多管同步深孔复合注浆堵水技术研究

孟宪志

摘要：为进一步减少施工降水，提高水资源利用，减少水资源浪费，通过注浆堵水技术以实现非降水干槽作业。基于北京地铁19号线新发地站～草桥站区间1号风井明挖基坑具体施工过程，对多管同步深孔复合注浆堵水技术控制开展研究，以重点解决在不降水的情况下进行地下结构施工。

Abstract： In order to further reduce the construction precipitation， improve the use of water resources and reduce the waste of water resources， the technology of non-precipitation dry trough operation is achieved through grouting and water blocking technology. Based on the concrete construction process of the open pit excavation of No.1 air shaft in Xinfadi Station to Caoqiao Station on Line 19 of Beijing Metro， research was conducted on the control of multi-pipe synchronous deep-hole composite grouting and water plugging technology， with a focus on solving the construction of underground structures without precipitation.

关键词：注浆堵水;多管同步;明挖基坑;砂卵石

Key words： grouting;multi-pipe synchronization;open excavation;sand pebble

中图分类号：U25                                         文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）27-0119-03

0  引言

注浆堵水作为注浆技术的一个分支，是随着注浆技术的发展而发展的。特别是到了20世纪40年代，注浆技术的研究和应用进入了一个鼎盛时期，各种水泥浆材、化学浆材相继问世，注浆技术的应用范围及规模也越来越大。多管同步深孔复合注浆堵水技术也由此问世，并渐渐得到长足发展。注浆应用的领域也逐渐扩大，已遍布多个领域。多管同步深孔复合注浆堵水技术在近些年逐渐完善，成为未来注浆堵水工艺的发展方向[1]。随着北京市地方税务局、北京市水务局发布的《北京市水资源税征收管理办法（试行）的公告》，为更好落实市领导关于北京市轨道交通水资源保护工作的指示精神，要求进一步减少全市轨道交通建设施工降水，提高降水再利用，减少水资源浪费。市重大项目召开关于研究如何减少轨道交通工程建设施工降水第三次会议，提出关于在北京市轨道交通工程建设领域不降水（或少降水）施工有关问题的请示，经过广泛征求市发展改革委、市规划国土委、市住建委等相关部门对调整方案的意见和建议，并通过多次召开专家咨询会总结的专家意见与统计的各线地下水处理设计方案优化情况，达成一致意见：在轨道交通工程建设中采用不降水（少降水）施工，以不降水为目标调整施工方案，提高不降水（或少降水）施工技术水平。为进一步减少施工降水，减少水资源浪费，基于北京地铁19号线新发地站～草桥站区间1号风井明挖基坑具体施工过程，对多管同步深孔复合注浆堵水技术控制开展研究，以重点解决在不降水的情况下进行地下结构施工[2]。

1  概况简介

新草区间1#风井兼做轨排井，长38m，宽23.7m，深度29.427m，结构为地下四层（含顶板以上夹层），三跨岛式站台结构。1#风井位于南四环北侧、京开高速公路东侧绿地内。风井围护结构为围护桩+内支撑结构，基底入水约5.5m，含水层为卵石⑦、卵石⑨，原设计采用降水方案。

含水层工程地质状况为：卵石圆砾⑦层：杂色，湿，密实，一般粒径3～7cm，最大粒径约18cm，亚圆形，粒径大于2cm的颗粒含量大于60%，局部为圆砾，母岩成分为花岗岩、辉绿岩及白云岩等，中粗砂填充。本层厚度为2.2～5.4m，層顶标高23.40～25.28m。卵石圆砾⑨层：杂色，饱和，密实，一般粒径3～8cm，最大粒径约20cm，亚圆形，粒径大于2cm的颗粒含量大于70%，局部含漂石，母岩成分为花岗岩、辉绿岩及白云岩等，中粗砂充填。本层厚度为7.1～11.9m，层顶标高12.69～16.39m。

2  施工工艺选择与设计

根据政策变化要求，立即停止降水方案实施并同时停止土方开挖，积极研究注浆堵水、冷冻法、水下开挖等非降水干槽水治理方案。

2.1 方案设计比选

2.1.1 注浆止水方案设计一  ①采用300mm厚C20钢筋混凝土封底，钢筋采用Φ12mm@150mm×150mm钢筋网片，抵抗注浆压力，防止压力过大，造成漏浆;②注浆堵水范围：四边至围护桩外皮外侧3m，深度为基底以下5m，基坑内C20钢筋混凝土以下土体全部加固，厚度11.427m。注浆采用水泥水玻璃双液浆和化学浆液，如图1所示。

2.1.2 注浆止水方案设计二  ①采用300mm厚C20钢筋混凝土封底，钢筋采用Φ12mm@150mm×150mm钢筋网片，抵抗注浆压力，防止压力过大，造成漏浆;②注浆堵水范围：四边至围护桩外皮外侧3m，深度底板以下3m，注浆浆液采用水泥水玻璃双液浆和化学浆液;坑底和桩间预埋疏排管进行真空降水，如图2所示。

2.1.3 注浆止水方案设计三  ①采用300mm厚C20钢筋混凝土封底，钢筋采用Φ12mm@150mm×150mm钢筋网片，抵抗注浆压力，防止压力过大，造成漏浆;②基底注浆范围：基底以下预留1m厚隔水层（作为局部少量水疏排），基底以下1m至6m范围内注浆，注浆厚度5m，封闭基底;侧壁注浆范围：围护桩内皮至围护桩外皮外侧3m，封闭侧壁，如图3所示。

2.1.4 注浆止水方案设计四  围护桩外侧2m，间距1.2m（共116根），深度50m（打到基岩），冻结半径1m，冻结管进行帷幕冻结施工，如图4所示。

2.2 方案设计比选结果

通过研究设计方案：方案一注浆加固土体范围大，施工作业量大;方案二疏干排水量较大，达到无水作业较困难;方案三注浆体较小，且易基坑封闭达成无水作业条件;方案四孔深较深，存在断钻杆废孔风险，冻结过程中存在爆管风险，存在停电风险，冻结需要到主体结构入水部分施工结束，冻结周期长，垂直度不好控制，基坑底部附近的冻结咬合不好，存在风险。

通过召开堵水设计方案比选专家会，最终确认方案三为本工程的堵水实施方案。

3  关键技术

3.1 工艺流程  注浆施工工艺流程示意图如图5所示[3]。

3.2 主要施工方法

3.2.1 钻孔  根据地层地质情况分布，采用全自动液压地质钻机操作，作业时产生的扭矩较大，适应各种地层状况，可以快速、准确定位，相比其他机械缩短施工时间，施工效率高。针对该施工地层采用钻头直径Φ95mm、钻杆Φ89mm的钻具，在鹅卵石地层中钻孔快，并且因钻具大小适中，注浆时容易封孔，能够有效防止冒浆。桩间斜孔钻孔时，用角度尺定位，调整到设计角度时再进行钻孔作业[4]。钻孔时，孔间距800mm，排间距800mm，梅花型布置，从基坑一侧（东侧）按排施工，直至到基坑另一侧。

钻孔保证措施：①严格按照设计及方案钻孔施工。②在钻孔前对钻机手进行操作培训及安全教育。在钻孔施工过程中要时刻观察钻机状态，稳定钻进方向。③每班上班前对机械设备进行检查，确保机械性能状态良好;钻具进场时对钻具进行质量检查，不符合质量要求的予以退场。

3.2.2 下双重管  钻孔完成并经检查合格后向钻杆内吊放注浆用双重管，吊放双重管时要检查管件之间的密封效果，吊放结束后为防止堵管，在双重管露出接口加盖[5]。

3.2.3 安装拔管器  多个拔管器应同时安装与拆除，采用后退式多管同步复合注浆工艺。

3.2.4 注浆浆液配置  注浆加固过程中要配备流量计，实时观测注浆过程中浆液的流量大小及压力变化情况，对应调整浆液凝固时间，使扩散半径最优化。

①注浆范围内水层较深，且为潜水层，所以采用浓度大、速凝的浆液即A液（水泥浆液中添加一定比例的添加剂）和B液（改性水玻璃）及C液（磷酸液）的混合浆液注入地层[5]。②注浆终压力控制在0.8～1.0MPa范围内。③扩散半径为0.6m。④浆液。浆液使用流动性强、渗透性强、浓度高、速凝等特征的浆液。

A液：水泥浆采用普通硅酸盐P.042.5水泥，另外参加一定量的无收缩灌浆剂（上海泽固）、高效分散剂（海川5040）。配合比为水：水泥：灌浆剂：高效分散剂=1：1.3：0.065：0.065。B液：水玻璃浓度为42Be，配合比为硫酸铜：明矾：水：水玻璃=0.03：0.03：1：1[6]。C液：速凝剂（磷酸液）。

注浆时根据现场是否冒浆（冒浆：浆液会通过注浆管冒至地面），冒浆选用B液与C液进行注浆，不冒浆采用A液与B液进行注浆，A液与B液配比为1：1，B液与C液配比为1：1。A液与B液、B液与C液的使用量各占总量的约50%。

配制双液浆浆液凝胶时间为：B液与C液2～10s，A液与B液30～90s[7]。

3.2.5 注意事项  浆液配制要严格按照流程，方能达到配置效果。①水泥浆稀释。向搅拌桶中加入每次搅拌所需用比例的水量，开机搅拌，再加入按配比计算出的与水量相对应的水泥，搅拌3min以上[8]。②注浆泵试运转。注浆系统各部分需正确连接，然后开机进行压水试验，检查机具有无异常，注浆系统管路各部位有无渗漏情况，管路是否畅通，是否满足要求[8]。③注入浆液。系统检查情况良好、就绪后，由注浆机将浆液通过双重管压入地层中，注浆方式采用多管同步注浆，地层整体注浆效果好。④注浆压力和注浆量控制。在注浆机上安装压力表，通过压力表读数确定注浆压力，检查注浆过程中，注浆压力的变化情况。当注浆压力达到0.8～1.0MPa时，注浆双重管向上提0.1～0.2m后，方可继续注浆[9]。

3.2.6 异常情况处理  在注浆过程中出现冒浆、注浆压力变化等影响注浆效果和施工进度的问题，需要及时解决[10]。

①冒漿。注浆过程中有专人观察地表情况。由于浆液压入地层，地层中土体封闭强度较低的区域，可能会冒出浆液，当出现上述情况时，应对冒浆处及时堵塞并改注B液与C液，待冒浆停止后再注A液与B液，使浆液可以有效地注入地层并达到预计效果。②注浆压力变化。注浆过程中要适中保证对压力的控制。当压力过低时地面可能存在漏浆状况，或者浆液通过地下空洞流走。压力过高应检查是否管路或混合器被堵塞。正常情况下，注浆压力随着围岩空隙的填充由低到高增长。施工时要确保注浆终压在0.8～1.0MPa。③凝胶时间变化。浆液凝胶初凝时间为A液与B液30～90s，B液与C液2～10s。④注浆量调整。地层的注浆量是否合适可以直接影响地层加固及止水效果，控制好注浆量既可以避免注浆孔之间互相影响，又可以使后注孔补充先注孔，以保证浆液均匀扩散至土体中。⑤注浆泵异常。在注浆过程中，当管路发生故障时注浆泵会提高压力，机器产生异响，压力表指针升高，易发生高压伤人事故。发生上述情况必须停泵并拆除注浆高压软管，排查故障部位，及时冲洗清理管路或混合器，处理合格后方可继续工作。

3.2.7 堵水效果检验  整个注浆施工结束后，沿基坑周边开挖1.2m宽×1.2m深田字形探沟，桩边预留1.2m护壁土，开挖后观察渗漏点和墙壁有无明水，以此为根据，满足施工要求后进行开挖，否则进行回填补注浆，达到效果为止。

4  效果评价

从开挖效果看，绝大部分基面无水，只有少数部位存在渗水，渗水部位可通过二次注浆封堵。此次注浆堵水取得成功。新发地站～草桥站区间1#风井含水层为卵石⑦、卵石⑨（大于2cm的卵石含量达60%以上），渗透系数高达280m/d，且水具有承压性，承压水头最大2.50m。經过不同止水方案的设计比选，可以在无参考施工案例情况下能够从优选择出最佳施工方案，保证施工质量和工期，提高经济性。1#风井注浆堵水的成功，为北京地铁富水砂卵石（尤其卵石⑨）地层堵水积累了经验，为北京地下水保护奠定了技术基础。多管同步深孔复合注浆止水施工以确保施工过程中的基坑内无积水以及人员安全为原则，以实现注浆浆体的稳定、高效、绿色为目标，通过改良注浆浆液、改进注浆设备、注浆工艺，实现以注浆止水的目的。为实现双液浆浆液扩散更均匀、化学浆液耐久性更好可添加适当的添加剂。

5  结论

①多管同步深孔复合注浆堵水技术在富水砂卵石（尤其卵石⑨）地层中具有良好的堵水作用，在当前地下水资源保护形势严峻的情况下，可以推广在地下施工工程中应用。②现有双重管后退式注浆工艺应用于砂卵石地层中，存在双液浆易抱管、化学浆液凝结体强度相对较低、施工工期长等不足，经研究表明将两种浆液交替应用，形成的多管同步注浆工艺更适应与砂卵石地层的深孔小孔径注浆施工。③经过施工现场的实际实施发现，多管同步深孔复合注浆止水工艺先进、可靠、效率高。所采用的钻孔设备成孔效率高、注浆压力和参数地层适用性能力强。此注浆工艺值得大力推广。

参考文献：

[1]刘伟.松软厚煤层采区巷道注浆加固及支护技术研究[D].西安：西安建筑科技大学，2015：1-3.

[2]祁文睿.动水条件下砂卵石地层深孔注浆技术探讨[J].铁道建筑技术，2018（z1）：39-42，65.

[3]周亮.卵石地层深孔注浆施工技术[J].市政技术，2016（z1）：123-125，128.

[4]王成.砂卵石地层PBA暗挖车站深孔注浆用时研究[J].建筑工程技术与设计，2018（21）：103-105.

[5]营升.富水砂卵石地层多管同步注浆止水施工技术[J].市政技术，2019（06）：112-115.

[6]卜祥玉.袖阀管双浆液注浆技术的应用与造价分析[J].铁道建筑技术，2013（07）：102-106.

[7]石国伶，杨永亮，吴洋.砂卵石地层深孔帷幕注浆止水施工技术[J].山西建筑，2015（22）：87-89.

[8]曹保平.地铁基坑注浆封底止水施工技术[J].城市住宅，2019（08）：129-130，132.

[9]吴凤明，罗来兵，赵文胜.地铁暗挖车站主体结构深孔注浆施工工艺及效果分析[J].都市快轨交通，2019（04）：99-104.

[10]郭育鑫.深孔注浆技术在城市地铁暗挖施工中的应用[J].市政技术，2016（z1）：144-147.