中鐵十九局集團第二工程有限公司 楊勇
1、前言
隨著經濟的發展，城市交通擁擠問題已經成為大型城市發展的一個難題，發展地下交通運輸已經成為大型城市交通發展的一個必然趨勢。目前，北京、沈陽、上海、廣州、南京等都有多條地鐵在建設，天津、成都、西安等城市都在準備修建地鐵交通。如何針對一些特殊地質狀況應用新工藝、新方法解決此類難題，是我們面臨的一個新課題。
在北京地鐵十號線呼家樓站～工體北路站區間隧道施工中，由于地層殘留水無法通過管井降水疏干，施工中帶水作業，在區間隧道右線K19+325～K19+364里程，開挖面為粉土⑥2層，出現涌水、流泥、流砂，采用拱部超前小導管注漿加固止水效果不佳，不能解決地層坍塌難題，初支開挖無法通過。經研究采用全斷面注超細水泥漿加固地層，解決了涌水、流泥、流砂難題，安全、順利地通過了困難段，保證了施工工期。
2、工法特點
2.1、施工方法簡單、實用，工人經簡單培訓后便可進行施工。
2.2、采用常規機具、設備，且基本與現場設備通用，在設備上不需重新投入。
2.3、施工工期短，不需占用大量工期時間。
2.4、施工方便，只需搭設一個簡易平臺，注漿、漿液拌和設備布置在隧道仰拱上即可。
2.5、環保可靠，對地下水和環境均不產生污染。
3、適用范圍
適用于地下工程施工中，粉細砂及黏土屬低滲透性地層的止水和加固。
4、工藝原理
利用ZM150型螺旋電鉆在需加固地層水平方向鉆設注漿孔，注漿孔孔的直徑要小于小導管的直徑，然后用風鎬把小導管頂入注漿孔，小導管施工完成后，在注漿加固的掌子面施工10cm厚止漿墻，注超細水泥和水玻璃雙液漿加固掌子面地層。
超細水泥注漿材料由極細的水泥顆粒組成。它的化學成分與性質和水泥類似，但其平均粒徑僅4μm，最大粒徑直徑約為10μm，比表面積在8000cm2/g以上，這一性質使超細水泥漿液有很好的可注性。能注入滲透系數為10-3～10-4cm/s的細砂層。超細水泥與化學漿液的注入性相近似，而其結石強度高于化學注漿材料。
5、施工工藝
5.1、工藝流程
5.2、施工方法
5.2.1、小導管加工
小導管的制作加工按圖5.2.1-1所示小導管結構要求進行，小導管的前端加工成圓錐形并予以封焊嚴實，管中線和錐體同中線，錐體長度為15cm，管身用臺鉆加工溢漿孔，孔徑φ6mm，溢漿孔外用φ8mm鉆桿擴孔，用鋁片封孔，防止小導管打設時溢漿孔堵塞。
5.2.2、小導管施工
1）小導管管位布設：根據施工設計情況，開挖面兩拱腳到拱肩位置小導管布設為間距30cm，長度6m，梅花型布置；拱腳下1.8m小導管布設為間距40cm，長度6m，梅花型布置。具體布設情況見圖5.2.2-1。
2）煤電鉆引孔：在粉土和粉質粘土中打設6m長的Φ32mm小導管很難施工，所以先用煤電鉆鉆取5.5m深孔，孔徑30mm為宜，引的孔比小導管短和小，便于小導管打入后和周圍土體接觸密實，注漿時防止漿液沿管流出，壓破止漿墻。
3）安設小導管：安設小導管時應對準管孔的方向和角度，用風鎬頂入，管尾端在同一剖面且外露30cm。
5.2.3、止漿墻施工
小導管施工完成后，用棉紗封堵好管口，掛網噴射10～15cm厚混凝土。
5.2.4、注漿
1、注漿參數的確定
1）注漿擴散半徑：根據地層情況，現場試驗實測漿液擴散半徑為0.2～0.25m。
2）注漿量的計算：單根小導管漿液注入量QL可按下式估算：
QL=πRK2Lηαβ
式中 RK—漿液擴散半徑；
L —小導管長度，4m、6m；
η—巖體孔隙率，可值0. 35～0. 5；
α—漿液有效填充率，約0.3～ 0.9；
β—漿液損耗系數，可值1.1～1.5。
6m單管注漿量QL=3.14×0.22×6×0.5×0.8×1.2=0.36(m3)，4m單管注漿量QL=3.14×0.22×4×0.5×0.8×1.2=0.24(m3)。
3）注漿壓力：在粉土和粉質粘土中注超細水泥，終壓力控制在2MPa。
2、漿液配制
1）漿液配合比
超細水泥注漿采用超細水泥漿-水玻璃雙液漿，漿液配比為：
超細水泥漿為超細水泥：水：緩凝劑（磷酸氫二鈉）=1：1：0.02
水玻璃漿為30Be＇
雙液漿為超細水泥漿：水玻璃=1：1
2）漿液配制
漿液配制時超細水泥漿采用攪漿機攪拌，攪漿機容桶容積為140L，施工時開動攪漿機，在容桶內放入100L水，倒入2Kg緩凝劑，勻速倒入100Kg超細水泥，攪拌均勻后放入儲漿槽；水玻璃倒入注漿桶，稀釋到30Be＇。
注漿時超細水泥漿和水玻璃漿1：1注入。
3）注漿次序
超細水泥注漿主要是加固開挖面土體為目的，布設小導管比較多，所以，注漿時各管之間要有相互的影響，受前期注漿孔的影響，后期注漿孔的注入漿液會隨著漿液壓力或其它因素而發生偏流，為了獲得均勻的流動，得到良好的注漿效果，具體注漿次序規定為，從外向里注，從下向上注，隔1注1施工。詳見圖5.2.4-1。
4）注漿
注漿使用活塞式雙液注漿機（GZJB），注漿機最大壓力為7MPa。施工時先把小導管連接好，注漿前先壓水試驗管路是否暢通，然后開動注漿泵，通過閘閥使超細水泥漿與水玻璃漿液在注漿管內混合，再注入小導管，壓入地層，注漿工藝詳見圖5.2.4-2所示。
5.2.5、注漿效果檢查
注漿效果檢查采用開挖后根據開挖情況檢查，漿液擴散范圍內土體固結，開挖時不塌落，視注漿合格。
5.3、勞力組織
采用2班制，每班由15人組成，詳見表5.3-1。
序 號 部 門 數 量 所 需 人 數
6、材料與設備（見表6-1、表6-2）
序號 | 材料名稱 | 規格 | 主要技術指標 |
1 | 水玻璃 | 30Be＇ | 模數2.6～2.8、比重1.42～1.45 |
2 | 超細水泥 | MC型 | 平均粒徑僅4μm、比表面積在8000cm2/g以上 |
3 | 鋼管 | Ф32mm | 國標 |
7.1、嚴格控制小導管的長度，溢漿孔布置要均勻，間距符合設計要求，前端錐體長度不小于15cm，且錐體中線與小導管中線在同一中線上。
7.2、引孔時嚴格按照設計鉆孔，長度不能超過小導管長度，孔徑不能大于Ф35mm，小導管打設時，管插入方向與成孔方向一致，管外露不小于30cm。
7.3、漿液調制采用計量準確的計量工具，嚴格按照設計配方配料。
7.4、應嚴格按照順序分布進行注漿施工，當壓力突然上升或從孔壁、地面溢漿時，應立即停止注漿。每段注漿量應嚴格設計進行，跑漿時，應采取措施確保注漿量滿足設計要求。
7.5、注漿完成后，應采用措施保證不溢漿、跑漿。
7.6、整個注漿施工應密切注意和防止地面出水溢漿、隆起等情況，加強對施工地段的沉降觀測。
8、安全措施
8.1、建立健全各種崗位責任制，嚴格執行現場交接制度。
8.2、注漿泵及高壓管路必須試驗運轉，確認機械性能和各種閥門管路，壓力表完好后，方準施工。
8.3、每次注漿前，要認真檢查安全閥、壓力表的靈敏度，并調整到規定注漿壓力位置。
8.4、安裝高壓管路和泵頭各部件時，各絲扣的連接必須擰緊，確保連接完好。
8.5、注漿過程中，禁止現場人員在注漿孔附近停留，防止閥門破裂傷人。
8.6、注漿時不得隨意停水停電，必要時要事先通知，待注漿完成并沖洗后才可停水停電。
8.7、注漿施工期間，必須有專業機電修理工，以便出現機械和電器故障時能及時處理。
8.8、注漿現場操作人員必須配帶安全帽、防護眼鏡、口罩和手套等勞保用品，方可進行注漿施工。
9、環保措施
9.1、制定環保措施內容，對施工工人進行交底。
9.2、施工前對各種機械設備進行檢查，防止因機械設備漏油而造成環境污染。
9.3、小導管加工時嚴格控制施工時間和控制施工噪音，防止擾民。
9.4、施工時的殘存漿液和溢出漿液要導入沉淀池，沉淀達到標準后進行分類處理。
10、效益分析
10.1、經濟效益
1）超細水泥與化學漿液的注入性相似，而其結石強度高于化學注漿材料，很好地解決了普通顆粒漿液難以注入地層的注漿加固的難題。每延米比采用化學注漿材料節省成本約2萬元。在工～呼區間隧道的應用是成功的，不但保證了隧道施工中的安全，還節約資金58萬元，產生直接經濟效益69.6萬元。
2）施工簡便快捷，普通注漿人員經培訓后就可施工，不需要找專業施工隊伍。
3）施工時間短，不占用大量工期，利于工程整體工期的保證。
10.2、環保、節能效益
超細水泥具有普通水泥的性質，但它的粒徑比普通水泥小的多，一般水泥的粒徑在44～100μm范圍內，這些顆粒通常是難以使水泥漿液注入滲透系數小于5×10-1cm/s的砂層或裂隙寬度小于0.2mm的巖土體中的。而超細水泥的粒徑在4～10μm，比表面積在8000cm2/g以上，這一性質使超細水泥漿液有很好的可注性，能注入滲透系數為10-3～10-4cm/s的細砂層。超細水泥與化學漿液的注入性相似，結石強度卻高于化學注漿材料，對地下水和環境均不產生污染。超細水泥漿液齡期3d的結石強度可達25.0MPa以上，91d齡期可達62.0MPa。
10.3、社會效益
本工法得到了地鐵十號線項目管理處、設計單位、監理單位的高度贊揚，提高了隧道施工的技術含量，為今后類似工程的施工積累了經驗。
11、工程實例
北京地鐵十號線呼家樓站～工體北路站區間隧道，主體右線初襯施工到K19+378里程，開挖斷面中部粉土⑥2層與粉質粘土交界層出現大量滲水，界面層出現流泥，到K19+366里程，上拱拱肩出現流泥，按原設計的超前小導管注漿地層加固方法無法保證施工安全，根據現場實際情況、地質情況和相關技術資料，決定右線北K19+325～K19+364段進行洞內超細水泥注漿加固地層。采用此技術后，很好地解決了涌水、流泥、流砂難題，獲得成功，使初期支護施工安全、順利地通過了困難段。
