北京地铁暗挖隧道注浆止水和加固技术

北京地铁暗挖隧道注浆止水和加固技术

摘要:以北京地铁暗挖隧道施工为工程背景，结合当地地质条件，决定采取袖阀管深孔注浆和前进式注浆工艺相结合的施工方案对隧道周围土体进行加固，经数值分析可知加固效果较为显著，从而确保了隧道施工质量。

关键词: 暗挖隧道，注浆止水，加固技术，地质条件

1 工程概况

右安门外站—北京南站矿山法区间位于北京市的西南角，南三环与南二环之间，本区间自右安门外站沿凉水河北岸向东，穿越开阳里西巷、开阳里东巷、开阳路与北京南站预留工程对接。

2 地质条件分析

1) 拱部上方为圆砾、卵石层与粉土层界面，通过现场小导管打设观察到，拱顶距圆砾、卵石层厚10 cm ～20 cm，拱顶两临界面土层土体稳定性差，易形成坍塌。

2) 横通道开挖过程中揭露出: 圆砾、卵石层上层滞水水量较大，达到3．5 m3/ h。

3) 拱部粉土层土体太薄，薄的粉土层无法起到隔水和稳定作用，并且在打设超前注浆管时易出现打通粉土层，导致粉土层破碎、坍塌，进而造成上层圆砾、卵石层形成灾害性塌方。

4) 拱部上方为上层滞水界面，上层滞水丰富，上层滞水下渗，导致粉土层含水丰富，粉土层土体渗透性为中等，遇水极易软化、出现块状剥离性溃塌。

3 注浆加固工艺的确定

本注浆工程的要求是: 1) 止水，保证开挖时无渗水; 2) 加固，保证开挖时不出现塌方; 3) 工期紧，注浆时要求快速施工; 4) 注浆施工的造价适中。

目前在国内地下工程中，水平深孔注浆加固施工( 垂直注浆除外) 主要采用四种注浆工艺，分别是水平旋喷注浆、双重管注浆、水平袖阀管注浆和前进式注浆。经咨询各方及专家意见，选择水平袖阀管和前进式注浆工艺相结合的施工方案。

4 注浆设计

1) 注浆加固范围。根据工程经验类比，隧道施工时沿隧道开挖方向每加固12 m 时，开挖10 m，则为一个循环。注浆施工前掌子面需喷射10 cm ～15 cm 厚的混凝土封闭。

2) 袖阀管注浆孔位布孔方式采用圆弧形布孔法，在隧道上半断面分布，每一个循环按梅花形设置2 排，一共布置17 根管，钻孔外插角6°。终孔间距按60 cm 控制。

3) 注浆参数。注浆材料采用普通硅酸盐水泥浆，袖阀管的套壳料采用普通水泥与普通膨润土掺配，配合比为水泥∶膨润土∶水=1∶2∶3，浆液的水灰比为( 0．8 ～1．2) ∶1，其他参数见表1。

5 组合注浆施工工艺施作过程

本段注浆施工历时74 d 自2011 年8 月6 日开始，至2011年10 月20 日结束，共完成8 个循环81 m 的注浆施工任务，每循环开挖施工时间5 d，注浆施工时间5 d。具体施工工艺如下。

5．1 施作止浆墙

注浆施工前的止浆墙采用C30 混凝土喷射完成，厚度20 cm ～25 cm，待停留3 h 止浆墙上强度后，开始注浆施工。

5．2 前进式注浆施工

前进式注浆施工: 注浆孔采用ZDY-1500 钻机成孔，钻孔完毕后布设Ф108 mm 孔口管，孔口管长度82 cm，孔口管伸进土层内62 cm，外露20 cm，再进行前进式分段深孔注浆。

5．3 袖阀管注浆施工

采用前进式注浆施工将地层内的大量涌水控制后，再采用袖阀管注浆施工进行“精细”注浆，对前进式注浆的效果进行补充，达到组合注浆的设计效果。

袖阀管注浆工艺施工采取先注套壳料，再注水泥浆( 水灰比0．8∶1 ～1∶1) 。

6 数值分析

为了验证注浆加固效果，并预测加固后的地面沉降值和隧道拱顶及边墙的收敛情况，笔者对上述注浆加固施工进行了数值分析。

6．1 模型的建立

模型选取典型开挖断面作为研究对象，地表往下的地层依次为素填土、卵石层、砂层和基岩，隧道埋深12 m。为了消除边界的影响，模型边界取为隧道跨度的 3 倍，边界条件为底部Y 方向固定，左右边界X 方向固定，上部为自由面。对注浆效果的模拟则采取提高加固范围内土体的物理力学参数的方法，加固范围为拱顶120°内的区域。同时还在地表以及隧道拱顶和边墙位置分别设置了位移跟踪点，以便将记录的位移值和实际监测数据进行比对。

6．2 计算结果分析

图1，图2 分别是注浆加固前后塑性区的分布情况，从图1，图2 中可以看出，加固后不仅使隧道周围土体的受力状况得到改善，塑性区有所减小，更重要的是地表下方的塑性区范围也明显减小，从而对地表沉降起到了很好的控制作用，说明加固效果较为显著。

结果表明，加固前后的最大竖向位移均出现在地表，加固前的最大值为14 cm，加固后的最大值为8．4 cm，与加固前相比减小了约43%，拱顶的收敛值约减小了50%; 左侧边墙的收敛值由加固前的3．9 cm 减小为加固后的1．8 cm，减小幅度约为28%，右侧边墙的收敛值则由加固前的3．3 cm 减小为加固后的1．8 cm，减小幅度约为45%，显示注浆对洞内的收敛也起到了较好的控制作用。

图3，图4 分别为地面沉降实测值与模拟值以及拱顶收敛实测值与模拟值的对比结果。

从图3 可以看出，模拟值较实测值要大，沉降速率也略大于实测值，这可能与隧道上覆地层的物理力学参数的取值有关; 图4显示，拱顶收敛值与实测值非常接近，且收敛速率也极为近似，说明注浆加固效果与预期的基本吻合。

7 注浆效果评价与体会

1) 通过开挖掌子面显示，浆液扩散，封堵了水流通道，达到了止水的目的。开挖过程中拱部土层稳定，未出现塌方，堵水效果较好。

2) 数值模拟的结果较为客观的反映了注浆加固的实际效果，通过模拟值与实际监测值的对比分析发现，对地层进行注浆加固后，无论是地面沉降值还是洞内收敛值都有较为明显的下降，说明注浆加固的效果比较显著，对地层强度的提高贡献颇大。

3) 本注浆工程再次说明，在施工地下工程过程中，选择合理的注浆堵水工艺，能确保地下工程中施工的安全和质量。

4) 在8 个注浆循环的施工过程中，遇到部分循环地层变化较大，为了能使注浆达到预期的效果，现场采用了增加袖阀管注浆孔的数量、提高注浆压力、增加袖阀管注浆的往复次数等方法，确保了施工质量。

参考文献:

［1］刘百成．北京地铁十号线二重管无收缩双液注浆WSS 工法施工技术［J］．铁道建筑技术，2008( 3) :89-92．

［2］孔少波，王兴猛，张玉川．水平袖阀管深孔注浆在广州地铁的应用［J］．现代隧道技术，

2003( 4) :9-11．

［3］张民庆，彭峰．地下工程注浆技术［M］．北京: 地质出版社，2005．