暗挖隧道下穿既有建筑物动态注浆施工技术

杨杨

摘要：提出了“止水超前、成环加固、勤观测、动态补浆”的动态化注浆技术，其工藝是基于勘察、设计、施工、监控量测的并行性和反馈性，并加以综合分析与研究，再结合开挖和注浆观测两方面，运用到隧道开挖施工过程中，实时变更调整原始注浆设计方案，做出动态调整，获得更合理、更有效、更安全的注浆方案。该技术在深圳地铁7号隧道下穿既有建筑物施工中得到了良好应用，在该技术指导下的隧道注浆施工保证了良好的止水、加固效果，确保了隧道开挖的顺利进行，具有明显的经济效益和社会效益，值得在类似工程中借鉴和推广。

关键词：下穿工程;复杂地质;动态化注浆;地铁隧道

Dynamicgroutingconstructiontechnologyfortunnelunderpassexistingbuildings

YangYang1DuanJingchuan2

（1ShenzhenMetroConstructionGroupCo.，Ltd

2PowerChinaConstructionSouthernConstructionInvestmentCo.，Ltd）

Abstract：Thedynamicgroutingtechnologyof"advancedwaterstop，ringreinforcement，frequentobservation，anddynamicgrouting"isproposed，obvioussocialandeconomicbenefitanddeservespopularizationinsimilarprojectsinthefuture.Theprocessisbasedontheparallelismandfeedbackofsurvey，design，construction，monitoringandmeasurement，andcomprehensiveanalysisandresearch，combiningexcavationandgroutingobservation，andapplyingittothetunnelexcavationprocess，real-timechangeandadjustmentoftheoriginalThegroutingdesignplanisdynamicallyadjustedtoobtainamorereasonable，effectiveandsafergroutingplan.ThistechnologyhasbeenwellappliedintheconstructionofShenzhenMetroTunnelNo.7underpassingexistingbuildings.Thetunnelgroutingconstructionundertheguidanceofthistechnologyguaranteesagoodwaterstopandreinforcementeffect，andensuresthesmoothprogressoftunnelexcavation.Ithasobviouseconomicandsocialbenefitsandisworthyofreferenceandpromotioninsimilarprojects.

Keywords：Underpassproject;Complexgeology;Dynamicgrouting;subwaytunnel

引言

在地铁隧道施工过程中，由于位于地下的岩土体中存在大量的节理和裂隙，而它们又容易形成一系列裂隙通道，导致在地铁隧道初期支护形成后，地下水通过这些裂隙通道汇集渗透进入隧道内部，造成隧道渗漏水[1-2]，特别是当隧道穿越地下水较丰富的区域时，部分裂隙通道与地下水域连通，使得隧道围岩裂隙渗漏水的情况增多[3]。而注浆技术恰恰是治理隧道水患和防渗漏最关键的技术也是有效的方法[4-5]。

近年来，诸多学者在注浆施工技术方面做了大量研究。李金华[6]等学者为了分析水灰比和注浆压力变化时围岩裂隙中注浆堵水效果和浆液的沉积压力特征之间的关系，采用自主设计的流体力学综合试验平台，通过动水注浆试验的方法绘制了3种不同的沉积压力曲线，并利用这3种沉积压力曲线分析评价了注浆堵水效果。姬程飞[7]等学者采用物探法、渗透系数测试法、开挖取样法以及数字钻孔电视等方法以山西某隧道为工程试验隧道，对隧道注浆效果进行了评价。王晓亮[8]等学者利用注浆数据分析法、注浆量分布特征法以及浆液充填速率反算法等常规方法评价了隧道的注浆效果。

地铁隧道由于其地理位置的特殊性，基本是穿越既有建筑的地下空间[9]，一旦维护结构发生破坏，除了影响地铁正常运营外还会影响岩土的水文地质环境从而威胁上部既有建筑物的安全，因此，注浆施工技术显得尤为重要[10]。但如果整个施工过程只遵循原始的注浆设计和施工方案，势必会造成存在安全隐患或材料浪费等不利因素。因此，在隧道开挖施工过程中，变更调整原始注浆设计方案，做出动态调整，获得更合理、更有效、更安全的注浆方案，可进一步完善注浆工艺，为后续地铁隧道的注浆设计以及施工提供了有力支撑，具有一定的实际意义。

1工程概况

深圳地铁7号线具有“地质博物馆”之称，近1/4面积是填海造地形成的，全线多次下穿楼房、河流、铁路、车站、高速公路、地铁隧道，沿线35处重大风险源。因此，工程建设面临着七大难题：工程规模大、场地狭窄、环境复杂、施工难度大、危险源多、地质条件复杂、要求高。

深云村站～农林站区间段与安托山停车场出入线路段需要在下方穿越北环大道5次、广深高速4次、以及安托山工业厂房、老旧雨水箱涵各1次并且还需要侧穿鸿新花园。同时，该段下穿地层主要为第四系全新统人工填筑土、砾（砂）质粘性土，下伏基岩为燕山期花岗岩。此外，该段区间隧道埋深较大，隧道下穿地层多为强～微风化岩，施工难度较大。

其中，下穿广深高速地层及地质环境的基本特点如下：原状残积土厚

度达16-20m，且多为沙质土及杂填土、高速公路填土路基、路面结构以及隧道洞身以上是残积土（局部是回填土），下部是富含水的岩层，其严重影响广深高速公路以及下穿工程施工的安全。下穿北环快速路及邻近区域的地层特点是富含水，并且具有厚度不均的残积土与回填土、古冲击沟以及老旧雨水箱涵，严重影响施工的安全。深云站～安托山站区间隧道左线DK9+619.700-DK9+700.546处为大跨度变截面隧道。本场地表层普遍分布人工堆填土，土质不均，局部夹碎石、块石，易造成局部隧道侧壁的坍塌，属不稳定的土体，本隧道在该层以下，故该层对本区间隧道施工影响较小。本工程场地局部分布的强风化层，虽然天然状态下岩土体的物理力学性质较好，但该层土的水理性质较差，遇水容易产生崩解，且在饱和状态下受扰动后，易软化变形，其承载力和强度骤减，进而造成围岩失稳。本工程场地中的花岗岩残积层及风化岩中存在差异风化现象，容易造成局部地段岩土层软硬不均，以上是本区间的不利地质条件。

2动态化注浆施工工艺

动态化注浆技术，就是要求在工程实施的设计和施工环节都遵从动态化的理念。在地铁隧道等线性工程地质体中，岩土介质本身及在纵向上往往存在很大的差异性，特别是工程地质条件复杂多变的区域，随着工作面的推进，各种地质参数和因素的时空变化性更加显著，因此工程岩土体的性质是高度动态化的。如果整个施工过程只遵循原始的注浆设计和施工方案，势必会造成存在安全隐患或材料浪费等不利因素。所以，在隧道开挖施工过程中，变更调整原始注浆设计方案，做出动态调整，获得更合理、更有效、更安全的注浆方案。

2.1注浆方式及基本参数

采用ZJL-350D地质钻机进行注浆孔的钻进，当钻孔深度达到设计长度时，这时采用钻杆进行注浆，注浆段长度为0.8m。钻孔完成之后，封口采用注入水玻璃-磷酸混合浆的方法，封口浆凝结后再注入水泥-水玻璃双液浆，当压力达到1.5MPa时，保持5分钟后不再吸浆，进行下一段的注浆工作，循环往复，直至该孔注浆结束。注浆方式采用后退式注浆的方法，利用双液注浆泵进行注浆作业，成一孔注一孔。全断面共布设孔位59个，孔距为800mm。

基本参数如下：注浆深度为8.5m～13.5m;注浆孔直径是Φ42mm;浆液扩散半径为0.8～1.5m;浆液凝结时间为双液浆50s～1min30s，封口浆2s～5s;注浆压力为双液浆1.0～1.5Mpa，封口浆2.0～3Mpa;注浆循环段长为13m;后退长度为0.5～0.8m;施工顺序为从外圈到内圈。

2.2注浆孔布置

依据设计孔位、角度施作注浆孔，孔位呈辐射状，钻孔布置成圆形圈，孔位布置见图1。

2.3注浆钻孔施工工艺

选用ZJL-350D型地质钻机进行钻孔，首先根据图1所示的孔位和钻孔参数，在工作面上用油漆标定出钻孔位置;然后调整钻杆的水平角和仰角，将钻头对准所标孔位。再将棱镜放在钻杆的尾部，用全站仪检查并调整钻杆的姿态。

孔径为Φ50mm，钻杆直径为Φ42mm，长度2.0m/节。需要注意的是：注浆钻孔孔口位置应准确定位（与设计位置的容许偏差为±5cm），偏角应符合设计要求，每钻进一段，检查一段，及时纠偏，孔底位置的偏移应当小于30cm;钻进过程中如果遇到涌水或破碎岩层并造成卡钻时，应当马上停止钻进，进行扫孔后方可继续钻进，钻进时对孔内情况应进行详细记录，例如是否有掉块、坍塌、堵钻等情况，特别是出水量的高低需要准确记录。

钻孔顺序为先外圈，后内圈。内圈钻孔可参照外圈钻孔的顺序，后序孔可检查前序孔的注浆效果。注浆过程中逐步加密注浆，这样做一方面可根据钻孔的情况动态调整注浆参数，另一方面如果钻孔情况证明注浆效果已达到设计要求，即可进行下一圈孔的钻进，加快施工进度。钻孔时，还要严格作好钻孔记录，主要包括孔号、进尺、起止时间、岩石裂隙发育情况、出现涌水位置、涌水压力以及涌水量等等。

为了不出现卡钻等情况，需要提高每循环作业效率，以及增加每循环搭拆脚手架、封闭破除掌子面以及挖填仰拱回填料等事项。将注浆循环长度由13m降低到10m，注浆工作面封堵初始注浆段改用0.8m厚喷混凝土止浆墙，后序注浆段预留3.0m已注段作为止浆岩盘。

2.4注浆施工工艺

1、压水试验

压水试验采用双塞正水法，试验压力取0.2MPa，即净水压力的1.5～2.0倍，试验时每间隔10分钟观测一次流量和压力，当流量和压力保持相对稳定时，流量连续四次读数，其最大值和最小值之差小于最终值的10%，试验工作即可结束，以最终流量为计算流量。

2、浆液材料及制浆

注浆浆液采用水泥—水玻璃浆液。其中水泥采用PO425普通硅酸鹽水泥，采用的水泥应当新鲜无结块，且每批进场水泥均应有出厂合格证及检验分析报告单，不能使用不合格的水泥。水泥浆的水灰比为1：1;水玻璃原浆浓度40波美度，模数为2.4～3.0，水玻璃原浆：水=1：1（体积比），调配出水玻璃稀释液;水泥浆：水玻璃稀释液=1：1（体积比）。

封口浆液采用磷酸-水玻璃浆液。磷酸浓度为85%，浓磷酸：水=1：15-20（体积比），调配出磷酸稀释液;水玻璃原浆浓度40波美度，模数为2.4～3.0，水玻璃原浆：水=1-1.2：1（体积比），调配出水玻璃稀释液20-22波美度;磷酸稀释液：水玻璃稀释液=1：1（体积比）。

制浆设备选用JZ350叶片式搅拌机。另外，为了在注浆间隙时不产生沉淀以及保证浆液的均匀性另自行加工搅拌储浆桶两台，容量0.4立方米，为了方便吸浆，在储浆桶外侧设两个以上取浆口，以保证大流量注浆时浆液的供应。

根据选定浆液的配比参数拌好浆液，其中水泥浆拌好后还需要用1×1mm网筛过滤，以确保浆液均匀。

3、注浆

采用后退式注浆方式，待钻孔完成后，注入水玻璃-磷酸混合浆封口，封口浆凝结后再注入水泥-水玻璃双液浆，当注浆压力达到1.5MPa持续5分钟或者不再吸浆后，进行下一段的注浆作业，往复循环，直至该孔注浆结束。作业顺序：先外圈，后内圈，间隔钻孔注浆。注浆压力：注双液浆时采用SYB-60/5型双液变量注浆泵的二档（1.0-1.5MPa），注封口浆时采用SYB-60/5型双液变量注浆泵的三档（2.0-3.5MPa）。严防由于压力过大浆液冒出地表。

注浆过程中如果需要暂时停止注浆，必须先将水玻璃吸浆管拿出并放入清水桶中，然后再拿出水泥管，同时将注浆管拔出1m，向孔内注清水后再停止注浆。这样做的目的：一方面可以保持管路畅通，另一方面又可以保证注浆段不受注水影响。

4、注浆结束标准

单孔注浆结束标准以定压和定量相结合的方式控制。定压标准：注浆过程中，压力逐渐上升，流量逐渐下降，当注浆压力达到设计注浆压力1.5MPa，持续20分钟，吸浆量很少或不吸浆时，可结束本孔注浆;定量标准：当注浆量达到设计注浆量的1.5～2倍，且压力仍然不上升时，可采取速凝浆液等措施结束该孔注浆。该结束标准为参考值，实际结束标准应通过现场试验最后确定。

全段结束标准：设计的注浆孔全部注成后，要对该段的注浆效果进行评价，只有通过评价认为注浆效果达到要求后，方可结束本段注浆。评价方法主要有：（1）根据注浆量进行判断，由于过少的注浆量很难保地层的加固效果，因此实际的注浆量应达到设计量的80%以上;（2）压水试验时，吸水率小于0.2L/min或出水量小于10L/min;（3）钻检查孔时，浆液充填饱满，密实。根据后续注浆孔的钻进情况对前面注浆孔的注浆效果进行确认，一个孔注浆完成后，其邻近的孔成孔相对容易并且在钻进中应能看到水泥浆。

3动态补浆

依据“全寿命周期成本、限制排放”的设计理念，为保证衬砌结构的安全以及隧道結构体系的长效作用，需针对性地对隧道初期支护后渗水、滴水以及管道水等情况进行处理，增加径向注浆设计。

3.1注浆方式的选择

（1）局部围岩注浆

当隧道喷射混凝土后，如果喷层表面出现裂隙线状出水及面状淋渗水现象，需要对出水处实施局部注浆。局部围岩注浆常用来处理小片状淋水，注浆的深度应根据实际的注浆效果确定。

（2）围岩径向注浆

当穿越断层破碎带、节理密集带等地段时，开挖后围岩可自稳地段应当采取围岩径向注浆的措施。当预测地下水压力较大并呈现面状连续渗漏水时，围岩径向注浆的注浆方案为：采用小孔深孔径向注浆，孔径为Φ42mm，孔深通常为3～5m;当地下水压力较小时，围岩径向注浆的注浆方案为：采用浅孔径向注浆，孔径为Φ42mm，孔深为1～3m。

3.2注浆参数

对于初期支护出水点局部围岩注浆，注浆参数如下：采用Φ42*3.5mm热轧无缝钢管，按100*100cm梅花形布置，管长为5m;注浆材料采用水泥～水玻璃双液浆，水泥为425普通硅酸盐水泥，水灰比W/C=0.6～1.1，水泥浆与水玻璃体积比1：0.05;注浆半径为0.5m;注浆压力为1～2MPa。

对于初期支护面状连续渗漏水全断面径向注浆，注浆参数如下：采用Φ42*3.5mm热轧无缝钢管，按100*100cm梅花形布置，管长3.5m;注浆材料主要采用单液浆，堵水困难时采用水泥～水玻璃双液浆。单液浆水泥为425普通硅酸盐水泥，水灰比W/C=0.6～1.1;双液浆水泥为425普通硅酸盐水泥，水灰比W/C=0.8～1.1，水泥浆与水玻璃体积比1：0.05;注浆半径为0.5m;注浆压力为0.5～1.5MPa;。

3.3注浆效果检查

在掌子面钻5个检查孔并取岩芯，其中上导3个检查孔，下导2个检查孔。每个检查孔无涌水、涌砂等现象，且成孔好。检查孔放置1h后，仍无坍孔、无涌水、无涌砂等现象。取出的芯体有一定强度，外表滑腻，正是双液浆终凝所形成的固体。因此，可以判定注浆效果良好，满足安全开挖要求。

图7钻孔取芯

开挖后对掌子面注浆加固效果进行观察，掌子面无水且淤泥质黏土、砂层、砾石层均被有效加固，开挖过程中，掌子面自稳性好，无任何坍塌。在开挖过程中，浆液对地层的加固状况主要表现为剪切劈裂和填充挤压两种方式。剪切劈裂方式主要是在未扰动的黏土地层，浆液在较高压力条件下形成劈裂脉，以脉状扩散方式形成网状加固结构;填充挤压方式主要是在砂层和黏土的交界面以及由于涌泥造成的部分孔隙率较大的部位，当地层孔隙（洞）较大时，浆液直接填充空隙（洞），以达到固结目的。如下图

动态化注浆技术在深圳地铁7号隧道下穿既有建筑物施工中得到了良好应用，在该技术指导下的隧道注浆施工保证了良好的止水、加固效果，确保了隧道开挖的顺利进行。注浆技术配合精细施工，保证了开挖区域内管线和周边建筑物的安全，所有周边环境的变形均在控制值范围内。

4结论

（1）动态化注浆技术将隧道开挖与注浆观测结合起来，通过观测结果查出注浆薄弱环节，分析判断注浆效果，并指导下一过程，即是否采取补充注浆;通过观测结果分析判断掌子面前方地层以及地下水的变化状况，指导下一循环注浆的合理实施，从而避免了注浆的盲目性，实现了注浆的动态化，使注浆技术越来越符合实际工程情况。

（2）依据“全寿命周期成本、限制排放”的设计理念，为保证衬砌结构的安全以及隧道结构体系的长效作用，需针对性地对隧道初期支护后渗水、滴水以及管道水等情况进行处理，增加径向注浆设计。

参考文献：

[1]程雪松，高洁，潘军，等.注浆水平纠偏的作用规律与影响因素[J/OL].土木与环境工程学报（中英文）：1-13[2021-06-15].

[2]张学民，董宗磊，冯涵，等.隧道超前注浆对既有建筑物影响现场测试分析[J].地下空间与工程学报，2021，17（01）：204-213+289.

[3]李杨秋，唐耿琛，刘建宁，等.填土注浆加固对深基坑支挡结构与相邻隧道的作用效果案例分析[J].隧道建设（中英文），2020，40（S2）：58-66.

[4]王康任，庞小朝，顾问天，等.基岩注浆截水帷幕在城市40m超深基坑工程及紧邻地铁保护中的应用[J].土木工程学报，2020，53（S1）：220-225.

[5]丁智，张霄，梁发云，程丁捷，王刘祺.软土基坑开挖对邻近既有隧道影响研究及展望[J].中国公路学报，2021，34（03）：50-70.

[6]李金华，孙冠临，苏培莉，等.动水注浆沉积压力特征与注浆效果试验研究[J].矿业安全与环保，2017（6）：21-24.

[7]姬程飞，孙小菊，刘涛.隧道工程富水破碎带注浆加固效果综合评定技术[J].公路工程，2017，42（2）：223-227.

[8]王晓亮，侯伟清，叶子剑，等.北京地铁10号线二期某区间粉细砂地层帷幕注浆效果评价研究[J].施工技术，2014，43（1）：114-117.

[9]付艳斌，陈湘生，吴沛霖.既有地铁隧道纵向注浆抬升机理分析[J].现代隧道技术，2020，57（05）：184-192.

[10]周大为.地铁盾构隧道同步注浆工艺原理及流程研究[J].工程技术研究，2020，5（16）：103-104.