深孔注浆技术在地铁暗挖隧道施工中的应用

郑皓

[摘 要]城市地铁暗挖隧道施工中所面临的难题之一就是水的治理问题，水不仅危及掌子面开挖作业的安全，同样也威胁到地面建（构）筑物的安全。面对富水砂层及软弱破碎层， 如何进行掌子面加固及止水是施工的关键。深圳地铁某正线暗挖区间隧道工程采用深孔注浆技术成功地完成了富水砂层段的施工，充分表明在不良地质地段采用深孔超前预注浆加固掌子面固结止水技术是行之有效的。文章针对此工程实例，阐述了深孔注浆技术的机理和工艺特点，以及在城市暗挖地铁隧道施工中的应用效果。

[关键词]深孔注浆；暗挖隧道；工艺特点

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0284-02

引言

在城市地铁暗挖隧道施工中水的治理一直贯穿始终，水不仅危及施工过程中人员、设备的安全，也影响后续隧道运营的质量， 同样也影响周边建（构）筑物的安全。一般地铁事故 70%以上都和水有关，比如开挖过程中涌水、或是基础泡软拱顶沉降侵限、周边建筑物沉降开裂、管线拉裂等等，都和水密切相关。可以说水治理成功了，整个隧道的安全、质量就有保证了。随着越来越多的地铁工程的建设，在工程地质、水文地质条件、周边环境等复杂条件的影响下，如何保证隧道施工安全，减小地面沉降，保护周边环境成为矿山法隧道需要解决的关键问题。本文结合深圳地铁某正线暗挖隧道，研究了针对不良地质段采用深孔超前预注浆加固技术，旨在减小地表沉降，提高隧洞的安全可靠程度。

1、注浆加固机理

1.1、注浆加固机理

注浆加固就是要让水泥浆液在周围岩层、土体中通过渗透、充填、压密扩展形成浆脉。由于地层中岩层的不均匀性，通过钻孔向岩层中加压灌入一定水灰比的浆液，一方面灌浆孔向外扩张形成圆柱状浆体，钻孔周围岩层被挤压充填。另一方面随着灌浆的进行，岩层裂缝的发展和浆液的渗透，浆液在地层中形成方向各异、纵模交错、厚薄不一的片状、条状、团块状浆脉，浆脉随着其凝结硬化，起到控制沉降、提高承载力的作用[1]。

1.2、灌浆处理范围：

隧道拱顶及全断面穿越淤泥质粉质粘土、粉质粘土、砂层及穿越断层处，采用半断面注浆止水加固措施，保证隧道的开挖安全，注浆液采用水泥-水玻璃双液浆。

2、工程应用

2.1工程概况

深圳市城市地铁某正线暗挖区间为矿山法施工隧道，该区间为冲洪积平原地貌，地形较平坦，地面高程一般为11.78～14.10m。区间所在位置道路两侧建筑物较多，地下管线复杂，且车流量大，交通繁忙。本区间隧道埋深7.5m～11m，隧道主要穿越淤泥质粉质粘土、粉质黏土、砂层、全、强、中、微风化花岗片麻和全、中、强、中、微风化混合花岗岩。地表为人工素填土，局部地表有杂填土。其中隧道下穿砂砾层段极易造成涌砂和地表沉降等事故，故此段需要采用深孔注浆加固、止水措施，顶部加固至隧道开挖轮廓线外3m，两侧加固至隧道开挖轮廓线外3m，底部加固至砂层下1.0m。

2.2深孔注浆施工[2]

做好注浆工作应从四个方面入手：（1）做好注浆前技术准备；（2）合理的注浆设计；（3）合理运用注浆技术的三个核心（材料、设备、工艺）；（4）对注浆效果的准确评定。

2.2.1 注浆前的技术准备

1 熟悉工程对象特征

（1）工程地质特征：影响材料和工艺。

（2）水文地质特征：影响材料、设备和工艺。

（3）周边环境特点：影响材料和工艺。

（4）造价和工期要求：影响设备和劳动力组织。

2 浆液注入地层的方式

（1）渗透扩散：中粗砂层采用超细水泥-水玻璃双液浆注浆固结。

（2）劈裂扩散：动水粉细砂层溶洞采用六种共混材料注浆固结。

（3）裂隙填充：断层破碎带采用普通水泥-水玻璃双液浆注浆加固。

（4）挤压填充：粉细砂层中局部空洞采用普通水泥单液浆挤压填充。

2.3 注浆设计

2.3.1 深孔注浆参数[3-4]

（1）浆液凝胶时间： 双液浆凝胶时间 30 sec～3 min，单液浆不宜超过 8 h。

（2）单孔单段注浆量：根据公式计算。

（3）注浆分段长度：前进式分段注浆每环15 m。

（4）注浆终压：0.1～0.3 MPa。

（5）注浆速度：砂层、粉质粘性土 20～40 L/min，砂砾石40～60 L/min，断层破碎带 60～120 L/min。注浆参数主要根据地层实际情况进行试验确认，并在现场施工中不断完善调整，注浆过程中结合注浆压力变化情况，现场动态调整优化注浆参数。 本次结合砂层和粉质粘土特性，设定注浆参数见表1。

2.3.2 深孔注浆工艺

深孔注浆工艺具体过程是：首先采用水平地质钻机成孔，开孔后安装孔口管，在孔口管内分段向前钻注施工。每一循环进尺控制在15 m，注浆后开挖12m，留3m不开挖作下一循环的止水岩盘。

2.3.2注浆孔间排距

注浆孔的布置目的是为了使浆液扩散范围相互重叠，不出现漏注区。本工程应用中，注浆孔布置由工作面向开挖方向呈辐射状，钻孔均匀布置成圆形圈，保证注浆充分，不留死角，浆液扩散半径1.5m，现场施工根据地质情况具体布置钻孔。注浆孔布置参数如图一所示。

2.4 深孔注浆效果的检验

深孔注浆完成后，在隧道正式开挖前，需进行钻芯取样测定抗压强度，加固后的土体强度需达到 1.5MPa 以上；如未达要求，需补充注浆。注浆后掌子面不仅没有出现渗漏水情况，土体的强度也大大增加，必须采用风镐进行破除开挖。

3、现场监测情况

为了保证隧道和围岩的稳定，确保施工安全，监测项目采取以典型断面位移测量（地表沉降、隧道拱顶沉降、净空收敛）为主的测量方法。

3.1 洞内变形分析

（1）监测结果

洞内变形监测包括拱顶沉降和洞内净空收敛等，典型断面拱顶沉降、收敛与时间的关系曲线见图二、三。

（2）监测分析

① 富水软弱地层隧道采用台阶法施工时，上台阶开挖至仰拱封闭期间，拱顶沉降，累计变化最大为-4.40mm。洞内净空收敛在上台阶开挖过程中变化较大，初衬封闭成环后，随着掌子面向前推进、初衬混凝土强度上升以及地下水位的稳定，数据趋于稳定。

② 优化施工组织，加快开挖初衬作业循环以及及时封闭仰拱，减少施工扰动，有利于将隧道结构本身变形控制在允许范围内。在富水软弱地层中，采用深孔超前预注浆加固，很好地起到超前预支护作用，在开挖段形成具有一定厚度的加固圈，对控制洞内整体下沉效果明显。

3.2地表沉降分析

（1）监测成果

地表沉降典型监测断面历时曲线见图四。

（2）监测分析

地表沉降累计变化最大为-25mm，相比拱顶沉降变化较小，隧道周边房屋主体无明显裂纹及差异沉降，结构安全，说明深孔注浆在地层加固方面起到了良好的作用。

3、总结

矿山法隧道采用注浆加固措施来保证岩层稳定性及施工过程中隧道的安全，其工艺和技术都已有多年的发展，但为了充分实现注浆措施的目的，还需要根据隧道所处的环境、工程地质和水文地质条件等来选取合理的浆液类型、注浆管材料、注浆方法和注浆参数等；同时在注浆施工进行之后，要密切关注注浆效果，以及时调整注浆方法和注浆参数等，并加强已注区域的质量检测，当检测不合格时，应当采取合理的补救措施，以保证隧道施工安全、顺利地进行。

对软弱地段进行注浆加固之后，需要设置测站对地表沉降作长期监控监测，一般用精密水准仪与塔尺配合进行，对其量测可为判定隧道施工过程中对地面建筑的影响程度及范围提供重要依据，尤其是隧道施工通过加固区域期间，需要加大监测频率。若监测到的地表沉降大小超过极限值，则应立即停止施工，分析排查沉降原因并采取补救措施，待处理完毕后，测得的沉降速率正常之后方可继续施工。

参考文献

[1]邹强. 全断面深孔注浆在下穿浅基建筑物软弱赋水地层地铁区间隧道的应用[J].科技传播， 2010， （8）： 167-168

[2]龚茂森， 宋文兵. 目前隧道超欠挖状况及其控制途径[J].铁道建筑技术， 1996 （3）： 48-50

[3]关宝树， 国兆林等. 隧道及地下工程[M].成都： 西南交通大学出版社， 2000

[4]刘洪州， 黄伦海. 连拱隧道设计施工技术研究现状[J].西部探矿工程， 2001， 68 （1）： 52-55