地铁站站后端区挖隧道全断面注浆监理质量控制要点—以北京地铁16号线丰台站项目为例

李子刚（北京赛瑞斯国际工程咨询有限公司， 北京 100070）

0 引 言

北京地铁16号线丰台站后三线暗挖区间，受地面拆迁条件的制约，政府严格限制施工降水，不能降水施工，因此，设计采用洞内深孔注浆止水的方案。

1 工程概况

1.1 工程及设计概况

1.1.1 区间工程概况

丰台站－丰台站站后三线端头区间（含施工坚井）为三个单洞单线断面，全部采用矿山法施工，两侧为正线，中间为停车线。区间一期施工范围采用截水帷幕设计已完成，设计全部采用地下素连续墙截水帷幕施工方式。区间隧道结均为马蹄形标准断面复合衬砌结构，断面最大开挖尺寸6.60 m×6.72 m，工法为台阶法。

1.1.2 全断面深孔注浆设计概况

二期范围剩余左线全长76 m；右线全长86 m；停车线全长82 m。二期施工范围内地面存在大量建筑未拆迁，且拆迁时间不定，无法施工连续墙截水帷幕。为保证暗挖区间的无水作业，经各研讨、方案比选，提出将该范围采取地下全断面注浆止水措施，取消原设计的地连墙截水帷幕。水位线位于左线、右线下半断面及停车线全断面。左线及右线采用半断面注浆，停车线采用全断面注浆。注浆加固范围见图1、图2和图3。注浆材料选用水泥-水玻璃双液浆。

图1 隧道停车线全断面注浆加固范围

图2 隧道左、右线半断面注浆加固范围

图3 注浆加固范围图

1.2 周边环境情况

依据岩土工程勘察报告及现场勘察，区间正线隧道上方为部分单层建筑、国铁行包库工程、钢筋加工厂施工用地、无主要道路、无重要地下管线。

1.3 工程地质、水文情况

1.3.1 各土层岩性及分布特征概述

各土层岩性及分布特征，如表1所示。

表1 隧道围岩分级及岩土施工工程分级一览表

1.3.2 水文地质

本建工程沿线地面下约54.0 m深度范围内的松散沉积层中主要分布一层地下水，地下水类型为潜水，含水层主要为砂、卵石层。拟建场区地下水赋存于较厚层的卵砾石地层中，为单一含水层中赋存的潜水，具有较为稳定的潜水面。潜水天然动态类型属渗入～径流型，主要接受大气降水入渗、地下水侧向径流等方式补给，以地下水侧向径流和人工开采等方式排泄。

根据工程勘察报告显示，本工程施工期不利水位标高为24.900 m，与实测相符。地下水位高于区间停车线结构，位于左线及右线断面中部。暗挖区间整体位于卵石④、⑤层中（见图4）。

图4 导洞水位情况及注浆加固范围示意图

本工程不属于化学腐蚀环境、不属于大气污染环境。

1.4 工程重难点分析及对应措施

工程重难点分析及对应措施，如表2所示。

表2 工程重难点分析及对应措施

1.5 施工风险应急措施

制定隧道防坍塌、突泥、突水、抢险救灾等应急预案、防控方案。

在施工前，应对加固体的强度及渗透情况进行检验，并在施工时对地下水位变化和加固体渗漏情况进行实时监控，一旦地下水位发生变化应立即采取注浆封水、应急疏干等措施以保证施工安全，同时立即会知各方，协商解决。

在隧道开挖前保证施工完成足够的应急降水井，保证一旦发生注浆体失效时，可使地下水位降低至隧道底板以下0.5 m，以保证工程安全。

2 主要施工工艺及技术方案

2.1 施工工艺

2.1.1 停车线注浆施工工艺

根据设计、地层、围岩岩性、地下水位、注浆试验情况等选择合适的注浆工艺。

停车线施工采用前进式分段注浆。前进式分段注浆是钻、注交替作业的一种注浆方式，即在施工中，实施钻一段、注一段，再钻一段、再注一段的钻、注交替方式进行钻孔注浆施工。每次钻孔注浆分段长度1.5 m～2 m。止浆方式采用孔口管法兰盘止浆。前进式分段注浆施工工艺流程如图5所示，钻孔注浆施工模式如图6所示。

图5 前进式分段注浆施工工艺流程图

图6 前进式分段钻孔注浆施工模式图

2.1.2 左、右线注浆工艺

左、右线施工采用后退式注浆方式。分节钻孔，每节长度为2.0 m，两节之间采用双孔专用接头和专用钻头钻孔。工艺流程及施工模式，如图7和图8所示。

图7 后退式深孔注浆工艺流程图

2.2 注浆加固方案

2.3 停车线全断面注浆加固

注浆截水帷幕注浆孔孔位分布在上下两个半断面，共11排，其中上半断面52孔；下半断面底部共上下两排，13孔，共65孔。使用φ73 mm钻杆成孔，帷幕壁厚3 m。

2.4 左、右线半断面注浆加固

左、右线半断面注浆加固孔位分布在下半断面，9排，54孔，使用φ45 mm钻杆成孔。孔位布置图参见停车线下半断面。

3 监理质量控制要点

3.1 注浆原材料材质

要保证原材料具有良好的可注性，同时具有黏结力，有一定强度，具有耐久性和稳定性，是耐侵蚀性材料，无毒并对环境污染小，注浆工艺简单，操作方便、安全并满足设计及规范要求。

3.2 注浆机具

要关注注浆机具的性能及可靠性，保证注浆机具符合设计及环保要求，检查合格证、性能并进行试运行。

3.3 注浆配合比及配制

注浆范围内水层较深，且为潜水层，采用流动性强、渗透性强、浓度大、速凝等特征的浆液。A液：水泥浆采用普通硅酸盐P.O42.5水泥，配合比为水：水泥＝1:0.8；B液：水玻璃采用浓度42Be’，配合比为水玻璃:水＝1:1；C液：速凝剂。A液与B液配比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5 s～10 s，A液与B液60 s～90 s。

3.4 注浆压力及注浆量

注浆压力和注浆量根据试验确定，注浆终压全断面注浆为1.0 MPa～1.5 MPa，半断面注浆为1.5 MPa～2 MPa；浆液扩散半径为800 mm。检查计量装置、压力表等。

3.5 钻孔施工

由于地层复杂，鹅卵石大，选择合适的较大功率的坑道钻机及履带式潜孔液压钻机，缩短成孔时间。

钻机定位准确，偏差不大于5 cm。钻杆角度不得大于1°。钻孔时密切观察钻孔进度，如发生涌水情况，应立即停止钻孔先进行注浆止水（0.3 Mpa～1 Mpa），并确认效果后，方可停止注浆向前继续钻孔施工。

每一断面完成一个循环，全断面一次注浆10 m～12 m，开挖进尺9 m：半断面一次注浆8 m，开挖进尺6 m，保证洞内无水作业。

3.6 注浆施工

注浆按程序施工，注浆次序由两侧对称向中间进行，自上而下逐孔注浆。每段进浆要准确，注浆压力一定要严格控制，专人操作。当压力突然上升或从孔壁溢浆，应立即停止注浆，每段注浆量应严格按照设计和试验优化值进行，跑浆时，应采取措施确保注浆量满足设计要求。注浆完成后，应采用措施保证注浆不溢浆、跑浆。

因地质问题地层吸不进浆时，应采取选择合理的注浆终压，采用高压注浆泵，调整注浆材料等措施，特别是地层吸浆量小时，应采取注水泥浆，不应继续注双液浆。

用检查注浆量检查注浆效果，因为注浆方法为周边单排固结注浆，开挖后检查地层固结厚度，如达不到要求，及时调整浆液配合比，改善注浆工艺。注浆调整措施为：（1）冒浆，注浆过程中，由于浆液的进入，引起地层变化，封闭强度较低的地方，可能冒浆，在冒浆处加以堵塞的同时改注B液与C液，停止冒浆时注A液与B液；（2）注浆压力变化，注浆过程中，如果压力过低，检查是否有漏浆或浆液是否通过地下空洞流走，压力过高检查管路或混合器是否堵塞，注浆开始压力较低，随着围岩空隙被填充，需要一定压力劈开裂隙才能继续进浆；（3）注浆量调整，地层的注浆量是否适宜直接影响地层加固及止水效果，采用隔孔注入方式，可避免注浆孔互相影响，使后注孔起到补充先注孔的作用，保证土体浆液扩散均匀。

根据实际情况，应采取并调整适合的注浆方式：（1）分区注浆，根据注浆试验段试验数据，确定每区的注浆材料和注浆参数；（2）跳孔注浆，跳孔注浆可以有效地逐步实现约束注浆，使浆液逐渐达到挤压密实，促进注浆帷幕的连续性，并且通过逐步提高注浆压力，有利于浆液的扩散和提高浆液结石体的密实性；（3）由上游到下游，当存在着较大的水流时，应考虑水流对注浆效果的影响，防止上游注浆时浆液顺流而下造成浆液不断流失；（4）由下层到上层，由于浆液存在重力作用，钻孔中泥砂也会对下部造成堆积，宜采用由下至上地逐步提升的注浆顺序；（5）由外侧到内侧，由外到内进行注浆，易将注浆区域围住形成注浆区域的挤密、压实，有效地实现约束注浆，提高注浆效果；（6）定量-定压相结合，注浆扩散半径是一个选取值，不代表浆液在地层中最大的扩散距离，当采取跳孔分序注浆时，对先序孔往往采取定量注浆，对后序孔采取定压注浆。

3.7 注浆效果检查

对隧道开挖面观察其渗透性及长期渗流稳定性，宏观评定注浆加固效果。开挖掌子面应浆液填充饱满，能自稳，无水或少水，且满足安全要求；径向注浆、填充注浆后隧道周围渗漏水明显减少。

一个循环注浆结束后，对注浆采取分析法、钻孔检查法和无损检测法等方法对注浆效果作出定量评价，不合格必须进行补充注浆。布孔的重点是地质条件不好的地段以及注浆质量较差或有疑问的部位。

3.8 止浆墙封闭

注浆每一循环施工时，须在注浆面处设置一道止浆墙。止浆墙严格按照设计图纸施工，做到“快封闭”。施工时严格控制注浆压力，防止注浆工作面及台阶处出现喷浆现象。止浆墙施工强度达到要求方可进行下道工序。

3.9 监控量测

在注浆工程实施之前，对一定范围内建（构）筑物、管线布设沉降、洞内收敛、拱顶沉降监测点。对出现涌水、仰拱隆部位进行隧道加密监测。该工程隆起处测点累计变化最大为4 mm，至夹砂层处数据变化增大临近预警值，施工中周边地表无新增加裂缝及沉陷，隧道拱顶及井壁无裂痕，全程未出现预警，监测频率为1次/1天，风险可控。

钻孔过程中做好钻探详细记录，包括钻孔进尺、起止深度、土层性质、地下水情况等，注浆堵水防渗注浆过程中应对受注地层连续监测，并观测地面或邻近的建(构)筑物的变形情况，严格控制变形值。“勤量测”，坚持监控量测结果反馈指导施工，信息化施工。对承包商的测量结果进行复核和复测。核对数据的真实性和准确性。

4 施工中出现的问题及采取措施

4.1 卵石层成孔困难

成孔钻进时，卵石强度大，大粒径卵石密度大，易出现成孔困难、时间长、抱钻、糊钻、钻头严重磨损、断杆等现象。选择适合岩层的全断面硬质合金钻头、钻杆冲洗液。

4.2 出现涌水现象

由于地层地质变化，停车线开挖至某里程出现夹砂层。即使整体浆脉分布良好，但水压大，砂层浆液损失率大，致使局部出现浆液分布不均匀，出现孔洞，涌水。立即启动应急预案，组织人员码沙袋、做引流，定位打孔，同步封面注浆，采取速凝浆液止水填充。有效止水后，进行补浆。

增加钻孔，孔数由65个增至98个，由于打孔时反水反沙量变大，注浆顺序相应调整，判断水路来源，逐步封堵水头。

“短开挖”，缩短注浆深度，由12 m减小为9 m，增加加固外扩范围土体，由外扩3 m增至4 m（依据实际注浆量反算），开挖6 m。调整钻孔角度、外插角，确保孔末端扩散浆脉可以形成有效搭接，极大避免了安全隐患的发生，但每一注浆周期、费用有所增加。

缩小发散角度，保证浆液咬合，使地层固结为一个整体，把双控（压力和注浆量）变为单控（注浆量满足压力要求）。

优化浆液比例，增加注浆量，针对砂层加大化学浆、双液浆用量，化学浆为液态扩散止水，双液浆为小颗粒状填充及增加强度。

卵石层止浆墙由预留2 m，改为预留3 m。

4.3 注浆后土体开挖困难

注浆及因渗漏增加孔位加大注浆后，土体强度增高，增大注浆量后开挖困难。采用小型液压破碎锤，人工风镐处理边角。

4.4 注浆过程中临时仰拱局部隆起

为使压浆密实，满足压力要求，导致下导洞临时仰拱局部隆起。采取多打孔少注浆，下导洞注浆前在上导洞临时仰拱上做支撑等措施，最大程度减少仰拱变形。

4.5 夹砂层注浆量增大

隧道开挖过程中遇夹砂层，按实际情况加大设计注浆范围。本区间所处的卵石层，具有富水高渗透的特性，3 m的注浆范围难以保证全断面止水效果，扩大加固范围至4 m。根据注浆量反算，此段夹砂层孔隙率最大达到0.51。

4.6 对施工进度的影响

注浆施工和初支开挖工期长，需要分段一个循环一个循环推进，如出现局部渗漏水情况，须采取局部的临时封端-加强补注浆-再破面开挖措施，对施工进度有一定制约。事先应考虑施工进度的这一影响。

5 结 语

该工程隧道全断面注浆，最大的优势为采用最为普通水泥-水玻璃双液浆，材料来源广泛，工法简单，工艺成熟，成本低廉。尤其与类似工况其他工程相比止水效果较好，普遍受到好评，取得了成功。

该方法取消地面地开挖、连墙截水帷幕施做、地面征地、建构物动迁等繁杂冗长的程序。节省导墙、导墙钢筋、地连墙、地连墙回填砂、三重管高压旋喷桩施工。经成本核算，节约资金数百万元，技术经济及社会效益好。

对于类似工况条件下的隧道开挖，该方法仍不失为一种值得借鉴的工法。