張 明

（中鐵十一局集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430074）

0 引言

注漿加固地層就是把具有充填和凝膠性能的漿液材料，通過(guò)配套的注漿機(jī)具壓入所需加固的地層中，經(jīng)過(guò)凝膠硬化后充填和堵塞地層中的空隙，減小注漿區(qū)地層滲透系數(shù)及坑道開(kāi)挖時(shí)的滲漏水量，并能固結(jié)軟弱和松散巖體使地層強(qiáng)度和自穩(wěn)能力得到提高。

袖閥管注漿技術(shù)具有定深、定量、分度、分段、間歇、重復(fù)等注漿特點(diǎn)，并集中劈裂注漿、壓（擠）密注漿和滲透注漿的優(yōu)勢(shì)，能適用于地質(zhì)條件復(fù)雜、斷層破碎地帶、富水地層地段及場(chǎng)地狹窄情況下的地基加固。

目前，在特殊地層加固方面，圓礫、卵石等大顆粒、大孔隙比、強(qiáng)滲水等地層的袖閥管注漿應(yīng)用較多，如：文獻(xiàn)［1］針對(duì)成都砂卵地層，采用室內(nèi)試驗(yàn)反復(fù)測(cè)試優(yōu)化袖閥管注漿漿液配比、改造袖閥管構(gòu)造，增強(qiáng)砂卵石地層定向注漿的可靠性和增大漿體注入量，確保注漿加固效果；文獻(xiàn)［2］采用添加外摻料提高漿液抗分散能力的復(fù)合漿液，增加了注漿可靠性；文獻(xiàn)［3-8］介紹了袖閥管注漿在控制地表建筑物沉降及傾斜、橋梁基礎(chǔ)糾偏、隧道地基加固、既有管線加固保護(hù)等方面的成功應(yīng)用案例；文獻(xiàn)［9］采用袖閥管雙液漿技術(shù)對(duì)天津地鐵3號(hào)線某異性超寬深基坑（淺基坑中套挖深基坑至31.45 m）粉細(xì)承壓砂層進(jìn)行注漿加固，提出該粉砂層灌漿流量20～45 L/min的建議；文獻(xiàn)［10］針對(duì)廣州地鐵3號(hào)線某32 m明挖基坑，采用袖閥管雙液漿跳孔間隔、先外圍后內(nèi)部、自下而上注漿加固花崗巖全風(fēng)化沉積層，控制因基坑和暗挖區(qū)間施工對(duì)臨近房屋的沉降影響。

從現(xiàn)有工程實(shí)踐來(lái)看，袖閥管在隧道地層注漿加固應(yīng)用多集中在冒頂塌方、淺層地表處理及單一注漿模式等方面［11-12］。本文針對(duì)強(qiáng)透水砂礫地層，綜合考慮水力梯度及方向，結(jié)合單、雙漿液不同加固機(jī)制，檢驗(yàn)約束-發(fā)散注漿模式在隧道洞身注漿加固效果，提出了對(duì)應(yīng)的注漿控制標(biāo)準(zhǔn)。

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)

馬鞍梁隧道DK743+440～+620，下穿淺埋沖溝，隧道上覆土最淺處僅有11 m，上部溝谷富水，地表水及地下水發(fā)育，洞身通過(guò)地層主要為第四系全新統(tǒng)（Q4）沖洪積黏質(zhì)黃土、礫砂、細(xì)圓礫土，滲水性極強(qiáng)。

1.2 水文地質(zhì)

1）地表水。馬鞍梁隧道穿越的五龍溝內(nèi)常年流水，枯水期流量約4 675 m3/d。

2）地下水。馬鞍梁隧道五龍溝淺埋段地下水類型主要為第四系孔隙潛水，接受大氣降水補(bǔ)給，含水層為細(xì)、粗圓礫土，富水性較好，滲透系數(shù)K值達(dá)到10.0～13.74 m/d，滲透性較強(qiáng)，補(bǔ)給較充足。預(yù)測(cè)淺埋段正常涌水量約為16 167 m3/d，最大涌水量約為24 251 m3/d。

1.3 施工情況

2014年2月18日，馬鞍梁進(jìn)口掌子面施工至DK743+420時(shí)，地下水有滲出現(xiàn)象，提出對(duì)掌子面進(jìn)行水平鉆探探水。

2014年2月20日，對(duì)掌子面DK743+420處進(jìn)行水平鉆探，拱部（拱頂下約70 cm）鉆孔6 m深出水，流水量約為4 m3/h。上臺(tái)階右側(cè)拱腳處鉆孔2.5 m深出水，流量約為40 m3/h。

為確保隧道淺埋段的施工安全，借鑒以往工程的施工經(jīng)驗(yàn)，決定對(duì)該段采用地表袖閥管注漿加固。

2 袖閥管注漿方案設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)地表垂直注漿，采用后退式袖閥管分段注漿工藝并基于約束-發(fā)散注漿模式對(duì)馬鞍梁隧道洞身范圍地層進(jìn)行加固止水，待超前水平鉆探孔（探水）及檢查孔取芯試樣強(qiáng)度達(dá)到要求后方可進(jìn)行隧道正常開(kāi)挖。

2.1 注漿加固范圍

加固范圍為縱向IDK743+430～+470，共40 m；橫向隧道開(kāi)挖輪廓線外5 m，即24.82 m；注漿深度為隧道拱頂開(kāi)挖輪廓線以上5 m，隧底開(kāi)挖輪廓線以下2 m；鉆孔采用等邊三角形布置，間距為1.5 m×1.5 m。本次設(shè)26排19列注漿孔，共507孔，其中周邊孔84個(gè)，中間孔423個(gè)。垂直注漿孔布置見(jiàn)圖1。

2.2 注漿參數(shù)

根據(jù)以往類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，注漿參數(shù)如表1所示。

圖1 垂直注漿孔布置圖Fig.1 Layout of vertical grouting holes

表1 注漿參數(shù)Table 1 Grouting parameters

2.3 注漿材料

注漿材料以硫鋁酸鹽水泥單液漿為主，普通硅酸鹽水泥與水玻璃雙液漿為輔，周邊2排孔采用普通水泥-水玻璃雙液漿，其他孔采用硫鋁酸鹽水泥單液漿。

材料配比：硫鋁酸鹽單液漿水灰比（W∶C）為0.8∶1～1∶1；水泥-水玻璃雙液漿水灰比（W∶C）為0.8∶1～1∶1；水泥-水玻璃體積比（C∶S）為1∶1；水玻璃濃度為33～38 Be′。

2.4 注漿順序

本次注漿順序原則上采取由外到內(nèi)約束-發(fā)散型方式，見(jiàn)圖2。

圖2 約束-發(fā)散型注漿模式Fig.2 Mode of constraining-diverging grouting

考慮地層以加固為主，總體上先注周邊孔，然后注內(nèi)圈孔，形成約束。即先通過(guò)外層間隔跳孔（按照注漿孔編號(hào)奇偶數(shù)跳孔）注漿形成類似網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成注漿骨架，再實(shí)施中間孔及內(nèi)部孔注漿，從而實(shí)現(xiàn)地層注漿的逐步擠壓密實(shí)作用?，F(xiàn)場(chǎng)考慮地下水流方向，先對(duì)3個(gè)周邊進(jìn)行注漿，從而形成對(duì)中間部位水流方向的約束，留下一個(gè)邊形成水流的排泄出口，注漿過(guò)程中逐步將水排出，從而提高整體注漿效果，有效控制漿液擴(kuò)散區(qū)域，確保注漿后形成完整的注漿加固體。

2.5 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

2.5.1 分段注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

單孔注漿采用雙控標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)部注漿孔為主：注漿壓力逐步升高，達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，并穩(wěn)壓10 min以上。外部注漿孔為主：注漿終壓雖未達(dá)到設(shè)計(jì)值，但注漿量已達(dá)設(shè)計(jì)注漿量的120%。

2.5.2 全孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

各分段注漿均按規(guī)定達(dá)到了注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

2.5.3 全段結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

1）設(shè)計(jì)的所有注漿孔均達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)漏注現(xiàn)象。

2）在注漿薄區(qū)域鉆設(shè)檢查孔，其數(shù)量不少于總注漿孔數(shù)的3% ～5%，檢查孔滿足出水量不超過(guò)0.2 L/（min·m）。

3 袖閥管注漿施工

3.1 袖閥管注漿施工工藝流程

袖閥管施工工序和注漿工藝分別見(jiàn)圖3和圖4。

3.1.1 鉆孔

放線定孔位，按要求完成鉆孔，安設(shè)好袖閥注漿管后，將套管拔出。

鉆孔中應(yīng)注意“套管定位”、“泥漿循環(huán)護(hù)壁成孔”、“清孔”3個(gè)環(huán)節(jié)控制。

3.1.2 安裝袖閥管

在不注漿部位下A型袖閥注漿管，在注漿部位下B型袖閥注漿管，底部加下悶蓋。B管為有孔管，并覆蓋橡膠套。

圖3 袖閥管施工工序Fig.3 Sequence of Soletanche grouting

圖4 注漿工藝流程Fig.4 Flowchart of grouting

下管前應(yīng)注意：必須在最下端一根B管上加下悶蓋，然后利用絲扣連接下一根B管，直到連至注漿段長(zhǎng)度。之后，開(kāi)始連接A管，A管連接至鉆孔深度，并要求露出地面10 cm。

下管過(guò)程中應(yīng)注意：由于鉆孔較深，下管時(shí)可將連接好的袖閥注漿管分段下入并保持豎直。待袖閥注漿管沿套管內(nèi)壁下到鉆孔底部后，在頂部加上悶蓋，然后拔出套管進(jìn)行封孔作業(yè)。

3.1.3 注套殼料

在袖閥管外花管與孔壁之間的環(huán)形間隙處下注漿管，在孔口上部2 m孔段壓入套殼，直至孔口返止?jié)鉂{為止。注漿比例，水∶水泥=1∶1.5。止?jié){固管料采用速凝水泥漿，可用水玻璃或氯化鈣做速凝劑。

3.1.4 注漿

注漿方式采取后退式分段注漿工藝。在注漿帶內(nèi)由孔底進(jìn)行注漿，每次注漿段長(zhǎng)0.5～1 m。注完第1注漿段后，將注漿芯管和止?jié){系統(tǒng)采用管箝上提至第2注漿段，進(jìn)行第2注漿段的注漿，依此下去，直至完成注漿帶。

注漿過(guò)程中應(yīng)注意：漿液凝膠時(shí)間的測(cè)定，確保注漿施工效果。

3.2 注漿設(shè)備

1）鉆機(jī)。地面注漿選用XY-100型鉆機(jī)。針對(duì)砂礫較硬地層采用潛孔錘沖擊鉆進(jìn)，見(jiàn)圖5。

2）袖閥管。袖閥管系統(tǒng)主要由塑料閥管（外管）、注漿芯管（內(nèi)管）、橡皮套、密封圈等組成。每個(gè)灌漿長(zhǎng)度固定為30～50 cm，可根據(jù)地層情況調(diào)整灌漿長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)定量定尺控制灌漿。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)注漿加固Fig.5 Photo of grouting consolidation at site

4 注漿效果檢查

4.1 注漿p-Q-t曲線

單孔分段注漿完成后，繪制p-Q-t曲線（見(jiàn)圖6），根據(jù)曲線判斷注漿效果。

圖6（a）主要是外圈注漿孔注漿時(shí)所表現(xiàn)，其注漿壓力較小，一般為0.5～1.0 MPa，注漿速度為50～60 L/min。隨著注漿的進(jìn)行，注漿壓力稍有升高，注漿速度略有降低，但表現(xiàn)不明顯。當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量時(shí)，注漿終壓不能達(dá)到設(shè)計(jì)終壓值，而此時(shí)注漿速度仍表現(xiàn)為較大。

圖6（b）主要是中間注漿孔所表現(xiàn)，這和注漿設(shè)計(jì)意圖所采取的約束型注漿措施一致，達(dá)到了擠壓密實(shí)的目的。在注漿過(guò)程中，開(kāi)始時(shí)注漿壓力為1.0～2.5 MPa，注漿速度為40～60 L/min。隨著注漿的進(jìn)行，注漿壓力呈曲線上升，注漿速度呈曲線明顯下降，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量時(shí)，注漿終壓達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)終壓值，注漿速度降至10～15 L/min。

圖6 注漿p-Q-t曲線Fig.6 Curves of p-Q-t

4.2 注漿前后涌水量對(duì)比

注漿前在掌子面鉆設(shè)3個(gè)超前探水孔，出水量為4～40 m3/h，最小為4 m3/h。注漿完成后，鉆設(shè)3個(gè)檢查孔。檢查孔顯示，出水已完全封堵，只有少量滲水。加固效果如圖7所示。

圖7 加固效果Fig.7 Consolidation effect

4.3 檢查孔檢查

4.3.1 洞內(nèi)超前水平鉆探孔

注漿結(jié)束后，在掌子面上臺(tái)階拱部、左拱腳、右拱腳分別打超前水平探孔。

由超前水平探孔來(lái)看，檢查孔無(wú)水，成孔好。檢查孔放置24 h后，仍無(wú)坍孔、無(wú)涌水、無(wú)出水現(xiàn)象，因此，可以判定注漿效果是良好的，能滿足安全開(kāi)挖要求。

4.3.2 檢查孔取芯

注漿結(jié)束后，針對(duì)注漿薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行檢查孔取芯試驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了地表檢查孔取芯檢查，取芯表明，巖芯呈柱狀，完整性好。鉆芯取樣如圖8所示。檢查孔技術(shù)統(tǒng)計(jì)如表2所示。

圖8 鉆芯取樣Fig.8 Core samples

表2 檢查孔技術(shù)統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of inspection holes

由表2可知，檢查孔巖芯平均優(yōu)良率達(dá)到90%，有效地提高了地層整體性和完整性。由此判定，地層松散體被有效填充加固，滿足開(kāi)挖施工的要求。

5 結(jié)論與討論

本次注漿采用約束-發(fā)散型注漿模式，以周邊注漿形成約束體，中間注漿提高地層整體性和完整性的試驗(yàn)探索，針對(duì)袖閥管高滲地層加固得到以下結(jié)論和討論。

5.1 結(jié)論

1）對(duì)于強(qiáng)滲透、弱膠結(jié)、高孔隙比的散粒體地層，根據(jù)水力聯(lián)系及梯度，采用約束-發(fā)散型注漿模式能有效地限制漿液外擴(kuò)，達(dá)到導(dǎo)水、擠水并擠壓地層密實(shí)的效果。

2）對(duì)于滲透系數(shù)在10～15 m/d的透水砂礫地層，周邊注漿采用雙液漿時(shí)，其凝膠時(shí)間控制在10～40 s，有利于有效形成加固范圍的外在約束體。

3）應(yīng)依據(jù)P-Q-t曲線分析，動(dòng)態(tài)檢驗(yàn)和控制周邊與內(nèi)部注漿加固效果及相互關(guān)系，避免因約束體強(qiáng)度不足或布孔不適造成漿液流失。

5.2 討論

5.2.1 合理的注漿方式設(shè)計(jì)

對(duì)于散粒體（砂礫、卵石）地層的加固方式較為集中在PVC管和袖閥管注漿方式上。受工藝方法限制，前者無(wú)法做到分段、反復(fù)、定量加固，導(dǎo)致漿液擴(kuò)散不均、加固孔交圈范圍不大、最終加固體形態(tài)不均（加固體在孔深方向呈葫蘆狀）等問(wèn)題。而后者能邊提邊注、定量定時(shí)、分段處理加固，適當(dāng)?shù)淖{壓力和速度控制配以科學(xué)的注漿模式，則可以將其應(yīng)用于更深、滲透性更強(qiáng)、膠結(jié)性差的散粒體地層。

5.2.2 富水地層加固止水注漿工藝

對(duì)于受地下水活動(dòng)影響巨大的工程活動(dòng)，應(yīng)根據(jù)水力條件、加固體強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求、投資水平等因素，綜合確定注漿模式及孔口布置設(shè)計(jì)。即當(dāng)水流較大時(shí)，原則上由下游到上游注漿，先對(duì)下游進(jìn)行注漿截水，形成擋墻，防止?jié){液流失；當(dāng)?shù)貙觾H僅以加固為主時(shí)，宜先注周邊孔，然后注內(nèi)圈孔，形成約束，逐層擠密；當(dāng)?shù)貙右远滤疄橹鲿r(shí)，地層存在一定的水流影響，可先對(duì)3個(gè)周邊進(jìn)行注漿，形成對(duì)中間水流方向的約束，留出1個(gè)排水口，注漿逐步降水排出，從而提高注漿效果。本隧道洞身加固段尚未開(kāi)挖，主要為避免地表沖溝及松散孔隙潛水影響，以堵水為目的，因此采用了約束-發(fā)散型注漿模式，待加固后隧道正常掘進(jìn)。可見(jiàn)，注漿加固方式應(yīng)充分結(jié)合工程目的，不可盲目選擇注漿形式及孔口布置。

5.2.3 應(yīng)用前景

結(jié)合本工程加固實(shí)踐，建議后退式袖閥管地表注漿宜在地表相對(duì)平坦開(kāi)闊，待加固深度不易超過(guò)30 m的地形條件下開(kāi)展。對(duì)于僅以加固為主開(kāi)展的注漿工程，尤其是存在地下水徑流或排泄時(shí)，可靈活設(shè)計(jì)約束或排泄方式，加強(qiáng)水平超前探孔及巖芯取樣探測(cè)即可取得良好的推廣效果。

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［1］ 王國(guó)義.成都砂卵石地層注漿加固技術(shù)應(yīng)用［J］.隧道建設(shè)，2012，32（5）：696-699.（WANGGuoyi.Application of grouting consolidation technology in sandy cobble strata in Chengdu［J］.Tunnel Construction，2012，32（5）：696-699.（in Chinese））

［2］ 魏晨亮，王玉卿，唐高洪.南寧地區(qū)富水圓礫層袖閥管注漿加固技術(shù)［J］.隧道建設(shè)，2014，34（5）：499-503.（WEI Chenliang，WANG Yuqing，TANG Gaohong.Case study on consolidation of water-rich cobble ground in Nanning by means of Soletanche grouting［J］.Tunnel Construction，2014，34（5）：499-503.（in Chinese））

［3］ 李豐果.袖閥管注漿帷幕在地鐵周邊建筑物保護(hù)中的應(yīng)［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2010（8）：93-96.（LI Fengguo.Application of sleeve-valve pipe grouting curtain for protecting buildings near the subway［J］.Modern Tunnelling Technology，2010（8）：93-96.（in Chinese））

［4］ 王建新，鄧稀肥，陳壽根.下穿立交橋地鐵隧道袖閥管加固技術(shù)研究［J］.隧道建設(shè)，2009，29（3）：267-271.（WANG Jianxin，DENG Xifei，CHEN Shougen.Study on Soletanche grouting technology used in a Metro tunnel under crossing an overpass［J］.Tunnel Construction，2009，29（3）：267-271.（in Chinese））

［5］ 王建新，陳壽根，王靖華.深圳地鐵4號(hào)線二期工程某段燃?xì)夤芫€保護(hù)技術(shù)［J］.隧道建設(shè)，2010，30（3）：331-335.（WANG Jianxin，CHEN Shougen，WANG Jinghua.Gas pipeline protection technology in phaseⅡproject of line4 of Shenzhen Metro［J］.Tunnel Construction，2010，30（3）：331-335.（in Chinese））

［6］ 孫國(guó)慶.齊岳山隧道F11高壓富水?dāng)鄬幼{設(shè)計(jì)與施工技術(shù)探討［J］.隧道建設(shè)，2010，30（3）：304-308.（SUN Guoqing.Discussion on design and execution of grouting for F11 high-pressure and water-rich fault of Qiyueshan tunnel［J］.Tunnel Construction，2010，30（3）：304-308.（in Chinese））

［7］ 張明聚，由海亮，杜修力，等.北京地鐵某車站明挖基坑

施工監(jiān)測(cè)分析［J］.北京工業(yè)大學(xué)，2006（10）：874-878.（ZHANG Mingju，YOU Hailiang，DU Xiuli，et al.Construction monitoring analysis for an open excavated foundation-pit of subway station in Beijing［J］.Journal of Beijing University of Technology，2006（10）：874-878.（in Chinese））

［8］ 霍小妹.袖閥管注漿封閉截水施工技術(shù)［J］.施工技術(shù)，2011（20）：65 -66.（HUO Xiaomei. Construction technology of water truncation with sleeve valve pipe［J］.Construction Technology，2011（20）：65-66.（in Chinese））

［9］ 章寰.袖閥管雙液漿工法在超深基坑中的應(yīng)用技術(shù)［J］.鐵道建筑技術(shù)，2011（9）：68-72.（ZHANG Huan.Application technology of sleeve valve tube grouting method in deep foundation［J］.Railway Construction Technology，2011（9）：68-72.（in Chinese））

［10］ 楊將曉.袖閥管雙液注漿在控制深基坑相鄰房屋沉降中的應(yīng)用［J］.建材技術(shù)與應(yīng)用，2010（7）：25-28.（YANG Jiangxiao. Application of sleeve valve pipe grouting in controlling settlement of deep foundation pit of the neighboring houses［J］.Research&Application of Building Materials，2010（7）：25-28.（in Chinese））

［11］ 余朝陽(yáng).袖閥管壓密注漿在淺埋隧道施工中的應(yīng)用［J］.采礦 技 術(shù)，2011，11（4）：74-76.（YU Zhaoyang.Application of sleeve valve pipe grouting in the construction of shallow tunnel［J］.Mining Technology，2011，11（4）：74-76.（in Chinese））

［12］ 魏玉省.聯(lián)絡(luò)通道坍塌后地層加固方案探討［J］.隧道建設(shè)，2011，31（4）：510-514.（WEI Yusheng.Discussion on ground consolidation technology：Case study on a collapsed connection gallery of a Metro tunnel［J］.Tunnel Construction，2011，31（4）：510-514.（in Chinese） ）