1、深孔注漿技術在地鐵暗挖隧道施工的應用摘 要 城市地鐵暗挖隧道施工中所面臨的難題之一就是水的治理問題， 水不僅危及掌子面開挖作業(yè)的安全，同樣也威脅到地面建(構)筑物的安全。 面對富水砂層及軟弱破碎層，如何進行掌子面加固及止水是施工的關鍵。 深圳地鐵2 號線東延線 2222 標安-僑區(qū)間隧道工程中采用 TGRM 深孔注漿技術成功地完成了富水砂層段的施工以及近距離多次穿越重要管線及建(構)筑物的施工，充分表明在不良地質地段采用深孔超前預注漿加固掌子面及固結止水技術是行之有效的。 文章針對此工程實例，闡述了深孔注漿技術的機理和工藝特點，以及在城市暗挖地鐵隧道施工中的應用效果。關鍵詞TGRM 深孔注漿

2、暗挖隧道 工藝特點 施工方法1引 言 在城市地鐵暗挖隧道施工中水的治理一直貫穿始終，水不僅危及施工過程中人員、設備的安全，也影響后續(xù)隧道運營的質量， 同樣也影響周邊建（構）筑物的安全。 一般地鐵事故 70以上都和水有關，比如開挖過程中涌水、或是基礎泡軟拱頂沉降侵限、周邊建筑物沉降開裂、管線拉裂等等，都和水密切相關。 可以說水治理成功了，整個隧道的安全、質量就有保證了。 本文從安-僑暗挖區(qū)間隧道施工出發(fā)，詳細介紹了深孔注漿技術在進行超前預加固及超前止水中的成功應用。隧道施工中超前加固的方法很多，比如 TSS 管帷幕注漿、超前小導管注漿、大管棚，安僑區(qū)間原設計采用的是 TSS 管帷幕注漿超前加固技

3、術，每 6 m 施作一個循環(huán)，開挖 3.5 m，預留2.5 m 做為止?jié){墻。 但在施工中發(fā)現，TSS 管帷幕注漿技術由于注漿孔僅上半斷面就達到70 多孔，導致施工進度極其緩慢；并且由于注漿深度淺、注漿孔數多，壓力很難控制，施工精度難以保證。正是由于這么多的問題存在，導致前期砂層中超前加固不理想，并且造成了一些事故。后經過專家論證，對于安- 僑區(qū)間的富水礫砂層及填石層 ， 采取了TGRM 深孔注漿技術進行超前預加固，后續(xù)的施工效果證明了TGRM 深孔注漿技術在城市暗挖隧道中的重要價值。2工程概況2.1 工程地質 深圳軌道交通二期工程， 安托山站僑香站區(qū)間為暗挖區(qū)間，雙線全長 1 338 m。 整

4、個區(qū)間地質條件極其復雜： ZDK19+100275、YDK19+115285 段位于原河床底部，為上軟下硬地層，拱頂多穿越富水礫砂層及中砂層， 而下部為硬巖；ZDK19+520600、YDK19+530610 掌子面大部分為富水砂層，局部全斷面都為砂層， 并且區(qū)間多次近距離穿越重要建（構）筑物及重要管線。 中砂層、礫砂層主要為石英質，含大量粘粒，偶見卵石，飽和，稍密至中密，級配良好，分選性差，該層厚度為1.58.5 m。 在動水作用下極易軟化成流塑狀，易坍塌且沒有自穩(wěn)能力。2.2 水文地質 區(qū)間范圍地下水主要有第四系孔隙水、 基巖裂隙水。 第四系孔隙潛水主要賦存于沖洪積砂層及沿線砂（礫）質粘土

5、層中。地下水水位為 2130.5 m，以孔隙潛水為主，局部地段微承壓，主要由大氣降水補給，水量較豐富，水質易被污染。巖層裂隙水較發(fā)育，但廣泛分布在花崗巖的中強風化帶、構造節(jié)理裂隙密集帶中。富水性因基巖裂隙發(fā)育程度、貫通度、與地表水源的連通性而變化，主要由大氣降水、孔隙潛水補給，局部具有承壓性。2.3 工程重難點 （1）距離左線拱頂僅4 m 處有一 3 000 mm2 500 mm 的雨水箱涵，此箱涵平行于隧道走向。 由于箱涵年代比較久遠， 底部的砂墊層經過雨水的常年沖刷形成很多水囊、空洞；再就是此箱涵為北環(huán)大道主雨水箱涵，常年水量較多，成為隧道水源的一個天然補給地，給隧道施工構成了極大的威脅（

6、圖 1、圖2）。 （2）由于隧道周邊居民區(qū)密集，且多為高層建筑，不具備地面降水條件，所以施工中對于水的處理主要還是洞內引排及超前注漿止水。 （3）隧道斜穿越僑香路，以及 6 000 mm3 500mm 雨水箱涵 、500 次高壓燃氣管 。 特別是穿越500 次高壓燃氣管處，最大允許沉降不超過 1 cm。3 TGRM深孔注漿機理及工藝特點 TGRM 是該注漿工藝中采用的特殊注漿材料的名稱，該注漿材料是專為地下工程注漿施工而發(fā)明的。 TGRM 深孔注漿工藝由于其漿液的獨特性 ，特別適合城市隧道下穿道路、管線及既有構筑物的超前加固施工。由于隧道開挖時對道路和管線（給水管和燃氣管） 下沉控制的嚴格要求

7、 ， 注漿材料采用TGRM 水泥基特種灌漿料， 因為該漿液具有以下特點，能有效地控制地表的下沉。 （1）耐久性：該注漿材料主要成分為無機的硫鋁酸巖水泥，外加多種特種外加劑組成，為永久性注漿加固漿液，可滿足工程 10 年的使用壽命要求。能有效地控制地表在隧道開挖過后的繼續(xù)下沉問題。 （2）早強性：該種漿液在水灰比11 的使用條件下，漿液2 h 的強度可達到 2 MPa，24 h 的強度可達到10 MPa 以上，使隧道被注漿加固后，幾乎不需要時間等待漿液的強度即可實現開挖施工，有效地提高到了施工效率。 （3）微膨脹性：與普通水泥漿液凝結固化體積收縮相比，該種漿液在注入地層固化的過程中漿塊具有12的

8、膨脹率，能有效地填補隧道在開挖過程中對土體的擾動而引起的地表下沉。 （4）抗分散性：漿材在生產過程中被加入了適當的絮凝劑，使?jié){液具有一定的抗分散性，該性能的特點是能有效地防止地下水流對漿液的沖散， 控制注漿范圍、節(jié)省注漿材料，對地下水位較高和水流較強的地層具有較好的適用性。 （5）與其他漿液的對比：TGRM 漿液同時具有耐久性和早強性的特點， 解決了雙重管使用的雙液漿（WSS 和 CS 漿）性能不耐久（僅 37 d）和漿塊強度過低的缺點， 進而也解決了使用雙液漿加固的隧道開挖通過后地表持續(xù)下沉的問題 （隨著雙液漿強度喪失，漿液從隧道周圍土層滲出，地表持續(xù)下沉，時間長達34 個月，累計下沉量很大

9、）。 （6）與其他漿液的對比：TGRM 漿液微膨脹性和抗分散性的特點， 解決了普通水泥漿在固化時漿塊收縮進而引起地表下沉和地下水位偏高時漿液擴散無法有效控制的問題，同時也克服了水泥漿固化時間較長、注漿后需等待時間開挖，以及浪費功效等問題。4深孔注漿施工 搞好注漿工作應從四個方面入手：（1）做好注漿前技術準備；（2）一個好的注漿設計；（3）合理運用注漿技術的三個核心（材料、設備、工藝）；（4）對注漿效果的準確評定。4.1 注漿前的技術準備4.1.1 熟悉工程對象特征 （1）工程地質特征：影響材料和工藝。 （2）水文地質特征：影響材料、設備和工藝。 （3）周邊環(huán)境特點：影響材料和工藝。 （4）造價

10、和工期要求：影響設備和勞動力組織。4.1.2 漿液注入地層的方式 （1）滲透擴散：中粗砂層采用超細水泥-水玻璃雙液漿注漿固結。 （2）劈裂擴散：動水粉細砂層溶洞采用六種共混材料注漿固結。 （3）裂隙填充：斷層破碎帶采用普通水泥-水玻璃雙液漿注漿加固。 （4）擠壓填充：粉細砂層中局部空洞采用普通水泥單液漿擠壓填充。4.2 注漿設計4.2.1 深孔注漿參數 （1）漿液凝膠時間： 雙液漿凝膠時間 30 sec3 min，單液漿不宜超過 8 h。 （2）單孔單段注漿量：根據公式計算。 （3）注漿分段長度：前進式分段注漿不大于 5 m。 （4）注漿終壓：水壓 0.20.4 MPa。 （5）注漿速度：砂層

11、、粉質粘性土 2040 L/min，砂礫石4060 L/min，斷層破碎帶 60120 L/min。 注漿參數主要根據地層實際情況進行試驗確認，并在現場施工中不斷完善調整，注漿過程中結合注漿壓力變化情況，現場動態(tài)調整優(yōu)化注漿參數。 本次結合砂層和粉質粘土特性，設定注漿參數見表1。4.2.2 深孔注漿工藝 TGRM 前進式分段深孔注漿工藝具體過程是：首先采用水平地質鉆機成孔，開孔后安裝孔口管，在孔口管內分段向前鉆注施工。 每一循環(huán)進尺控制在23 m，成孔后退出鉆桿，安裝法蘭盤及注漿管進行注漿，待漿液凝固后拆除法蘭盤，再進行鉆孔如此循環(huán)，直到鉆進深度達到設計要求（圖3）。4.2.3 注漿設備 施工

12、機械：根據施工要求及現場施工條件限制，使用能夠傾斜和偏移角度的ZDK-5 水平工程地質分體式液壓鉆機（表2）。4.3 施工方法及工藝要求4.3.1 注漿范圍的確定 TGRM 前進式深孔注漿每循環(huán)施做長度為 12m，開挖 10 m，留 2 m 作為下一循環(huán)施工的止?jié){巖盤。 注漿施工前掌子面需噴射 30 cm 的網噴混凝土封閉。4.3.2 鉆孔、注漿施工 鉆孔施工前必須封閉掌子面，施作止?jié){墻，以防止在注漿時漏漿。鉆孔在掌子面范圍內進行布設，根據漿液擴散范圍確定其角度及長度。 （1）定孔位：按照圖紙要求，在掌子面標示出孔口位置。鉆孔角度根據現場具體情況調整；孔位偏差不得大于20 mm，鉆孔角度偏差不

13、得大于 1。 在鑿孔定點上， 施工人員要嚴格按照輻射角度要求進行鉆孔注漿；鉆孔深度和角度根據技術交底現場確定。 （2）鉆機就位：參照設計圖紙要求，嚴格掌握鉆桿深度，要慢速運轉；掌握地層對鉆機的影響情況，以確定該地層條件下的鉆進參數； 密切觀察溢水出水情況，出現大量溢水時應立即停鉆，分析清楚實際原因后方可繼續(xù)施工。 （3）提升鉆桿：嚴格控制提升速度，每次回退出長度不大于20 cm，勻速上升。 回退出孔的鉆桿應及時清洗，以備后用。 （4）漿液配比：采用計量準確的計量工具，按照設計配方配料。 （5）注漿：根據要求，嚴格控制每孔注漿量、提升速度、注漿壓力，將壓力控制在0.150.75 MPa 之間（可

14、以根據現場情況進行調整）。注漿時還應密切關注漿液流量，當壓力突然上升、下降、漿液溢出時應立即停止注漿，必須查明異常原因，采取必要的措施（調節(jié)注漿參數、移位、打斜孔等方式）后方可繼續(xù)注漿。4.4 深孔注漿效果的檢驗 深孔注漿完成后，在隧道正式開挖前，需進行鉆芯取樣測定抗壓強度，加固后的土體強度需達到 1.5MPa 以上；如未達要求，需補充注漿。 圖 4 為注漿加固后的掌子面情況，通過注漿后的情況可以看到，掌子面不僅沒有出現滲漏水情況，土體的強度也大大增加，必須采用風鎬進行破除開挖。 安- 僑區(qū)間通過 TGRM 注漿順利通過了填石層、富水砂層，并且通過全斷面 TGRM 深孔注漿也順利穿越了次高壓燃

15、氣管、水塔等重要建（構）筑物，做到了沒有出現一例透水、坍塌事故，同時也大大縮短了工期，為整個工程創(chuàng)下了良好的經濟效益和社會效益。5總 結 通過TGRM 前進式深孔注漿工藝在本隧道的施工實踐， 較好地解決了城市淺埋暗挖隧道安全施工問題。 安-僑區(qū)間通過采用 TGRM 深孔注漿，不僅施工進度大大提高， 而且從來沒有出現一次涌水塌方事故，并順利通過了次高壓燃氣管，周邊建（構）筑物沉降也在設計允許范圍之內。 TGRM 因其漿液所具有的特點， 可以較好地解決隧道開挖通過后地表持續(xù)下沉、 注漿液體固化收縮引起的沉降、地下水位偏高時漿液無法擴散等問題；同時注漿后無需等強即可開挖作業(yè)，加快了施工進度。與明挖法

16、、凍結法相比，在飽和動態(tài)含水砂層中采取洞內TGRM 漿液注漿法施工，可以減少對環(huán)境的污染，同時可降低施工成本。參考文獻References1 中鐵隧道勘測設計院有限公司. 深圳地鐵 2 號線安托山站僑香站區(qū)間施工設計R. 2008 China Railway Tunnel Survey & Design Institute Co., Ltd. Construction Design Documents of Running Tunnel Section from Antuoshan Station to Qiaoxiang Station on No. 2 Line of Shenzhen M

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