彭 峰，孔 恒，于 良

(1.北京交通大學(xué)，北京 100044;2.北京市政建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100045)

1 工程概況

北京市新建南苑變電站—玉泉營(yíng)變電站電力隧道工程，位于北京南三環(huán)和南四環(huán)之間，隧道采用淺埋暗挖法施工，在石榴莊路至玉泉營(yíng)變電站區(qū)間隧道向下穿越當(dāng)?shù)鼐用竦睦吓f民房，隧道開挖輪廓線拱頂距地表房屋最近距離4.5 m，房屋沒有整體基礎(chǔ)，直接地表磚砌結(jié)構(gòu)。按原設(shè)計(jì)施工方案，該民房需進(jìn)行拆遷，但實(shí)施房屋拆遷需要較高的費(fèi)用和較長(zhǎng)的時(shí)間，為解決此項(xiàng)問(wèn)題，參建各方進(jìn)行專項(xiàng)技術(shù)討論，決定先采用深孔注漿工藝在隧道內(nèi)超前加固地層，再進(jìn)行隧道開挖施工的方案，暗挖下穿該段民房。這個(gè)方案雖然能節(jié)省時(shí)間和省去大量的拆遷費(fèi)用，但對(duì)隧道內(nèi)超前預(yù)注漿的效果提出了很高的要求，即要求實(shí)現(xiàn)隧道開挖施工穿越后，隧道上方地表及房屋能達(dá)到“零沉降”的要求。房屋照片及隧道斷面尺寸與房屋位置關(guān)系如圖1和圖2。

圖1 老舊房屋照片

圖2 隧道尺寸及隧道與房屋位置關(guān)系

2 工程地質(zhì)

該段穿越民房的隧道埋深4～5 m，從地表向下地層依次共分為三層，第一層為人工堆積層，含房渣土層、粉土填土層，第二層為新近沉積層，含粉質(zhì)黏土～黏質(zhì)粉土、粉砂、細(xì)沙、卵石，第三層為一般第四紀(jì)沉積地層，含粉質(zhì)黏土層、粉細(xì)砂層、中粉質(zhì)黏土層、卵石層。隧道基本位于第二層的卵石層內(nèi)，地層自穩(wěn)能力差，隧道拱頂上方土體的下沉不易控制。所以必須選用最合適的注漿工藝和方法，達(dá)到最佳的注漿效果，才能滿足工程要求。

3 注漿加固工藝比選及確定

本注漿工程對(duì)地層加固效果要求的特點(diǎn)是:①地表房屋要實(shí)現(xiàn)“零沉降”，這就要求加固后的地層土體強(qiáng)度高。②注漿漿液必須是永久凝固，不能因漿液后期分解而出現(xiàn)隧道下穿通過(guò)后地表持續(xù)緩慢下沉的情況。③施工工期緊，注漿工藝必須是簡(jiǎn)單易行、快速施作。④注漿工藝實(shí)施的造價(jià)不高。

目前，在國(guó)內(nèi)地下工程中水平深孔注漿加固施工(垂直注漿除外)主要采用四種注漿工藝進(jìn)行施工，分別是雙重管注漿工藝(也稱WSS工藝)、水平旋噴注漿工藝、水平袖閥管注漿工藝、TGRM前進(jìn)式注漿工藝。

1)雙重管注漿工藝(WSS)。雙重管注漿技術(shù)是采用雙重管鉆機(jī)鉆孔至預(yù)定深度后從中空的鉆桿內(nèi)進(jìn)行后退式注漿，注漿材料采用水泥—水玻璃雙液漿或改性水玻璃漿。該工法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離的深孔注漿，相對(duì)于傳統(tǒng)的小導(dǎo)管注漿工藝擴(kuò)大了注漿加固范圍。缺點(diǎn)是該工藝僅能使用含速凝材料的水泥—水玻璃雙液漿或改性水玻璃漿，液漿固結(jié)體的有效強(qiáng)度只能維持在二周左右，二周后漿液將分散流失，在隧道壁上出現(xiàn)白色掛漿固體，所以雙重管注漿只適合于對(duì)注漿加固效果要求時(shí)間不長(zhǎng)的臨時(shí)性注漿加固，不適用于對(duì)沉降要求較高的穿越構(gòu)筑物加固項(xiàng)目。

2)水平旋噴注漿工藝。水平旋噴注漿是在豎直旋噴注漿工藝基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一種注漿工藝，其原理是漿液在高壓作用下(20 MPa以上)剪切置換地層，在隧道前方形成漿土加固混合體。水平旋噴注漿的優(yōu)點(diǎn)是加固效果直觀、漿液固結(jié)體強(qiáng)度高，缺點(diǎn)是僅能適用軟土地層，注漿工作壓力很高，對(duì)地層剪切破壞嚴(yán)重，漿液回流損失率高(40%以上)，施工成本較高，施工環(huán)境不好，容易產(chǎn)生地表隆起。

3)水平袖閥管注漿工藝。水平袖閥管注漿是一種“精細(xì)”的注漿方法，工序是先施作袖閥管，在袖閥管內(nèi)插入止?jié){塞(水囊、氣囊或皮碗式)進(jìn)行分段注漿。水平袖閥管注漿的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)真正意義上的定域、定壓、定量、往復(fù)精細(xì)注漿，注漿施工質(zhì)量有保證。缺點(diǎn)是施工成本相對(duì)較高和施工速度較慢，一般僅在特別困難的地層或有特別重大風(fēng)險(xiǎn)源的注漿加固工程中推薦采用。

4)TGRM分段前進(jìn)式超前深孔注漿工藝。TGRM分段前進(jìn)式超前深孔注漿工藝是鉆、注交替作業(yè)的一種注漿方式，即在施工中，實(shí)施鉆一段、注一段，再鉆一段、再注一段的鉆、注交替方式進(jìn)行鉆孔注漿施工。每次鉆孔注漿分段長(zhǎng)度2～3 m。止?jié){方式采用孔口管法蘭盤止?jié){。該工藝的特點(diǎn)是使用特定的灌漿材料，工藝簡(jiǎn)單、施工速度快、效率高，施工成本相對(duì)較低且注入的漿液為永久加固，漿液不分解。

5)組合注漿工藝的確定。綜合本工程對(duì)注漿效果的要求和分析以上四種注漿工藝的特點(diǎn)及成本、工期等綜合因素，決定采用以TGRM前進(jìn)式深孔注漿工藝為主，袖閥管注漿工藝進(jìn)行補(bǔ)充加固為輔的組合注漿施工技術(shù)，確保注漿效果和隧道穿越民房時(shí)的絕對(duì)安全。

TGRM前進(jìn)式分段注漿施工工藝模式如圖3。袖閥管注漿施工工藝模式如圖4。

圖3 TGRM前進(jìn)式分段注漿施工工藝模式

圖4 袖閥管注漿施工工藝模式

4 TGRM注漿材料的特點(diǎn)

本工程選用的注漿材料是TGRM水泥漿，漿液配比在(0.8～1.2)∶1.0之間，TGRM特種灌漿材料具有如下特性:

1)早強(qiáng)性。在水灰比1∶1的使用條件下，漿液的初凝時(shí)間為20 min，30 min后漿液固結(jié)的強(qiáng)度可達(dá)到0.3 MPa，2 h的強(qiáng)度可達(dá)到 2 MPa，24 h的強(qiáng)度可達(dá)到10 MPa以上，使隧道被注漿加固后，不需要等待漿液凝固即可實(shí)現(xiàn)開挖施工，與普通水泥漿相比，提高了施工效率。

2)耐久性。TGRM注漿材料主要成分為P.O52.5水泥，外加多種特種外加劑組成，為永久性注漿加固漿材，漿塊與混凝土塊耐久性相當(dāng)，可滿足工程100年的使用壽命要求。與水泥—水玻璃雙液漿相比，即達(dá)到了雙液漿早期凝固的要求，又解決了雙液漿沒有耐久性的問(wèn)題。

3)微膨脹性。與一般漿液凝結(jié)固化體積收縮相比，TGRM漿液在注入地層固化的過(guò)程中漿塊具有1%～2%的膨脹率，能有效填補(bǔ)鉆孔注漿施工過(guò)程中對(duì)土體的擾動(dòng)而引起的隧道圍巖變形。

4)可開發(fā)性。經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展，針對(duì)不同地層TGRM灌漿料開發(fā)出了系列產(chǎn)品，如:針對(duì)地下水豐富地層注漿施工的防水型、粉細(xì)砂層的超細(xì)型、疏松地層的發(fā)泡型及普通早強(qiáng)型。

5)綜合性。TGRM漿液同時(shí)具有早強(qiáng)性和耐久性的特點(diǎn)，既解決了雙液漿早強(qiáng)但不耐久的缺點(diǎn)，也解決了普通水泥漿液擴(kuò)散無(wú)法有效控制、在固化時(shí)漿塊收縮、注漿后的隧道開挖施工需等待等問(wèn)題。

6)TGRM漿與普通水泥漿、水泥—水玻璃雙液漿室內(nèi)試驗(yàn)，漿液性能結(jié)果如表1所示。

表1 漿液性能試驗(yàn)結(jié)果

5 注漿參數(shù)設(shè)計(jì)

1)注漿加固范圍見圖5。由于要求注漿加固效果達(dá)到隧道開挖過(guò)后，地表實(shí)現(xiàn)“零沉降”的目標(biāo)，結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)，確定全斷面超前預(yù)注漿的加固范圍為隧道開挖輪廓線外2 m，隧道前進(jìn)方向加固循環(huán)長(zhǎng)度為14 m，開挖12 m，預(yù)留2 m作為止?jié){巖盤。

2)TGRM注漿工藝孔位布孔方式采用圓形布孔法，每循環(huán)共布置2圈，共計(jì)24根，鉆孔角度呈放射狀。袖閥管注漿工藝孔位布孔方式采用沿拱頂呈弧形布置，終孔時(shí)的孔間距60 cm，孔位布置如圖6、圖7所示，其中A、B孔序?yàn)門GRM分段前進(jìn)式深孔注漿孔，C孔序?yàn)樾溟y管注漿孔。

3)注漿參數(shù)。注漿材料采用TGRM特種水泥漿，漿液的水灰比為(0.8～1.2)∶1.0，袖閥管的套殼料采用普通水泥與普通膨潤(rùn)土參配，配合比為水泥∶膨潤(rùn)土∶水 =1∶2∶3，其他參數(shù)詳見表 2。

圖5 注漿加固范圍示意(單位:mm)

圖6 開孔位置布置

圖7 終孔交圈(單位:mm)

表2 注漿參數(shù)

6 組合注漿施工工藝施作過(guò)程

本段電力隧道注漿施工自2009年5月20日開始，到2009年6月26日結(jié)束，歷經(jīng)37 d，共完成3個(gè)循環(huán)40 m的注漿施工任務(wù)，其中每循環(huán)注漿施工時(shí)間在4～5 d，其余為工序交換、開挖支護(hù)等時(shí)間。具體的注漿加固施工工藝和過(guò)程如下。

1)施作止?jié){墻。止?jié){墻采用噴射C30混凝土，厚度30 cm，施作止?jié){墻時(shí)一次性噴射成型并確?；炷林?jié){墻的強(qiáng)度及注漿施工質(zhì)量。

2)先進(jìn)行TGRM前進(jìn)式注漿施工。注漿孔采用MDZ-5S鉆機(jī)成孔，鉆孔后安設(shè)φ 108 mm孔口管，孔口管長(zhǎng)度80 cm，孔口管裝入土層內(nèi)60 cm，外露20 cm，再進(jìn)行前進(jìn)式分段深孔注漿。

3)前進(jìn)式深孔注漿的施作順序。前進(jìn)式注漿孔的施作順序基本上按以下原則進(jìn)行:①跳孔施作(也稱兩序孔作業(yè))。注漿孔的施作要求跳孔進(jìn)行，即先施作奇數(shù)孔，然后再施作偶數(shù)孔。這種施作順序既能較好地控制注漿區(qū)域，保證注漿效果，又能節(jié)省漿液的用量。②發(fā)散型注漿。即注漿按B圈→A圈原則進(jìn)行。③充分考慮北京地下水流動(dòng)因素的影響，注漿順序按由下到上、由北到南進(jìn)行。

4)袖閥管注漿工藝補(bǔ)強(qiáng)施工。① 先進(jìn)行注漿孔的成孔施工，如果地層有一定的直立性，成孔工藝使用潛孔錘成孔再下入袖閥管即可。如地層沒有直立性則需使用套管鉆機(jī)成孔。本工程采用的是潛孔錘成孔工藝。② 袖閥管注漿工藝施工采用“注一遍套殼料、二遍漿液”的注漿方法，順序?yàn)?先注套殼料—注TGRM漿(水灰比為 0.8∶1.0)—再注 TGRM漿(水灰比為1.2∶1.0)。

7 結(jié)語(yǔ)

1)監(jiān)控量測(cè)顯示，隧道穿越房屋后，房屋下沉達(dá)到了“零沉降”的要求，量測(cè)結(jié)果見圖8所示，監(jiān)測(cè)波動(dòng)值均在±3 mm以內(nèi)，認(rèn)為基本是由于光學(xué)監(jiān)測(cè)儀器誤差造成的，地表房屋沒有實(shí)質(zhì)性的沉降。說(shuō)明注漿施工達(dá)到了預(yù)期的效果，注漿施工工藝及方案選擇合理。

圖8 監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

2)在修建地下工程過(guò)程中，如果選擇合適的注漿施工方法穿越地表既有構(gòu)造物，就能避免工程建設(shè)中拆遷工作的困擾與麻煩，大大節(jié)省工程費(fèi)用。

3)在類似工程中，如果注漿加固的地層更為復(fù)雜，注漿要求到達(dá)的效果更高，則可通過(guò)增加袖閥管注漿孔的數(shù)量，增加單孔袖閥管往復(fù)注漿次數(shù)的方法，進(jìn)一步提高注漿施工的質(zhì)量。

4)每項(xiàng)注漿工程都有特定的工程地質(zhì)條件和注漿施作條件，并且注漿施工所要達(dá)到的效果和目的也都不盡相同，所以注漿工藝的選擇一定要具有針對(duì)性的。有的項(xiàng)目是選擇一種注漿工藝，有的項(xiàng)目需要多種注漿工藝組合進(jìn)行才能達(dá)到預(yù)期的注漿效果。筆者多年從事注漿工程項(xiàng)目的施工與注漿工藝研究，經(jīng)歷各種注漿工程已達(dá)百余項(xiàng)，還沒有出現(xiàn)注漿施工方案完全相同的工程項(xiàng)目，這說(shuō)明了如果注漿施工方案不經(jīng)專家進(jìn)行論證，僅以一種注漿施工工藝“包打天下”的注漿施工方法是不可取的，盲目的注漿施工對(duì)工程本身的安全是巨大的威脅，選擇不恰當(dāng)?shù)淖{方案可能是在創(chuàng)造工程風(fēng)險(xiǎn)而不是消除工程風(fēng)險(xiǎn)。

［1］孔恒，彭峰.分段前進(jìn)式超前深孔注漿地層預(yù)加固技術(shù)［J］.市政技術(shù)，2008，26(6):483-486.

［2］張民慶，彭峰.地下工程注漿技術(shù)［M］.北京:地質(zhì)出版社，2008.

［3］宋新杰，高強(qiáng).鐵路隧道大型溶腔注漿加固施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2007(4):57-59.

［4］北京市政建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京中鐵瑞威基礎(chǔ)工程有限公司.TGRM分段前進(jìn)式超前深孔注漿施工工藝［P］.中國(guó):200810117217，2008.