浅谈地铁暗挖隧道拱顶砂层超前注浆加固施工技术

浅谈地铁暗挖隧道拱顶砂层超前注浆加固施工技术

彭敏

西安市政道桥建设集团有限公司

摘要：在地铁暗挖隧道施工过程中，经常会遇到砂层，特别是拱顶范围的无水中细砂层，若注浆达不到效果，开挖过程中，极易出现坍塌，尤其是城市轨道隧道复杂的周边环境，往往会带来不良的社会影响，现根据西安地铁五号线高新四路站~劳动南路站区间横通道拱顶砂层情况，通过对超前小导管注浆材料的合理选择及配合比试验，选用固砂效果较好的改性水玻璃浆液，取得了较好的效果。

关键词：隧道  砂层  超前小导管注浆  改性水玻璃

中图分类号：U231 文献标识码：A

一、工程概况

西安地铁五号线一期工程高新四路站-劳动南路站区间（暗挖段）地处皂河一级阶地，区间竖井横通道埋深范围内地层主要以黄土状土、古土壤、粉质粘土为主，在拱顶上部以薄层或窝状透镜体的形式赋存部分中细砂层。横通道结构底板埋深20.1m。地下水位位于拱顶7米以下。

横通道上导洞土方开挖过程中因施工扰动导致拱顶漏砂局部出现塌腔，经过现场勘查综合分析为以下两个原因；

（1）本工程初期支护超前注浆加固设计为超前小导管：∅42（L=3m）钢焊管（注水泥-水玻璃双浆液）。在横通道施工过程中发现，水泥水泥水玻璃双液浆颗粒大，在砂层中渗透性差，扩散半径小，固结砂层效果差。

（2）原设计超前小导管长度为3m，纵向间距1.5m，打设角度10°。现场实际情况是；钢格栅间距0.5m，在不影响下一榀钢格栅安装的情况下超前小导管打设角度为29°，小导管打设完毕后开挖的第二、三榀格栅顶距离导管最近距离为382、659mm，支护效果较差。导管较长打设对砂层扰动较大，易出现漏砂塌方现象。

外插角29°不影响下一榀施工

二、拱顶砂层地质中超前注浆加固施工方法

2.1超前小导管制作及打设

超前小导管采用∅42钢焊管，环向间距0.3，纵向间距由设计3榀调整为1榀，导管长度由3m调整为1.5m。

超前小导管构造图

超前小导管打设采用吹管吹孔（震动小，对拱顶砂层扰动小），开孔直径55mm，孔深≥1.5m，外插角29°。吹孔完成后采用风镐将小导管顶入，初支面外露100mm注浆口。打设完成后用棉纱将管口封堵然后进行网喷施工。下一榀开挖前对所有小导管进行注浆。

超前小导管注浆加固示意图

超前小导管注浆加固搭接示意图

2.2浆液配置

1）原设计注浆材料水泥水玻璃双液浆调整为改性水玻璃浆液（调整原因；水泥水玻璃浆液在砂层渗透性差，对砂层固结效果不好）。

2）将98%工业浓硫酸按照；V98%酸：V水=1：7（体积比）兑水稀释（硫酸贴桶壁缓慢倒入水中），稀释后浓度约13.3%；

3）将40Be水玻璃按照；V水：V原水玻璃=1.8：1（体积比）兑水稀释，稀释后约15Be；

4）将搅拌风管放入稀硫酸桶内进行搅拌，缓慢加入稀水玻璃浆液（倒入速度过快或搅拌不均容易提前凝固），配合比按照；V稀硫酸：V稀水玻璃=1：3（体积比）进行配置，当配比达到1：2左右时应进行目测试验，吧浆液淋到土地上会泛气泡，然后再一边加入水玻璃浆一边试验，直到吧浆液淋到土地上不泛气泡立即停止配浆。

5）浆液加固试验

a将配好的浆液倒入砂堆中自然渗透，大约10分钟后将倒入改性水玻璃的砂层挖开观察加固效果。

b、将超前小导管插入砂堆中，把配好的浆液倒入超前小导管中自然渗透，大约10分钟后将超前小导管拔出观察加固效果。

c、将配好的浆液倒入砂堆中自然渗透，大约10分钟后在加固体下方掏洞观察加固效果。

试验结论：

a、改性水玻璃在砂层地质中具有较好的渗透性及固结效果；

b、暴露在空气中的结块可保存时间大于10小时。

2.3超前注浆

1）注浆设备采用8mm厚DN300无缝钢管焊接而成，设置进风口（空压机打压）、出风搅拌口（搅拌浆液）、进料口、注浆口及压力表，各接口设置球阀控制开关，结构形式如下图；

改性水玻璃注浆机构造图

2）将注浆管与超前小导管对接好之后进行超前注浆，罐体压力控制在0.6-0.8MPa左右（打开开关注浆时压力会损失到0.5左右），当管口有浆液流出后关闭注浆口阀门稳压10秒后继续打开注浆，当浆液第二次从管口喷出时关闭注浆口阀门稳压10秒后停止注浆换下一根小导管完成剩余导管注浆。

超前小导管注浆示意图

三、注浆加固效果

通过对超前小导管的打设参数及注浆浆液调整，拱顶砂层漏砂及塌腔已得到了有效控制。

四、结论及建议

4.1结论：

在拱顶砂层地质中施工，减少震动对砂层的扰动、合理打设超前小导管、合理的浆液选择是保证拱顶砂层稳定的重要因素。

4.2建议：

1）隧道拱顶砂层小导管建议每榀打设，长度1.5m左右即可（开挖步距500）。

2）根据初支厚度、打设角度及外露长度调整益浆孔范围，预留300mm左右搭接长度，避免注浆过程中浆液从尾孔流出。

3）超前小导管采用高压风吹管吹孔后用风镐顶入以减少对砂层的扰动。

4）针对拱顶砂层建议采用改性水玻璃浆液进行注浆加固（改性水玻璃在砂层渗透性好、固砂效果良好）。

5）采用改性水玻璃超前加固后应在8小时以内完成拱顶格栅安装及喷混作业，尽早封闭成环，避免长时间放置导致浆液失效。

6）注浆过程中注浆机压力保持在0.5MPa左右，浆液注满后应停止注浆稳压10秒左右进行第二次重复注浆（以保证浆液达到最佳渗透半径），第二次注满之后稳压20秒左右停止注浆。