 工艺原理

堵水工艺基本原理是通过全断面高压深孔注浆，除了沿开挖轮廓线按轴线辐射状布置注浆孔外，也可在开挖中心布孔注浆，使浆液扩散渗透到水源孔隙或破碎带裂隙中，浆材快速固结，切断水源通道，以此达到固结止水、保持围岩稳定、增加施工安全的目的。注浆方式上可采用全孔一次性注浆或分段后退式注浆，注浆浆液常用的有水泥-水玻璃双液浆、改性水玻璃和超细水泥等浆液。不同的水文地质条件，应选择不同的注浆方式和注浆浆液。

3 长花管深孔注浆工艺

长花管深孔注浆采用全孔一次性注浆方式，注浆工艺与小导管超前注浆相同，利用小导管作为压浆通道，在适当压力下，浆液克服地层固结力，通过填充和分层劈裂渗透的形式固结地层，切断水源通道。本工程在留西区间1号竖井横通道上台阶进洞19、24m位置分别进行了2循环长度为6m的长花管注浆堵水工艺。

3.1 工点概况

留西区间1号竖井位于留仙大道下，两侧地貌为丘陵。横通道设计为马蹄形断面，净空为8.8m×6.5m，通道长29.6m，拱顶埋深13.8m。通道穿越地层为砂粘土、全风化花岗岩和强风化花岗岩及其混合岩，地质松散且含水率大，粘粒含量大的情况下，掌子面易发生滑移现象，该险情先后出现在横通道上台阶掌子面进洞19m、24m位置。地质条件见图1。

3.2 注浆孔的布置

注浆孔沿掌子面全断面布置，靠拱部外环注浆孔以15°外插脚打入，环向间距取50cm，掌子面中心（含核心土）小导管间距为1.0m梅花型布置。

（1）打孔布管：小导管在打管前，按照设计要求放出小导管的位置。风钻作动力，用专用顶头将小导管顶入。

（2）封面：注浆前，挂网喷30cm厚混凝土封闭工作面，以防止漏浆。

（3）注浆：用KBF-50/70双液注浆机进行注浆，浆液在导管前端汇合。

3.3 注浆工艺参数

（1）注浆压力及注浆类型：注浆压力应根据地层致密程度决定，一般为0.5～1.0MPa。

（2）注浆材料及浆液配比：采取水泥水玻璃双液浆，起到快凝止水作用。A液水泥浆液比重一般取1：1～0.8，B液为25Be左右的水玻璃，由40Be的水玻璃稀释而成。

（3）注浆数量的控制：注浆量通过压力和胶凝时间来控制，胶凝时间从大到小，最长60s，最短20s左右，以控制注浆渗透半径。

3.4 注浆效果检查

两次注浆分别使用水泥40t和20t，每次注浆时间约3d，开挖效果观察，均达到了预期的效果：

（1）掌子面渗漏水明显减少，地层得到一定改良，局部有少量残留水，但土方稳定，极少发生坍塌或流砂现象。

（2）具有一定的劈裂注浆效果，浆块树枝状由厚变薄。见图2、图3。

4 后退式深孔注浆工艺

袖阀管和钻注一体二重管旋喷注浆是国内常用的两种退式深孔注浆方式。袖阀管注浆普遍用于地层加固与建筑物保护中，可根据加固效果进行多次重复注浆，但其适用性浆材单一，固结时间长，成孔过程繁琐，材料昂贵，地层适用性差，堵水效果不明显，地下堵水施工中较少采用。钻注一体二重管旋喷注浆是在袖阀管基础上发展起来的一种新型注浆工艺，通过调整浆液配比和注浆压力，在浆液可注性、固结强度和注浆范围控制等方面得到很大的改善。本工程在特定环境分别采取了无收缩双液WSS二重管高压旋喷注浆和常规双液二重管旋喷深孔注浆工艺。

4.1 注浆工艺原理

二重管双液注浆技术是采用二重管钻机钻孔至预定深度后注浆。浆液有两种，即A液和B液。两种浆液通过二重管端头的浆液混合器充分混合。注浆时通过对注浆段实施定向，定量，定压注浆，使岩土层的空隙或孔隙间充满浆液并固化，改变了岩土层的性状。根据不同的地质情况，深孔注浆的对地层加固和止水的途径不同。地层松散颗粒密实度均匀的地层中，注浆浆液是先挤压密实，然后是劈裂渗透填充。地层密实但裂隙（节理）发育的地质条件下，浆液扩散途径是沿透水通道（层面），在注浆压力超过水的渗透压的情况下，把地层水强行挤出，浆液填充过水通道，达到止水的效果。

无收缩双液WSS二重管高压旋喷注浆在常规双液二重管旋喷深孔注浆的基础上，通过对浆液的改良，提高堵水及对地层的加固效果。

4.2 二重管定向旋喷工法的特点

（1）在喷浆的过程中，喷浆管不回转，不会发生浆材溢流现象，并且对土层具有很强的渗透性，采用调节凝结时间和注浆压力的办法可使注浆范围人为控制。

（2）设备为二重管钻机，可实现钻注一体，不需要先成孔、后埋管，从钻孔至注浆完毕，可连续作业。

（3）在二重管的端头设置的浆液混合器中，A、B无收缩浆材可以完全地混合，均匀的喷入到地层中，凝结时间可以自由调节，并且可以实行复合喷入施工。

（4）注浆方式灵活，可从地面垂直注浆，亦可倾斜注浆，适当增加注浆压力，可进行水平放射注浆。

（5）对掌子面的封闭要求不高，可通过调整双液浆的胶凝时间控制掌子面漏浆。

4.3 工艺流程

4.4 施工方法

喷入管在端点装有管内混合器，使浆材充分混合。钻进到预定深度后，用注浆泵浆A、B两液分别压入外管和内管，并在二重管的端端头混合室内混合，通过滤网在水平方向实行喷射，使浆材能浸透到地层中。

（1）注浆孔间距：根据工程实际确定，一般为1m～15m。

（2）注浆管的设置：钻孔机将注浆管设于预定深度注入清水并从浆液混合器端部流出。

（3）横喷射注浆：注浆管设置完毕，将端点关闭，进行横喷射切换，一般喷射量为15～20L/min，同时根据工程实际进行调整。

（4）回抽注浆：施加压力注浆时，必须精心操作控制压力，压力控制在1.0～1.5MPa之间。

（5）注浆结束注浆完毕将注浆管冲洗干净全部收回，对注浆孔进行密封，恢复原毕状。

（6）浆液强度、胶凝时间、渗透性能可根据工程实际需要调整。

4.5 浆液选型

二重管深孔注浆常用浆液一般选用水泥+水玻璃双液浆，通过调整配比，可调整胶凝时间，达到快凝止水的效果，但其浆材硬化慢，强度低，当对地层固结强度要求较高时，宜采取WSS无收缩浆材。无收缩浆材继承传统双液浆特性外，其固结硬化时间可根据实际工程需要进行调整，地层中有流动水的情况下也具有很强的固结性能，浆材不流失，固结后不收缩，硬化剂无毒、对周围环境及地下水资源不造成污染。属于安全性、高渗透性的喷浆材料。

4.6 无收缩双液WSS工法注浆工艺的应用

兴留区间3号竖井开挖从11m深度开始，多次出现涌泥、涌砂现象，均采用长短小导管井内和地面密排注浆，保证了竖井开挖安全，但随着竖井继续下挖，地层压力逐渐增大，管涌逐渐加剧，开挖到16m深度时底板12小时隆起约60cm，超前小导管端头向基坑内偏移量最大达到100cm，地表沉降速率连续3天约为20mm/d，险情出现。在立即封底后，采取无收缩双液WSS深孔注浆得以成功解决。

4.6.1 工点工程概况

兴留区间3号竖井位于留仙大道上，竖井开挖尺寸为6.4m×10m，井深为35.135米。竖井支护结构采取格栅钢架、钢筋网喷混凝土+系统锚管+临时支撑形式，喷砼支护厚度为35cm，倒挂井壁法施工。竖井施工穿越地层依次为杂填土、砂粘土和全风化花岗岩为主，地下水位较高。地质描述见图5。

4.6.2 浆液施工配比

根据本竖井所属地层情况，拟采用浆液为A液和B液的混合物，A液为稀释后的水玻璃，B液由水泥、水和外加剂（纳米材料）组成。外加剂主要是调节浆液的可灌性和混合液的凝结时间，因此在施工现场中，外加剂的添加应根据现场的实际情况进行适当的调整。B液各成分放入搅拌机的顺序依次为：水、外加剂、水泥，两种浆液在注入之前必须搅拌均匀，并经常检查混合后的浆液凝固时间是否适应现场施工环境。

4.7 常规双液深孔注浆施工技术的应用

常规双液深孔注浆工艺原理与无收缩双液注浆相同，也是采用二重管钻机钻孔至预定深度后，分段后退注浆，不同的是浆液为普通的双液浆配比，浆液为水玻璃（A液）和水泥浆（B液）。

4.7.1 工点工程概况

受客观地质条件（见图1）的影响，加上降水效果不理想，兴留区间1号竖井横通道上台阶进洞4m后，拱脚出现涌砂涌泥，掌子面出现整体滑移（管涌）现象。经现场技术可行性分析和讨论，决定封闭掌子面进行常规双液深孔注浆，注浆长度15m。

4.7.2 实施步骤

（1）封闭掌子面。

挂网喷射C20早强混凝土封闭掌子面，厚度约30cm，主要是确保掌子面的稳定。

（2）布孔。

横通道上台阶采用预留核心土施工方法。注浆孔沿核心土外设置2环，环向间距800mm，排距600mm，外环以15°外插脚打设。见图9。

（3）浆液配制。

①水泥浆（A液）配制。

根据预配制浆液的体积，按配比（本次采用1：1～0.8）参数计算出所需的水泥和水的用量，特殊条件下可加入缓凝剂。在搅拌机内加入计算好的用水量，将计算好的缓凝

剂加入，强力搅拌均匀；待缓凝剂完全溶解后，边搅拌边加入计算好的水泥用量，搅拌均匀后倒入储浆桶内以备注浆。

②水玻璃浆液（B液）配制。

在拌浆桶中加入浓水玻璃，然后边搅拌边加水，同时用玻美计测量其浓度，直至稀释至需要浓度为止。

③胶凝时间的确定。

胶凝时间是本工艺的重要指标，通过胶凝时间的控制来达到对扩散半径的控制。一般胶凝时间选定在15s～60s。测量方法采用简单容器，A、B液用不同的比例混合即可测定。

（4）注浆施工。

采用双液注浆泵进行注浆作业。注浆方式采取后退式分段注浆工艺，每次注浆段长1.0m，注完第一注浆段后，后退注浆芯管，拆除后进行第二注浆段的钻孔。如此循环，直至该孔结束。

4.7.3 注浆效果检查

施工时间从6月15日～6月28日，共26孔深孔注浆，每天完成2孔，注浆共使用水泥约60t，水玻璃约45t，注浆效果明显。

（1）地层加固效果明显，开挖土方干燥，地层饱和水含量减少，承载力提高，无渗漏水，开挖掌子面稳定。

（2）在砂粘土地层，注浆具有较好的劈裂填充效果，浆液呈树状劈裂，或分层劈裂，填充效果均匀。见图10。

（3）在全风化花岗岩地层中，浆液分层劈裂填充，地质越松散，层面密度越大，局部有块状填充。双液浆浆液在劈裂注浆效果中，与全风化花岗岩的晶体结合，浆体略具透明。见图11。

5 总结

富水地层的堵水工艺非常多，在特殊地质条件下应用的还有水平深孔旋喷注浆和冷冻法等。我标段因地制宜，根据现场条件，采取以上不同的堵水手段，都达到了预期的效果。从工期和造价方面分析，三种工艺设备简单，可实施性强，效果易验证。比较三种工艺，优缺点如下：

（1）WSS和双液深孔注浆设备和原理相同，配比不同，浆液性能WSS较好，两种工艺可注性相当，一般地层堵水加固宜首选双液深孔注浆，可降低工程造价。

（2）小导管在软塑松散地层中是一种快捷、省时、省力的好办法，难点是掌子面的封闭，可通过小导管溢浆孔的有效长度来控制，缺点是注浆范围难以控制。