砂卵石富水地层注浆加固技术

砂卵石富水地层注浆加固技术

1工程概况

1.1 概况北京地铁十号线一期工程苏州街站位于海淀南路与苏

州街

交叉路口，车站总长195m,总建筑面积12627.7m2。车站共设置了四个出入口和两座风道及风井。由于受周围环境的限制, 为减少对周边居民、商业经营活动及交通的影响, 车站施工采用矿山法全暗挖施作。其中主站体两端设计为双层双跨单柱拱形结构（标准断面见图1 所示）, 双层暗挖段共长166.0m, 开挖宽度22.5m, 开挖高度17.15m, 覆土厚6.0~7.0m, 局部仅有3.4~4.5m。

图1 车站双层暗挖结构标准断面图站位处路面下各类既有管线密集（对车站施工有影响的需保护的地下管线达20条之多, 且大多为雨污水管、自来水管、燃气管等对施工产生较大影响的管线）, 道路交通繁忙, 车站周边为高层商业区和住宅区。施工受周边环境影响较大。

1.2工程地质和水文地质条件车站通过主要地层从上至下分别为: 粉质粘土层、粉土层、圆砾卵石层、中粗砂层、粉细砂层、粉质粘土层、卵石圆砾层, 基底位于卵石圆砾层。其中细砂、中砂层地质特性为: 褐黄色, 密实,湿〜饱和，低压缩性，含有云母、圆砾，连续分布；卵石圆砾层特性为:密实度为密实〜中密，湿〜稍湿（局部饱和），低压缩性, 卵石部分D大=28cm,D长=32cm,D—般为6〜

8cm,亚圆形，级配较好，含中砂约25%〜30%,连续分布。

站体施工范围内存在上层滞水、潜水、承压水, 结构大部分位于潜水层, 结构底板位于承压水层, 三层水对站体地下施工均造成影响。

1.3施工方法为控制地面沉降变形和确保周边环境的安全稳定, 双层结构采用了对地层和周边环境影响均较小的“ PBA洞桩法进行全暗挖逆作施工。“ PBA洞桩法的原理就是将传统的地面框架结构施工方法和暗挖法进行有机结合, 即在地面上不具备施作基坑围护结构条件时, 改在地下提前暗挖好的导洞内施作围护边桩、中柱、底梁和顶梁、顶拱共同构成桩、梁、拱(PBA即为桩(Pile)、

梁(Beam)、拱(Arc)三个英文字母的简称)支撑框架体系，承受施工过程的外部荷载, 然后在顶拱和边桩的保护下, 逐层向下开挖土体, 施作内部结构, 最终形成由外层边桩及顶拱初期支护和内层二次衬砌组合而成的永久承载体系。

2砂卵石富水地层暗挖施工难点

在采用“ PBA洞桩法进行全暗挖逆作施工时，首先要在主站体内开挖6个小导洞, 小导洞位置和导洞所处地层如图2 所示。

砂卵石地层中进行导洞开挖存在以下施工难点:1) 结构所处位置地下水位高, 工程地质条件差, 上、下导洞拱部分别位于砂层和大粒径卵石层, 特别是上导洞拱部位于粉细砂层中, 自稳性极差,施工风险很大。2）因卵石层粒径较大,注管导管成孔较困难, 并且空隙较大注浆很难控制, 效果较差。因此卵石地层超前注浆加固

技术是施工中的一大重难点。3）由于本站地下管线密集, 需进行保护管线较多, 因此在进行暗挖作业时,需采取措施控制沉降变形, 保证结构以上地下管网的正常使用。

图2 导洞结构所处地层剖面示意图

3注浆设计暗挖隧道砂卵石富水地层采用超前小导管注浆进行加固。

3.1 注浆材料的选择和浆液配比

3.1.1 注浆导管的选择

由于卵石层松散且卵石粒径较大（少数超过30cm）, 小导管成孔困难且极易造成对地层的扰动而变得更加松散, 因此在此地层中注浆导管选用小直径的短导管。本工程采用了外径①32mm水煤气管作为超前小导管,壁厚3.25mm,管长L=2.0m。

3.1.2注浆材料及浆液配比小导管注浆材料及配合比根据地质不

同情况和要求进行配

置。本站施工中采用的注浆材料和浆液配比见表1 所示。

3.2注浆孔布置

注浆加固范围为开挖轮廓外300〜500mn地层，注浆管在砂卵

石层拱墙范围内全设。注浆孔环向间距0.3m, 纵向间距0.75m, 外插角10°〜15°。注浆导管布置示意（见图3所示）。

图3 注浆导管布置示意图

3.3注浆量和注浆压力

3.3.1 注浆量的计算

砂卵石地层注浆量可按下式计算

Q=K< aX px V

式中K:为损耗系数，一般可取K=1.35;

a : 为地层孔隙率, 取值可参照地质戡探报告或现场试验确定;

p : 为孔隙填充系数, 取值可参照地质戡探报告或现场试验确定;

V: 为被加固的土体体积。注浆加固的土体体积按下式确

定:V= n X D2X L/4,式中L为注浆段长度,D为注浆体的直径；根据上述公式, 本工程不同地层单孔注浆量见表2 所示。

3.3.2 注浆压力

注浆压力应根据地层致密程度决定，一般控制在0.5〜

1.0Mpa 范围内。太小不易扩散, 太大则顺着卵石间缝隙扩散很远浪费材料。

4注浆施工

4.1 注浆导管加工

注浆导管采用①32mn水煤气管制成，先将钢管截成2.0m长, 然后将一端做成尖锥形，另一端焊上①6mn钢筋制成的铁箍。在距离铁箍0.5〜1.0m处开始钻孔，钻孔沿管壁间隔150mm呈梅花型布设, 孔位互成90°, 孔径6〜8mm。

4.2 注浆作业

注浆采用KBY-50/70 型双液注浆泵进行施工。掌子面注浆采

取隔孔注入的方式,这样既避免注浆孔相互影响, 又使后注浆孔起到补充注浆的作用, 使浆液扩散均匀保证注浆效果。

为保证配制浆液胶凝时间为1~2min, 在现场进行材料配合比试验,确定最佳注浆参数。

小导管注浆采用“注浆一段,开挖一段,段段推进”的方式, 每架立一榀格栅打设一环, 纵向搭接1 米。为保证掌子面稳定, 防止浆液泄漏，注浆前应先对工作面喷5cm混凝土封闭。

为了满足注浆固结地层的目的, 注浆过程采用双向控制, 即达到设计注浆量后停注; 或虽未达到设计注浆量但已达到设计注浆压力, 也可根据具体情况停注。

4.3注意事项

1) 掌子面冒浆。在注浆过程中应认真观察掌子面的变化, 由于浆液的进入会引起地层变化, 在掌子面封闭强度低的地方, 可能会出现冒浆。因此需要对冒浆处加以堵塞, 必要时采取间歇注浆的办法, 以保证浆液有效地注入需固结的砂卵石地层。2) 注浆压力变化。注浆过程中, 压力应控制在一定范围之内, 达大或过小都不能满足施工需要。压力过低应检查有无漏浆之处, 压力过高应检查管路是否有堵塞之处。3) 注浆量调整。注浆量应根据地层情况, 通过现场试验不断调整, 以达到因结效果且经济合理。4) 胶凝时间控制。胶凝时间需要根据需加固地层的性质确定。地层含水量大时,浆液易被地下水稀释,影响固结效果, 需要缩短胶凝时间;含水量小时, 为了扩散一定范围,需要延长胶凝时间。胶凝时间由双液