注漿在地鐵礦山法隧道中的應用研究

　　研究目的:隨著我國城市軌道交通的快速發展,在城市地鐵中按噴錨構筑法原理進行設計和施工的淺埋暗挖礦山法隧道越來越多,本文旨在分析在礦山法隧道中各種輔助施工措施的特點、適用條件。

　　研究方法:通過對多個礦山法隧道的調查研究,對不同文地質條件、周邊環境下的注漿措施進行分析對比和總結。

　　研究結論:在城市地鐵中的礦山法隧道,需根據工程的周邊環境、隧道埋置深度、工程及水文地質條件、隧道斷面尺寸,結合隧道施工的基本工法,選擇合理的注漿參數,對地層及圍巖進行必要的加固和止水,不但可以避免較多的施工風險,節約工程投資,而且還可以減少對周邊環境的影響及破壞,滿足工期的要求。

　　隨著我國城市軌道交通的快速發展,采用礦山法施工的隧道越來越多。在人口密集、交通繁忙、建筑物集中的地段采用何種輔助施工措施,對降低工程造價、減少對周邊環境的影響至關重要。

　　1 地鐵礦山法隧道所處的環境及特點

　　礦山法施工的不少地鐵隧道,由于埋深淺,處于第四系各種土層、砂層或巖石全、強風化的軟弱圍巖中;一般地下水位較高,地下水豐富,且多位于繁華都市區,地面道路縱橫交錯,建筑物密集,地下管線眾多,地面沉降控制嚴格;因此,在礦山法隧道設計和施工中選擇合理的輔助施工措施,對圍巖進行加固和止水,以保證隧道的施工安全和減少對周邊環境的影響。在眾多輔助工程措施中,本文主要針對注漿措施的特點、適用條件及應用展開論述,為在礦山法隧道中采用注漿措施提供參考。

　　2 注漿

　　注漿是通過外界壓力將漿液壓入到土體中,經滲透及劈裂作用,使土體粒子間的水或空氣被強行排擠出加固范圍之外,并充填土粒之間的空洞、孔隙;利用膠凝材料將周圍的土粒膠接為一個整體;改善土體的物理力學性能,提高土體強度和地層的整體穩定性,降低地層的滲透性,堵斷地下水滲透的通路;從而保證隧道在開挖后地層的穩定,保證施工及周圍環境的安全。

　　2.1 注漿工藝

　　根據漿液與土體的相互作用方式,一般可分為滲透注漿、壓密注漿、劈裂注漿3大類,其特點如下:

　　2.1.1 滲透注漿

　　漿液將土中的自由水和氣體排擠出去,通過充填裂隙或空隙,膠結周圍土體,形成較密實的固化體,從而提高土層的抗壓強度和抗滲性。滲透注漿不會引起土體體積大的變化。當地層為砂層、卵石層、碎石土等第四系地層(滲透系數大于10-4cm/s)時,宜采用滲透注漿方式。

　　2.1.2 劈裂注

　　漿液在較高的壓力下,注入到孔隙率較小的地層中。漿液在高壓力作用下,沿地層的結構面產生劈裂流動,在地層中形成脈、網狀分布。不規則的脈、網狀固結物和由于漿液壓力而擠密的土體構成復合地層,從而具備一定的承載能力和止水能力。當地層為粘性土地層、埋深較大、滲透系數較小(小于10-5cm/s) 時,宜采用劈裂注漿方式。

　　2.1.3 壓密注漿

　　采用有一定稠度或速凝型的漿液,通過壓力對土體產生壓密效應,從而改善土體的物理力學性能,其固結體在土體中一般呈似球體或塊體狀分布。壓密注漿主要用于地基加固中,對于礦山法隧道中的注漿加固地層及止水,主要為滲透注漿和劈裂注漿2種方式。

　　在實際注漿中,漿液往往是以多種運動方式作用于土體的,僅以某種單一方式作用于土體的情況幾乎很少。因此,平常的設計和施工中,所謂的滲透注漿或劈裂注漿,是指注漿過程中,漿液以滲透形式為主,或以劈裂方式為主的注漿方式,往往會伴有其它方式的發生。

　　2.2 注漿工藝

　　根據注漿工藝的不同,可以分為花管注漿、套管注漿、埋管注漿等幾種形式。

　　2.2.1 花管注漿

　　注漿主要通過鉆機鉆孔后,插入注漿花管進行注漿,此種注漿是采用全孔一次性注漿方式,注漿孔孔徑一般為40~70mm,此種注漿主要用于注漿段不長的情況。

　　2.2.2 套管注漿

　　套管注漿也叫袖閥管注漿。當鉆孔到設計深度后,從鉆桿中灌入封閉泥漿,并在封閉泥漿中插入塑料單向袖閥管,在塑料管中插入雙向密閉注漿芯管再進行注漿。此種注漿是采用全孔分段注漿方式,分段長度一般為2~3m一段;注漿鉆孔孔徑一般為70~110mm,注漿袖閥管直徑一般為40~80mm。該工藝的特點是能很好地控制漿液的凝固時間和擴散范圍,對不同地層和地段,可采用不同的注漿壓力、注漿量及漿液類型。

　　2.2.3 埋管注漿

　　埋管注漿是通過埋設密封管和特制注漿芯管,將漿液注入地層,以達到加固地層的目的。此種注漿工藝主要用于跟蹤注漿技術,對于隧道中加固地層及止水則較少使用,而是主要用于隧道施工中引起周邊建(構)筑物的沉降后的補救措施。

　　2.3 漿液類型

　　主要采用的注漿材料為水泥漿或水泥-水玻璃漿液。純水泥漿的成本較低,流動性較好,結石強度較高,可灌性也較好,但析水率較大,穩定性較差,結石率較低,早期強度一般較低,凝結時間較長,一般需添加早強劑;水泥-水玻璃漿液除具有水泥漿的全部優點外,還兼有某些化學漿液的優良性能,凝結時間可以調節,能可較好地控制漿液的擴散半徑,結石強度較高。

　　一般當隧道在地下水位以下、地下水具有一定的流動性、地層的滲透系數和空隙率較小時可采用水泥-水玻璃漿液;根據地層情況,為了提高漿液的可灌性,也可以考慮采用超細水泥-水玻璃漿液;當位于地下水位以上,孔隙率較大時可采用水泥漿。

　　2.4 注漿壓力

　　注漿壓力是用漿液進入地層孔隙及裂隙的一種動力,根據不同的注漿類型、地質條件和周邊環境不同而不同。一般說來,注漿壓力一定要大于地層的水壓力、地層壓力等各種阻力值的總和。從漿液擴散效果方面考慮,注漿壓力大,擴散范圍越大,注漿孔可相應減少,注漿速度提高;但注漿壓力過大會造成竄漿,擴散至設計注漿范圍以外,既浪費材料,并且可能造成地面超標準的隆起,影響周邊建(構)筑物、地下管線的安全。

　　確定合適的注漿壓力,從理論上講是很困難的,因為影響的因素較多,如工程及水文地質條件、漿液類型、注漿工藝、埋置深度等。通常,注漿壓力設計根據經驗選取,并通過現場試驗確

定;其中,滲透注漿的終壓力一般應大于靜水壓力的2~3倍。

　　2.5 注漿孔的布置

　　布孔原則是使漿液擴散范圍相互重疊,避免出現“盲區”,造成隧道開挖時涌水或坍塌。漿液的擴散半徑一般隨滲透系數的增大而增大,由于地質條件的復雜多變,理論計算的半徑參數不易選準,又因有多種地層,各地層的參數各不相同,常常偏差較大,設計時可采用工程類比,并根據現場試驗選取合理的注漿擴散半徑。一般采用滲透注漿時,注漿孔間距為0.5~1.0m;劈裂注漿時,注漿孔間距為0.8~2.0m。2.6 注漿分類及應用

　　主要為洞內深孔注漿、洞內淺孔注漿、地面注漿等3種注漿類型。

　　2.6.1 洞內深孔注漿

　　主要用于地面無注漿條件的情況。每個注漿循環長度約20~40m,開挖一定距離,留約3.0~5.0m左右作為下一循環的止漿墻。注漿范圍一般為隧道開挖范圍外2.0~4.0m線范圍內土層和全、強風化巖層,加固體抗滲系數一般要求達到10-5cm/s,做到隧道在開挖過程中僅有極少量滲水,不能形成有危害性的滲流。

　　深圳地鐵一期工程的老大區間隧道,隧道所處地層主要為花崗巖的殘積層(礫質粘土層)。當2號豎井向兩端進行暗挖隧道施工中,豎井東端隧道拱部施工進至8m時,掌子面土石分界線位置出現涌泥、涌砂現象,施工受阻;2號豎井以西段拱部施工進至7m時,亦在掌子面土石分界線位置出現一直徑約20cm的孔洞,地下水攜帶粗砂急速涌出。經分析,由于地層含水量較高的,且水壓較大,超前小導管注漿效果差,地下水從支護缺陷處滲出,形成潛蝕,最后擴大涌出。從現場實際施工情況看,砂質粘土層及花崗巖全風化層透水性強,尤其是礫質粘土層性質變化大(可認為是“似土非土、似砂非砂、似石非石”,是一種特殊的不良地質),干燥狀態下穩定性好、硬度大,但在含水狀態下,施工開挖及支護擾動后迅速軟化成泥漿,且長時間不易失水干燥;同時由于地表水補給充足(緊鄰布吉河),地下水滲出量比預計的要大,采用單一的超前小導管注漿較難阻止地下水滲入坑道和保證掌子面的穩定。

　　為保證隧道施工安全,在豎井兩端各100m范圍內采用洞內深孔注漿加固地層及止水措施。加固范圍為隧道開挖輪廓線外3.0m線以內的土層和全風化層;漿液為水泥-水玻璃漿液;漿液擴散半徑為80cm,梅花型布置;注漿壓力為初壓0.3~0.4MPa,穩壓:1.2~1.5MPa;水灰比為1∶1,水玻璃濃度:30°Be＇,模數:2.6;注漿采用分段長套管護壁后退式注漿工藝(袖閥注漿),主要采用劈裂注漿方式。每個注漿段長35.0m,每兩個注漿段的搭接長度為4.0m;注漿順序為先隧道周邊后中間,隔孔交替注漿。

　　地層注漿后,漿液在土體中擴散呈樹枝狀分布,局部有10~20mm厚度的薄片狀漿液凝固分布在土體中,凡是空隙處與薄弱處都充滿了漿液的凝固體。由于較好地控制了注漿壓力,未對地表產生超標準的隆起。開挖過程掌子面基本無水,土層自穩能力較好,未發生任何的涌泥、涌砂現象和坍塌現象;施工進度加快,起到了預期的目的。

　　2.6.2 洞內淺孔注漿

　　當隧道局部或小范圍地層較差時,不需要大范圍采取加固地層和止水措施時,可以考慮洞內局部淺孔注漿加固和止水,而不采用洞內全斷面深孔注漿。

　　深圳地鐵一期工程的國老區間隧道,該段位于深南東路及百貨廣場房屋下方,為單洞雙層重疊隧道,隧道上半部為粉質粘土(花崗片麻巖的殘積層),隧道分4個臺階開挖。在施工過程中,作為相對隔水層的粉質粘土孔隙較多,遇水極易軟化,自穩能力極差,施工過程中不間斷有小股水流出;因開挖卸載,使圍巖產生松弛變形,增大了地層的透水性,因而在隧道拱腰及掌子面時常出現局部坍落,并伴有突水、突泥的現象。

　　為保證隧道開挖安全、減少安全隱患和控制地面沉降,在隧道開挖施工約15.0m后,決定對該段隧道洞內第一臺階采用洞內淺孔注漿加固地層及止水措施。加固范圍主要是針對掌子面內的地層;漿液為水泥-水玻璃漿液;漿液擴散半徑R=0.5~0.6m;注漿孔孔底間距為0.4~0.8m,梅花型布置,周邊孔密,中間孔稀;注漿壓力為初壓0.1MPa;穩壓:0.3MPa;注漿采用42鋼花管進行注漿。鋼花管長5.0m,每次注漿段長度5.0m,開挖4.0m;主要采用滲透注漿,局部加大壓力采用擠壓劈裂注漿方式。

　　地層在注漿后,開挖過程掌子面基本無水,土層自穩能力較好,未發生局部坍落及突水、突泥現象,保證了施工安全;施工進度加快,起到了預期的目的。

　　2.6.3 地面深孔注漿

　　地面注漿與洞內注漿相比,具有施工場地相對較開闊,施工條件較好,注漿施工質量能得到一定的保障。地面注漿加固地層可比洞內開挖先期進行,施工干擾較少,對施工工期較有利。但當地面建筑物密集、地下管線較多時,地面注漿較難實施;在城市中施工,有時還會產生一定的環境污染。

　　深圳地鐵一期工程的國老區間在SK1+600~SK1+645段為暗挖的單洞雙層隧道,此段隧道上部為素填土、粉質粘土、礫砂及凝灰巖的全、強風化層;同時整體處于F4壓扭性斷層中,其寬度約為40m,斷層帶巖性為斷層糜棱巖、斷層泥和斷層角礫,局部含大量斷層泥、構造角礫巖及構造透鏡體;地下水豐富,補給快,地質條件十分惡劣;該段上部的華中酒店基礎樁基須進行托換,華中酒店未托換的塔樓樁距隧道邊不足1m,附近深南路人行天橋為淺基礎,位于隧道頂部。為了防止隧道施工期間發生較大的地表沉降和周圍地下水流失對華中酒店和人行天橋產生危害,同時加強樁基基礎強度,對該區段采用地面注漿加固措施。注漿范圍為隧道中線兩側各8.5m,立面為隧底開挖線以下3.0m至地面以下3.0m線;漿液擴散半徑:R=120cm;注漿孔間距:150cm,梅花型布置;注漿壓力:初壓0.5MPa、穩壓:1.8~2.0MPa;漿液為超細水泥-水玻璃漿液,水灰比1∶1,水玻璃濃度:35°Be＇,模數:2.6;注漿方式:后退式分段注漿方式。

　　該段地層經注漿加固后的斷層破碎帶和砂層較好地膠接在一起。由于采用了超細水泥,漿液的可注性較好,較為均勻地分布在土層中,凡是空隙處與薄弱處都充滿了漿液的凝固體。地層強度明顯提高,地下水僅有極少量的滲水,隧道開挖施工非常安全、順利。

　　3 結論

　　城市地鐵礦山法隧道中采用注漿措施輔助施工,已經有多年的應用和發展,注漿措施能否起到預期的目的,與注漿設計的中根據隧道所處的周邊環境、工程及水文地質條件而選取的漿液類型、注漿工藝及參數等都有密切的關系,還與施工中的監測和不斷調整的注漿參數有密切關系。同時,正式注漿前一定要根據試驗選取并調整注漿參數,并加強注漿后的質量檢測,當檢測不合格時,應進行補注漿或采用其它措施補救,從而保證隧道順利施工及施工安全。

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篇2：住宅樓注漿鋼筋錨桿設計參數

　　住宅樓注漿鋼筋錨桿設計參數

　?、?、錨桿材料采用Φ22、25鋼筋。成孔直徑110㎜。土釘孔位和孔深允許偏差均為50㎜，土釘傾角15度，角度偏差小于2度。

　?、?、錨桿注漿采用水泥凈漿，水灰比為0.50，水泥漿應隨拌隨用。注漿體設計強度20MPa。為保證注漿效果，采用二次注漿工藝。其中，一次注漿控制標準為壓力達到0.5MPa或孔口溢漿，二次注漿控制標準為壓力不小于2.0MPa或兩次注漿量不小于60㎏/m。注漿體直徑不小于110㎜。

　?、?、上層錨桿支護達到設計強度后方可進行下一層土方開挖。

　?、?、注漿鋼筋土釘采用抗拉試驗檢測承載力。試驗數量不少于土釘總數的1%，且不少于3根。

篇3：地鐵工程注漿防水施工方法

　　地鐵工程注漿防水施工方法

　　初期支護及二次襯砌背后的壓漿封堵構成本區間防水注漿(不含施工階段預注漿和加固注漿)。

　　注漿材料為1:0.4~1:0.5普通水泥漿。在水泥漿中添加2~3%的MgO膨脹劑。

　　1) 初期支護及二次襯砌背后的壓漿

　　利用預埋注漿管(φ32鋼管，L=0.5m)壓注漿液，注漿壓力根據實際情況確定，但不小于0.2MPa，不大于1MPa。

　　2) 控制措施

　　注漿過程中，嚴格控制注漿壓力，防止出現結構變形、冒漿，危害地下構筑物及地面建筑物等異?，F象。當出現異?，F象時，采用以下措施：

　　降低注漿壓力或采取間隙注漿，直到停止注漿。

　?、谡{整注漿實施方案。

　　3) 注漿結束的條件

　　初期支護及二次襯砌背后的壓漿達到設計壓力后穩定10min。

　　4) 注漿效果檢查

　　注漿結束后對注漿效果進行檢查分析和判斷，采用徑向鉆孔、檢查注漿范圍、測試注漿加固體強度的方法。對于初期支護及二次襯砌背后的注漿，根據注漿記錄和繪制的P-Q-T曲線來判斷注漿效果(P--注漿壓力，T--注漿時間，Q-注漿量)。