地铁大断面隧道砂卵石地层深孔注浆施工技术

周利华

（中铁十八局集团轨道交通工程有限公司，北京

100044）

摘要：北京地铁昌平线08标段区间右线大断面隧道全长215.254m，为单拱大跨双线断面结构，开挖净跨11.4m。通过

多方案比选后确定采用WSS深孔注浆施工技术进行地层加固，取得了良好的效果，由此总结出一套大断面隧道在砂卵石地层中施工时的深孔注浆加固技术。

关键词：地铁施工；超前支护；深孔注浆；砂卵石地层中图分类号：U455.49

文献标志码：B

文章编号：1009-7767（2016）S1-0170-04

DeepGroutingConstructionTechnologyofSandyCobbleStratafor

LargeSectionMetroTunnel

ZhouLihua

1工程概况

北京地铁昌平线二期08标段盾构井（K5+657.500）

渗透扩散是指浆液在压力作用下，在不改变土体结构和颗粒排列的情况下，挤走颗粒间的游离水和空气，达到填充土体孔隙的目的，浆液凝结后，达到加固土体与堵水作用。通过增大注浆压力，浆液向地层孔隙的更远处渗透。劈裂扩散是当注浆压力超过劈裂压力时，土体产生水力劈裂，也就是土体内突然出现裂缝，于是地层吸浆量突然增加，浆液呈脉状进行渗透。劈裂扩散时，浆液在注浆压力作用下先后克服地层的切应力和抗拉强度，使其在垂直于最小主应力的平面上发生劈裂，浆液便沿此劈裂面深入和挤密土体，并在其中产生化学加固和形成作为骨架的浆脉。劈裂扩散通过形成网状劈裂脉，使土体的力学性质及透水性得以改善，从而达到注浆加固和堵水的目的。在以砂卵石和中粗砂为主的地层中，浆液的作用方式主要是渗透扩散和劈裂扩散。当大粒径卵石较多时，以渗透扩散为主；当卵石粒径较小、中粗砂含量较少时，以劈裂扩散为主。

—水库路站区间位于昌平区府学路主干路正下方，采用暗挖法施工，地表管网密集，周边建（构）筑物众多，交通繁忙。区间右线大断面隧道起止里程为K6+378—

K6+593.254，长215.254m。1.1工程地质情况

大断面隧道拱部主要位于砂卵石⑤层，局部位于粉质黏土层。卵石⑤层呈杂色，中密～密实，湿～饱和，最大粒径500mm，一般粒径30～50mm，粒径大于

20mm颗粒含量占60%左右，亚圆形，母岩成分主要

为石英砂岩、灰岩及安山岩，细中砂充填。

1.2水文地质情况

在勘察深度范围内，该段线路赋存4层地下水，分

别为上层滞水（一）、潜水（二）、承压水或层间潜水（三）和承压水（四）。开挖范围内主要涉及潜水和层间水。

根据现场实地踏勘结果，在拱部深孔注浆标高部位没有明流水，潜水（二）和层间水（三）对该工程深孔注浆没有实质性影响，但应注意排查雨污水管线有可能发生的滴冒跑漏现象及季节降水补给对深孔注浆的影响。

3注浆方案设计

合理的注浆设计能有效地减少钻孔数量，提高注

浆效果，方便现场施工。在布设注浆孔时，应注意遵守均匀布孔原则、梅花型布孔原则、两圈孔原则和方便施工原则。

2深孔注浆加固原理

注浆施工中，浆液在地层中的作用方式主要表现

3.1注浆段落长度

注浆施工中，应遵从“注浆一段，开挖一段，余留

为4种：渗透扩散、劈裂扩散、裂隙填充和挤压填充。一段，段段推进，稳扎稳打”的施工理念。因此，注浆加

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固完成后，为确保掌子面的稳定，以及方便下一循环的止浆，应余留一段作为下一循环注浆时的止浆墙，减少钻杆上挑角度，减少止浆墙与钻杆上方倒三角的注浆盲区，提高深孔注浆质量。该工程注浆段落长度取为8～

10m。开挖段落长度L开=（0.7～0.8）L注，为5.6～8m；余留段落长度L余=（0.2～0.3）L注，为1.6～3m，通常取2m。

开挖过程中，应随时观察掌子面情况，当发现局部注浆效果不好（掉块、浆液充填不均匀）时，应及时封闭掌子面，进行下一循环注浆。

3.2扩散半径

扩散半径R通常受注浆压力、地层渗透能力、注浆

时间以及浆液水灰比影响。现场施工时通常取经验值，中粗砂、砂卵石层取0.8～1.2m，该工程保守取值为

0.6～0.8m。3.3终孔间距

为尽量避免注浆盲区，多排（圈）孔的最佳搭接形式为等边三角形梅花型。终孔间距应满足：a≤姨3R，即小于1m。该工程取0.6～1m。

3.4总注浆量[1]

由于浆液的扩散半径与砂层孔隙很难精密确定，

参考本线其他标段隧道的工程地质、水文条件和注浆方案以及所选择的注浆材料，进行注浆量的估算。

注浆量的估算公式：

Q=Anα（1+β）。

式中：Q为总注浆量，m3；A为注浆范围体积，m3；n为孔隙率，%；α为浆液填充系数，取0.7～0.9；β为注浆材料

损耗系数。

设计中，nα（1+β）统称为填充率，填充率的取值情况如表1所示。

表1

填充率取值情况

地质条件

填充率/%

杂填土30～35粉质黏土、砂土20～25粉细砂、砂层40～45中砂、中粗砂、卵石层

50～60

该工程中，单孔单段注浆范围体积：A=πR2L注

=

3.14×0.6×0.6×10=11.304m3。单孔单段总注浆量：Q=11.304×50%=5.652m3。3.5注浆压力

在保证注浆质量的前提下，尽可能采用较大的注浆压力，从而扩大注浆孔布设间距，减少注浆孔数量，

施工技术篇ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ加快注浆速度，缩短注浆工期。但是注浆压力过高，会引起地层裂隙的扩大，岩层的位移和抬升，浆液也会扩散到不必要的注浆范围以外，造成注浆浪费，因此，在注浆施工中需要设置合理的注浆初始压力及注浆终止压力。根据不同的地质情况，经试验得出该标段的注浆压力：

1）在卵石含量为30%～40%、中粗砂含量为60%～70%的地层中，初始压力取0.3MPa，终止压力取0.8MPa；

2）在卵石含量为60%～70%、中粗砂含量为30%～40%的地层中，初始压力取0.3MPa，终止压力取0.5MPa。

3.6注浆速度

注浆速度影响着注浆压力和注浆量的匹配关系，若注浆速度过快，会因地层吸浆能力的影响而使注浆压力过高，这样当注浆量达到设计标准时，终压会远远高于设计值，易造成地表过大隆起；若注浆速度过慢，则很难保证工艺实施的连续性。在粉质黏性土层中注浆时，注浆速度宜取20～40L/min；在砂砾石层等孔隙较大的地层中注浆时，注浆速度宜取20～40L/min。

3.7大断面注浆布孔

根据该工程的地质情况，对盾构井（K5+657.500）

—水库路站区间大断面拱部土体的加固主要采用二重管AB、AC双液浆深孔注浆工艺，注浆孔沿断面拱部内轮廓线内环向布设，其中边导洞各5个孔、中导洞

9个孔。注浆孔打设外插角控制在5°～10°左右，加固范围为2.0m厚（初支内0.5m+其外1.5m），横向范围为120°，大断面加固长度为215.2m。大断面注浆加固示意图见图1。4深孔注浆施工4.1工艺流程[2]

深孔注浆工艺流程见图2。4.2

注浆质量控制措施

1）钻孔施工：开钻前，严格按照施工布置图，布好

孔位；钻机定位要准确，开钻前的钻头点位与布孔点的距离相差不得大于3cm，钻杆偏差度不得大于1°。

2）配料：采用准确的计量工具，严格按照设计配

方配料施工。

3）注浆：注浆一定要按程序施工，每段进浆要准

确，注浆压力严格控制在允许范围内，由专人操作；当压力突然上升或从孔壁溢浆时，应立即停止注浆；每段注浆量应严格按设计进行，跑浆时应采取措施确保注

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施工技术篇ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ图1大断面注浆加固示意图

注浆，以压注WSS无收缩AC浆液（水泥+水玻璃+填加剂）为主，对围岩进行霹雳压密，辅以溶液型AB浆对围岩土体进行渗透固结同时兼做护壁封孔；可均匀布孔，纵向钻孔，易控制。无收缩浆材属于安全性、高渗透性的喷浆材料，固结硬化时间可根据实际工程需要进行调整。注浆设备重量轻、体积小、便于运输安装，可2台设备在同一掌子面作业，设备造价低、国产化程度高。事实证明，二重管AB、AC双液浆深孔注浆工艺对砂卵石地层适应性较好。

5.2

图2

深孔注浆工艺流程

浆液配比控制

现场注浆过程中，根据实际地层砂卵石的含量，多

次调整了浆液的配比，结合浆液对地层的固结程度、开挖时的难易程度、地层开挖暴露后的自稳时间、浆液的注入率、扩散半径、钻孔的角度等多项因素，调整到适合该段地层的浆液配合比。

浆量满足设计要求。

4）注浆完成后，应采取措施保证不溢浆、跑浆。5）每道工序均要安排专人负责操作记录。

6）二重管无收缩双液浆质量标准如表2所示。

表2

二重管无收缩双液浆质量控制标准

内容孔位偏差/mm孔距偏差/mm钻杆垂直度/%注浆压力/%注浆量（暂定）/%提升幅度/mm

标准

1）当卵石含量为30%～40%，中粗砂含量为60%～70%时，注浆配比与注浆结石体强度如表3所示。

表3

不同注浆配比下注浆结石体强度

注浆结石体强度/MPa

±20±100＜1±55～8±5

配合比

AB∶AC=3∶7AB∶AC=4∶6AB∶AC=5∶5

2.03.55.5

由试验得出：卵石含量为30%～40%，中粗砂含量为60%～70%时，注浆配比选择AB∶AC=6∶4时注浆结石体强度效果最佳。

5深孔注浆应用分析

5.1地质条件适应性分析

该工程加固区域以卵石⑤层为主，二重管后退式

2）当卵石含量为60%～70%，中粗砂含量为30%～40%时，注浆配比与注浆结石体强度如表4所示。

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施工技术篇ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ表4不同注浆配比下注浆结石体强度

注浆结石体强度/MPa

二重管深孔注浆，有效地固结了砂卵石地层，确保土体在开挖过程中的稳定，减少了拱部坍塌，降低了施工风险，为后续类似工程积累了宝贵的数据和经验。

结合该标段砂卵石地层施工经验，对成孔工艺采取了如下的改进措施：

配合比

AB∶AC=3∶7AB∶AC=4∶6AB∶AC=5∶5

3.62.01.5

由试验得出：卵石含量为60%～70%，中粗砂含量为30%～40%时，注浆配比选择AB∶AC=3∶7时注浆结石体强度效果最佳。

1）钻进时及注浆过程中，添加适当AB液（水玻

璃+磷酸+外加剂），根据钻杆长度及土层情况，调整水玻璃、磷酸及外加剂的比例，从而控制凝结时间，防止钻杆抱死。

5.3实际注浆量控制

1）卵石含量在30%～40%、中粗砂含量在60%～70%的地层中，实际注浆量占总加固土体的33%左右，

效果最佳；

2）加大钻机功率，将7.5kW钻机换成11.5kW

钻机。

6监测数据分析

监测数据显示，地表沉降最大值为-33.77mm，洞

2）卵石含量在60%～70%、中粗砂含量在30%～40%的地层中，实际注浆量占总加固土体的38%左右，

效果最佳。

内拱顶下沉最大值为-9mm，初支净空收敛最大值为

-6mm，地表沉降多在12～25mm之间。从监测数据可

以看出，深孔注浆区域路面沉降和管线沉降累计量并未超过控制值，在合理沉降范围内，洞内初支变形也较为稳定。与未采用深孔注浆的开挖区域相比，注浆区域沉降、变形量变化较小，初支更为稳定。因此深孔注浆对路面沉降以及初支变形产生了一定的稳固作用，保证了施工安全。参考文献：

[1]仝敬坡.深孔注浆技术在地铁暗挖车站施工中的应用施工

技术[J].施工技术，2014（5）：190-193.

5.4注浆加固效果评价与检验

注浆加固效果宜结合注浆量和注浆压力综合评

定。检查方法有很多种，如分析法（P-Q-t曲线法、注浆量分布特征法、浆液填充率反算法等）、检查孔法（检查孔观察法、检查孔P-Q-t曲线法等）和开挖取样法等。首先在施工过程中应做好注浆过程记录，详细记录注浆量和注浆压力情况，并尽量使单孔注浆、全段注浆符合注浆结束标准；其次可利用公式Q=Anα（1+β）反算浆液填充率α，α应大于80%。

根据该工程的注浆记录情况，利用浆液填充率反算法验证注浆效果，α大于80%。工程实践证明，二重管无收缩WSS注浆工法在区间隧道标准断面和大断面开挖支护中所起的作用是明显的，开挖揭示拱部及掌子面地层加固效果良好。特别是在拱部地层自稳性差、卵石含量高、超前小导管打设困难地段，通过WSS

[2]林平，汪岩，刘铁柱，等.深孔注浆技术在砂卵石地层穿越环

岛桥中的应用[J].施工技术，2014（9）：61-63.

收稿日期：2016-03-18

作者简介：周利华，男，工程师，学士，主要从事地铁施工管理工作。

哈市地铁3号线一期工程铺轨预计8月实现“轨通”

自2016年1月份“哈市地铁3号线一期工程计划于今年12月31日通车试运营”的消息发布以来，哈尔滨的地铁建设再一次进入了市民的视线。目前，哈市地铁3号线一期工程铺轨工作已完成60%，预计8月份将实现“轨通”。

从施工现场了解到，地铁3号线一期工程的铺轨工作正在火热进行中，隧道区间已施工完毕，工程正式进入到了铺轨阶段。据了解，哈市地铁3号线一期工程铺轨总长度为11.6km，目前工作进度已完成60%。

哈市地铁3号线一期工程总工赵华云介绍了工程进展情况：“从3月初开始铺轨到现在，地铁左线轨道已施工到倒数第2个站点即哈西大街站，右线则距哈西大街站还有500m的距离，轨通时间初步预计在8月份左右。”车站方面，地铁3号线一期工程共设计了5座车站，初步定为汽车齿轮厂站、哈西客站站、学府四道街站、哈西大街站、医大二院站，目前各个车站正在进行房屋砌筑建设。

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