曹根芝

中鐵十六局集團(tuán)物資貿(mào)易有限公司

1 工程概況及地質(zhì)水文情況

1.1 工程概況

本文中所分析的工程為十三陵景區(qū)站-昌平站區(qū)間（中間風(fēng)井-昌平站區(qū)間），區(qū)間起訖里程為右K3+285.990~右K4+619.330，區(qū)間右線長(zhǎng)度1333.34m，最小平面曲線半徑R=650m，區(qū)間最小線間距為12m。風(fēng)井-昌平站區(qū)間縱向?yàn)閱纹?，坡度最大?4‰，結(jié)構(gòu)覆土約10m~18m。施工采用淺埋暗挖法，初支采用噴射混凝土+鋼拱架體系，結(jié)構(gòu)斷面為馬蹄形，并采用臺(tái)階法施工，臺(tái)階長(zhǎng)度0.5m。

1.2 地質(zhì)情況

（1）根據(jù)勘探資料及試驗(yàn)結(jié)果，本工程土層分為人工堆積層、第四紀(jì)全新世沖洪積層、第四紀(jì)晚更新世沖洪積層、侏羅紀(jì)四大類。根據(jù)力學(xué)性質(zhì)和地層巖性又將其分為11個(gè)大層，其中占比較大的為含礫石的卵石⑤層、卵石⑦層。礫石成分主要為輝綠巖、花崗巖，隨機(jī)分布性強(qiáng)，最大粒徑約380mm。

（2）加固段覆土為砂卵石地層，結(jié)構(gòu)上方有2m~2.6m的卵石⑤層、卵石⑦層，3m~6m的③4中粗砂層，3m左右的雜填土。

1.3 水文情況

區(qū)間地層為黏性土與砂卵石互層，黏性土隔水層逐漸變厚。在深度45m范圍內(nèi)主要賦存三層地下水，該段區(qū)間地下水位于隧道仰拱以下約5m，區(qū)間開(kāi)挖過(guò)程中無(wú)地下水?，F(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)水文如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)水文照片

2 施工難點(diǎn)分析

砂卵石地層無(wú)膠結(jié)、結(jié)構(gòu)松散、顆粒空隙大、無(wú)黏聚力屬于力學(xué)不穩(wěn)定層，顆粒之間的傳力方式為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，圍巖體整體強(qiáng)度較低，但單個(gè)石塊強(qiáng)度高，在地層中起骨架作用，施工不利影響如下。

（1）隧道覆土為卵礫石，自穩(wěn)性差，開(kāi)挖過(guò)程中無(wú)法形成自然力拱，容易塌落。

（2）由于卵石粒徑較大，超前小導(dǎo)管成孔率低，注漿效果很差，而且在砂卵石地層中，注漿管成孔一般是在噴射混凝土之后才將超前小導(dǎo)管按一定角度打入地層中，此過(guò)程會(huì)對(duì)即將開(kāi)挖的地層圍巖進(jìn)行擾動(dòng)，破壞地層自身穩(wěn)定性。

（3）砂卵石限制導(dǎo)管搭設(shè)深度，導(dǎo)致注漿成拱困難，開(kāi)挖容易塌落砂石，很難保證土體穩(wěn)定。

（4）開(kāi)挖過(guò)程中的擾動(dòng)可能對(duì)區(qū)間沿線建筑物、構(gòu)筑物產(chǎn)生影響。由于隧道上方西關(guān)環(huán)島為主干道，故施工過(guò)程須嚴(yán)格控制拱頂沉降、地表沉降、橋樁下沉和傾斜。

3 針對(duì)難點(diǎn)采取相應(yīng)措施

綜上所述，在砂卵石地層中采取傳統(tǒng)超前注漿效果不佳，因此可以從兩方面來(lái)考慮對(duì)砂卵石地層進(jìn)行注漿加固，一是優(yōu)化調(diào)整超前小導(dǎo)管設(shè)計(jì)參數(shù)，二是采取深孔注漿。

3.1 優(yōu)化超前小導(dǎo)管設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）超前小導(dǎo)管直徑的選擇。由于地層卵石粒徑大且松散，部分卵石超過(guò)50cm，小導(dǎo)管成孔率低，且容易擾動(dòng)原狀土體致使地層更加不穩(wěn)定，故采用小直徑、短導(dǎo)管。本案例中小導(dǎo)管管徑為25mm，管長(zhǎng)為2.0m，環(huán)向間距為300mm。小導(dǎo)管采用逐榀打設(shè)，外插角及仰角打設(shè)角度為10°~15°。在小導(dǎo)管中間部位梅花形布置溢漿孔，孔間距15cm、孔徑Φ6~8mm，為防止漏漿，導(dǎo)管尾部0.5m范圍內(nèi)不設(shè)溢漿孔，為防止端部開(kāi)裂，在導(dǎo)管末端焊接φ6的環(huán)形箍筋。圖2為超前小導(dǎo)管加工示意圖。

圖2 超前小導(dǎo)管加工示意圖

（2）注漿材料和漿液配比。地層采用水泥-水玻璃雙液漿；注漿量計(jì)算如下式：

式中：

R——漿液擴(kuò)散半徑，m取0.3；

L——注漿管有效長(zhǎng)度，m；

α——地層孔隙率，取值參照現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、地質(zhì)勘探報(bào)告確定；

β——孔隙填充系數(shù)，取值參照現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、地質(zhì)勘探報(bào)告確定；

K——液消耗系數(shù)，一般可取1.35。

（3）注漿壓力取100kPa，終孔壓力取200kPa~300kPa，注漿壓力不大于300kPa。

3.2 深孔注漿措施

3.2.1 深孔注漿工藝原理

借鑒類似工程的成功經(jīng)驗(yàn)，選取二重管A、B（C）無(wú)收縮雙液WSS工法注漿加固。

（1）在不同的地質(zhì)情況下，二重管無(wú)收縮WSS工法注漿工藝均能將土體填充密實(shí)，改變?cè)馏w的密度、提高抗壓強(qiáng)度，從而改變其物理性質(zhì)。針對(duì)此工程案例，一個(gè)區(qū)域的注漿須連續(xù)不間斷進(jìn)行直至完成，從而達(dá)到最佳加固效果。

（2）一次注漿液（瞬結(jié)性）和二次注漿液（浸透性）的配合比，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地層試驗(yàn)確定，對(duì)各種地層均能起到加固及止水作用。

（3）二次注漿液（浸透性）具有低黏性、凝膠時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，可采取噴射方式至均勻土質(zhì)顆粒之間，從而減少了對(duì)周圍建、構(gòu)筑物的影響。

深孔注漿施工流程：測(cè)放孔位→鉆機(jī)就位→鉆孔→漿液配合比確定→注漿→回抽一節(jié)→地表沉降觀測(cè)→注漿結(jié)束→移至新孔位。

3.2.2 加固處理施工方案

（1）注漿加固范圍及布孔。對(duì)結(jié)構(gòu)線外2m范圍進(jìn)行加固，如圖3所示。

圖3 注漿加固范圍及孔位布置示意圖（單位：mm）

（2）深孔注漿加固地層。將區(qū)間每12m劃分一個(gè)區(qū)段，分區(qū)段逐一進(jìn)行深孔注漿加固。并采取注漿—開(kāi)挖—再注漿—再開(kāi)挖的施工方法，具體步驟如下：①采取深孔注漿對(duì)區(qū)間上臺(tái)階土體進(jìn)行加固，當(dāng)注漿深度達(dá)到該設(shè)計(jì)要求后方可停止；②待漿液強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后開(kāi)挖上臺(tái)階，并及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)，至注漿加固最深處2m停止開(kāi)挖。

3.2.3 鉆孔、注漿

（1）施作止?jié){墻。止?jié){墻采用掛網(wǎng)噴射混凝土形式，噴射前將導(dǎo)向管按照設(shè)計(jì)位置、角度進(jìn)行布設(shè)，待混凝土凝固后方可進(jìn)行注漿加固。

（2）安插導(dǎo)向管。導(dǎo)向管用鋼管，長(zhǎng)2m、直徑75mm、管壁厚3.5mm。其中一端伸入掌子面1.9m，另一端外露0.1m并套絲。

（3）鉆孔。將B型深孔鉆機(jī)插入導(dǎo)向管進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆孔直徑42mm。

（4）鉆孔施工時(shí)每鉆進(jìn)1m注漿加固一次（鉆孔深度可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆進(jìn)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整），鉆孔、注漿兩個(gè)施工工序循環(huán)往復(fù)至孔深加固達(dá)到設(shè)計(jì)值。

（5）注漿參數(shù)。注漿擴(kuò)散半徑為0.6m~0.8m；水泥漿水灰比為0.5~2.0，水波璃濃度為20~25波鎂度，水玻璃與水泥漿的體積比為1∶3；注漿壓力為0.3MPa~0.5MPa，注漿速率為60L/min~70L/min。安裝注漿泵站等設(shè)備。注漿前應(yīng)先檢查管路并進(jìn)行水壓試驗(yàn)，選取注漿終壓為試驗(yàn)壓力，試驗(yàn)前關(guān)閉閥門，如果發(fā)現(xiàn)存在泄漏情況應(yīng)及時(shí)修理，保證正式注漿的安全性和穩(wěn)定性。水壓試驗(yàn)合格后正式注漿。

（6）注漿漿液配置及注漿。首先將硫酸（濃度98%）進(jìn)行稀釋（稀釋倍數(shù)為15倍），然后按1∶1的體積比將水玻璃和稀釋好的硫酸進(jìn)行摻和，水灰比0.5∶1，一根注漿管壓入水泥漿，另一根注漿管壓入硫酸與水玻璃的混合液。根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況（砂及卵石層）調(diào)整好雙液漿的配比，以達(dá)到注漿壓力控制要求。漿液流量從中流量開(kāi)始逐步降低，注漿壓力從低壓開(kāi)始逐步升高直至注漿終壓，并保持壓注5min，注漿即可結(jié)束。注漿過(guò)程中采用注漿量值和注漿壓力值對(duì)注漿效果進(jìn)行“雙控”。當(dāng)注漿量較大、注漿壓力較小時(shí)可提高水泥漿液濃度，并持續(xù)加壓至設(shè)計(jì)要求值，實(shí)際注漿情況可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注漿效果進(jìn)行調(diào)節(jié)[2]。

（7）技術(shù)要點(diǎn)。①導(dǎo)向鋼管的位置及外插角度應(yīng)嚴(yán)格按要求布設(shè)，以保證鉆孔位置的準(zhǔn)確性；②注漿前在連續(xù)墻處噴漿50cm作為止?jié){墻封閉工作面以防漏漿；③為保證注漿效果，避免注漿穿孔，相鄰孔位注漿應(yīng)間隔進(jìn)行或跳孔施工。

4 結(jié)束語(yǔ)

淺埋暗挖法穿越砂卵石無(wú)水地層的關(guān)鍵是對(duì)地層的加固，本案例中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)的結(jié)果，實(shí)施超前注漿的同時(shí)采取優(yōu)化超前小導(dǎo)管參數(shù)和深孔注漿的方式，對(duì)砂卵石地層進(jìn)行加固，從而保證地面變形均能控制在合理范圍以內(nèi)，保證了地面橋梁和建筑物的穩(wěn)定性。應(yīng)該指出的是，砂卵石無(wú)水地層的注漿效果應(yīng)考慮以下因素，地質(zhì)水文、施工工法、施工參數(shù)控制、注漿材料及配比、布置注漿孔位、凝膠時(shí)間等?，F(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)需加強(qiáng)理論分析，同時(shí)提升現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和施工管理，嚴(yán)格把控施工中的各項(xiàng)主要參數(shù)，并依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)節(jié)。