地铁隧道超细水泥注浆加固地层施工工法

地铁隧道超细水泥注浆加固地层施工工法

中铁十九局集团第二工程有限公司杨勇

1、前言

随着经济的发展，城市交通拥挤问题已经成为大型城市发展的一个难题，发展地下交通运输已经成为大型城市交通发展的一个必然趋势。目前，北京、沈阳、上海、广州、南京等都有多条地铁在建设，天津、成都、西安等城市都在准备修建地铁交通。如何针对一些特殊地质状况应用新工艺、新方法解决此类难题，是我们面临的一个新课题。

在北京地铁十号线呼家楼站～工体北路站区间隧道施工中，由于地层残留水无法通过管井降水疏干，施工中带水作业，在区间隧道右线K19+325～K19+364里程，开挖面为粉土⑥2层，出现涌水、流泥、流砂，采用拱部超前小导管注浆加固止水效果不佳，不能解决地层坍塌难题，初支开挖无法通过。经研究采用全断面注超细水泥浆加固地层，解决了涌水、流泥、流砂难题，安全、顺利地通过了困难段，保证了施工工期。

2、工法特点

2.1、施工方法简单、实用，工人经简单培训后便可进行施工。

2.2、采用常规机具、设备，且基本与现场设备通用，在设备上不需重新投入。

2.3、施工工期短，不需占用大量工期时间。

2.4、施工方便，只需搭设一个简易平台，注浆、浆液拌和设备布置在隧道仰拱上即可。

2.5、环保可靠，对地下水和环境均不产生污染。

3、适用范围

适用于地下工程施工中，粉细砂及黏土属低渗透性地层的止水和加固。

4、工艺原理

利用ZM150型螺旋电钻在需加固地层水平方向钻设注浆孔，注浆孔孔的直径要小于小导管的直径，然后用风镐把小导管顶入注浆孔，小导管施工完成后，在注浆加固的掌子面施工10cm厚止浆墙，注超细水泥和水玻璃双液浆加固掌子面地层。

超细水泥注浆材料由极细的水泥颗粒组成。它的化学成分与性质和水泥类似，但其平均粒径仅4μm，最大粒径直径约为10μm，比表面积在8000cm2/g以上，这一性质使超细水泥浆液有很好的可注性。能注入渗透系数为10-3～10-4cm/s的细砂层。超细水泥与化学浆液的注入性相近似，而其结石强度高于化学注浆材料。

5、施工工艺

5.1、工艺流程

5.2、施工方法

5.2.1、小导管加工

小导管的制作加工按图5.2.1-1所示小导管结构要求进行，小导管的前端加工成圆锥形并予以封焊严实，管中线和锥体同中线，锥体长度为15cm，管身用台钻加工溢浆孔，孔径φ6mm，溢浆孔外用φ8mm钻杆扩孔，用铝片封孔，防止小导管打设时溢浆孔堵塞。

5.2.2、小导管施工

1）小导管管位布设：根据施工设计情况，开挖面两拱脚到拱肩位置小导管布设为间距30cm，长度6m，梅花型布置；拱脚下1.8m小导管布设为间距40cm，长度6m，梅花型布置。具体布设情况见图5.2.2-1。

2）煤电钻引孔：在粉土和粉质粘土中打设6m长的Φ32mm小导管很难施工，所以先用煤电钻钻取5.5m 深孔，孔径30mm为宜，引的孔比小导管短和小，便于小导管打入后和周围土体接触密实，注浆时防止浆液沿管流出，压破止浆墙。

3）安设小导管：安设小导管时应对准管孔的方向和角度，用风镐顶入，管尾端在同一剖面且外露30cm。

5.2.3、止浆墙施工

小导管施工完成后，用棉纱封堵好管口，挂网喷射10～15cm厚混凝土。

5.2.4、注浆

1、注浆参数的确定

1）注浆扩散半径：根据地层情况，现场试验实测浆液扩散半径为0.2～0.25m。

2）注浆量的计算：单根小导管浆液注入量Q L可按下式估算：

Q L=πR K2Lηαβ

式中 R K—浆液扩散半径；

L —小导管长度，4m、6m；

η—岩体孔隙率，可值0. 35～0. 5；

α—浆液有效填充率，约0.3～0.9；

β—浆液损耗系数，可值1.1～1.5。

6m单管注浆量Q L=3.14×0.22×6×0.5×0.8×1.2=0.36(m3)，4m单管注浆量

Q L=3.14×0.22×4×0.5×0.8×1.2=0.24(m3)。

3）注浆压力：在粉土和粉质粘土中注超细水泥，终压力控制在2MPa。

2、浆液配制

1）浆液配合比

超细水泥注浆采用超细水泥浆-水玻璃双液浆，浆液配比为：

超细水泥浆为超细水泥：水：缓凝剂（磷酸氢二钠）=1：1：0.02

水玻璃浆为30Be＇

双液浆为超细水泥浆：水玻璃=1：1

2）浆液配制

浆液配制时超细水泥浆采用搅浆机搅拌，搅浆机容桶容积为140L，施工时开动搅浆机，在容桶内放入100L水，倒入2Kg缓凝剂，匀速倒入100Kg超细水泥，搅拌均匀后放入储浆槽；水玻璃倒入注浆桶，稀释到30Be＇。

注浆时超细水泥浆和水玻璃浆1：1注入。

3）注浆次序

超细水泥注浆主要是加固开挖面土体为目的，布设小导管比较多，所以，注浆时各管之间要有相互的影响，受前期注浆孔的影响，后期注浆孔的注入浆液会随着浆液压力或其它因素而发生偏流，为了获得均匀

的流动，得到良好的注浆效果，具体注浆次序规定为，从外向里注，从下向上注，隔1注1施工。详见图5.2.4-1。

4）注浆

注浆使用活塞式双液注浆机（GZJB），注浆机最大压力为7MPa。施工时先把小导管连接好，注浆前先压水试验管路是否畅通，然后开动注浆泵，通过闸阀使超细水泥浆与水玻璃浆液在注浆管内混合，再注入小导管，压入地层，注浆工艺详见图5.2.4-2所示。

5.2.5、注浆效果检查

注浆效果检查采用开挖后根据开挖情况检查，浆液扩散范围内土体固结，开挖时不塌落，视注浆合格。

5.3、劳力组织

采用2班制，每班由15人组成，详见表5.3-1。

序号部门数量所需人数

1 管理人员4人

2 小导管打设班 2 班4人/班

3 注浆班2班6人/班

4 配合人员及喷射砼人员 6 人

合计30 人