深孔注浆技术在地铁暗挖隧道施工的应用

深孔注浆技术在地铁暗挖隧道施工的应用

摘 要 城市地铁暗挖隧道施工中所面临的难题之一就是水的治理问题， 水不仅危及掌子面开挖作业的安全，同样也威胁到地面建(构)筑物的安全。 面对富水砂层及软弱破碎层，如何进行掌子面加固及止水是施工的关键。 深圳地铁2 号线东延线 2222 标安-侨区间隧道工程中采用 TGRM 深孔注浆技术成功地完成了富水砂层段的施工以及近距离多次穿越重要管线及建(构)筑物的施工，充分表明在不良地质地段采用深孔超前预注浆加固掌子面及固结止水技术是行之有效的。 文章针对此工程实例，阐述了深孔注浆技术的机理和工艺特点，以及在城市暗挖地铁隧道施工中的应用效果。

关键词TGRM 深孔注浆 暗挖隧道 工艺特点 施工方法

1引 言

在城市地铁暗挖隧道施工中水的治理一直贯穿始终，水不仅危及施工过程中人员、设备的安全，也影响后续隧道运营的质量， 同样也影响周边建（构）筑物的安全。 一般地铁事故 70％以上都和水有关，比如开挖过程中涌水、或是基础泡软拱顶沉降侵限、周边建筑物沉降开裂、管线拉裂等等，都和水密切相关。 可以说水治理成功了，整个隧道的安全、质量就有保证了。 本文从安-侨暗挖区间隧道施工出发，详细介绍了深孔注浆技术在进行超前预加固及超前止水中的成功应用。隧道施工中超前加固的方法很多，比如 TSS 管帷幕注浆、超前小导管注浆、大管棚，安侨区间原设计采用的是 TSS 管帷幕注浆超前加固技术，每 6 m 施作一个循环，开挖 3.5 m，预留2.5 m 做为止浆墙。 但在施工中发现，TSS 管帷幕注浆技术由于注浆孔仅上半断面就达到70 多孔，导致施工进度极其缓慢；并且由于注浆深度浅、注浆孔数多，压力很难控制，施工精度难以保证。正是由于这么多的问题存在，导致前期砂层中超前加固不理想，并且造成了一些事故。后经过专家论

证，对于安- 侨区间的富水砾砂层及填石层 ， 采取了TGRM 深孔注浆技术进行超前预加固，后续的施工效果证明了TGRM 深孔注浆技术在城市暗挖隧道中的重要价值。

2工程概况

2.1 工程地质

深圳轨道交通二期工程， 安托山站—侨香站区间为暗挖区间，双线全长 1 338 m。 整个区间地质条件极其复杂： ZDK19+100～275、YDK19+115～285 段位于原河床底部，为上软下硬地层，拱顶多穿越富水砾砂层及中砂层， 而下部为硬岩；ZDK19+520～600、YDK19+530～610 掌子面大部分为富水砂层，局部全断面都为砂层， 并且区间多次近距离穿越重要建（构）筑物及重要管线。

中砂层、砾砂层主要为石英质，含大量粘粒，偶见卵石，饱和，稍密至中密，级配良好，分选性差，该层厚度为1.5～8.5 m。 在动水作用下极易软化成流塑状，易坍塌且没有自稳能力。

2.2 水文地质

区间范围地下水主要有第四系孔隙水、 基岩裂隙水。

第四系孔隙潜水主要赋存于冲洪积砂层及沿线砂（砾）质粘土层中。地下水水位为 21～30.5 m，以孔隙潜水为主，局部地段微承压，主要由大气降水补给，水量较丰富，水质易被污染。岩层裂隙水较发育，但广泛分布在花岗岩的中—强风化带、构造节理裂隙密集带中。富水性因基岩裂隙发育程度、贯通度、与地表水源的连通性而变化，主要由大气

降水、孔隙潜水补给，局部具有承压性。

2.3 工程重难点

（1）距离左线拱顶仅4 m 处有一 3 000 mm×2 500 mm 的雨水箱涵，此箱涵平行于隧道走向。 由于箱涵年代比较久远， 底部的砂垫层经过雨水的常年冲刷形成很多水囊、空洞；再就是此箱涵为北环大道主雨水箱涵，常年水量较多，成为隧道水源的一个天然补给地，给隧道施工构成了极大的威胁（图 1、图2）。

（2）由于隧道周边居民区密集，且多为高层建筑，不具备地面降水条件，所以施工

中对于水的处理主要还是洞内引排及超前注浆止水。

（3）隧道斜穿越侨香路，以及 6 000 mm×3 500mm 雨水箱涵 、φ500 次高压燃气管 。 特别是穿越φ500 次高压燃气管处，最大允许沉降不超过 1 cm。

3 TGRM深孔注浆机理及工艺特点

TGRM 是该注浆工艺中采用的特殊注浆材料的名称，该注浆材料是专为地下工程注浆施工而发明的。

TGRM 深孔注浆工艺由于其浆液的独特性 ，特别适合城市隧道下穿道路、管线及既有构筑物的超前加固施工。由于隧道开挖时对道路和管线（给水管和燃气管） 下沉控制的严格要求 ， 注浆材料采用TGRM 水泥基特种灌浆料， 因为该浆液具有以下特点，能有效地控制地表的下沉。

（1）耐久性：该注浆材料主要成分为无机的硫铝酸岩水泥，外加多种特种外加剂组成，为永久性注浆加固浆液，可满足工程 10 年的使用寿命要求。能有效地控制地表在隧道开挖过后的继续下沉问题。

（2）早强性：该种浆液在水灰比1∶1 的使用条件下，浆液2 h 的强度可达到 2 MPa，24 h 的强度可达到10 MPa 以上，使隧道被注浆加固后，几乎不需要时间等待浆液的强度即可实现开挖施工，有效地提高到了施工效率。

（3）微膨胀性：与普通水泥浆液凝结固化体积收缩相比，该种浆液在注入地层固化的过程中浆块具有1％～2％的膨胀率，能有效地填补隧道在开挖过程中对土体的扰动而引

起的地表下沉。

（4）抗分散性：浆材在生产过程中被加入了适当的絮凝剂，使浆液具有一定的抗分散性，该性能的特点是能有效地防止地下水流对浆液的冲散， 控制注浆范围、节省注浆材料，对地下水位较高和水流较强的地层具有较好的适用性。

（5）与其他浆液的对比：TGRM 浆液同时具有耐久性和早强性的特点， 解决了双重管使用的双液浆（WSS 和 CS 浆）性能不耐久（仅 3～7 d）和浆块强度过低的缺点， 进而也解决了使用双液浆加固的隧道开挖通过后地表持续下沉的问题 （随着双液浆强度丧失，浆液从隧道周围土层渗出，地表持续下沉，时间长达3～4 个月，累计下沉量很大）。

（6）与其他浆液的对比：TGRM 浆液微膨胀性和抗分散性的特点， 解决了普通水泥浆在固化时浆块收缩进而引起地表下沉和地下水位偏高时浆液扩散无法有效控制的问题，同时也克服了水泥浆固化时间较长、注浆后需等待时间开挖，以及浪费功效等问题。

4深孔注浆施工

搞好注浆工作应从四个方面入手：（1）做好注浆前技术准备；（2）一个好的注浆设计；（3）合理运用注浆技术的三个核心（材料、设备、工艺）；（4）对注浆效果的准确评定。

4.1 注浆前的技术准备

4.1.1 熟悉工程对象特征

（1）工程地质特征：影响材料和工艺。

（2）水文地质特征：影响材料、设备和工艺。

（3）周边环境特点：影响材料和工艺。

（4）造价和工期要求：影响设备和劳动力组织。

4.1.2 浆液注入地层的方式

（1）渗透扩散：中粗砂层采用超细水泥-水玻璃双液浆注浆固结。

（2）劈裂扩散：动水粉细砂层溶洞采用六种共混材料注浆固结。

（3）裂隙填充：断层破碎带采用普通水泥-水玻璃双液浆注浆加固。

（4）挤压填充：粉细砂层中局部空洞采用普通水泥单液浆挤压填充。

4.2 注浆设计

4.2.1 深孔注浆参数

（1）浆液凝胶时间： 双液浆凝胶时间 30 sec～3 min，单液浆不宜超过 8 h。

（2）单孔单段注浆量：根据公式计算。

（3）注浆分段长度：前进式分段注浆不大于 5 m。

（4）注浆终压：水压 0.2～0.4 MPa。

（5）注浆速度：砂层、粉质粘性土 20～40 L/min，砂砾石40～60 L/min，断层破碎带 60～120 L/min。

注浆参数主要根据地层实际情况进行试验确认，并在现场施工中不断完善调整，注浆过程中结合注浆压力变化情况，现场动态调整优化注浆参数。 本次结合砂层和粉质粘土特性，设定注浆参数见表1。

4.2.2 深孔注浆工艺

TGRM 前进式分段深孔注浆工艺具体过程是：首先采用水平地质钻机成孔，开孔后安装孔口管，在孔口管内分段向前钻注施工。 每一循环进尺控制在2~3 m，成孔后退出钻杆，安装法兰盘及注浆管进行注浆，待浆液凝固后拆除法兰盘，再进行钻孔……如此循环，直到钻进深度达到设计要求（图3）。

4.2.3 注浆设备

施工机械：根据施工要求及现场施工条件限制，使用能够倾斜和偏移角度的ZDK-5 水平工程地质分体式液压钻机（表2）。

4.3 施工方法及工艺要求

4.3.1 注浆范围的确定

TGRM 前进式深孔注浆每循环施做长度为 12m，开挖 10 m，留 2 m 作为下一循

环施工的止浆岩盘。 注浆施工前掌子面需喷射 30 cm 的网喷混凝土封闭。

4.3.2 钻孔、注浆施工

钻孔施工前必须封闭掌子面，施作止浆墙，以防止在注浆时漏浆。钻孔在掌子面范围内进行布设，根据浆液扩散范围确定其角度及长度。

（1）定孔位：按照图纸要求，在掌子面标示出孔口位置。钻孔角度根据现场具体情况调整；孔位偏差不得大于20 mm，钻孔角度偏差不得大于 1°。 在凿孔定点上， 施工人员要严格按照辐射角度要求进行钻孔注浆；钻孔深度和角度根据技术交底现场确定。

（2）钻机就位：参照设计图纸要求，严格掌握钻杆深度，要慢速运转；掌握地层对钻机的影响情况，以确定该地层条件下的钻进参数； 密切观察溢水出水情况，出现大量溢水时应立即停钻，分析清楚实际原因后方可继续施工。

（3）提升钻杆：严格控制提升速度，每次回退出长度不大于20 cm，匀速上升。 回退出孔的钻杆应及时清洗，以备后用。

（4）浆液配比：采用计量准确的计量工具，按照设计配方配料。

（5）注浆：根据要求，严格控制每孔注浆量、提升速度、注浆压力，将压力控制在0.15~0.75 MPa 之间（可以根据现场情况进行调整）。注浆时还应密切关注浆液流量，当压力突然上升、下降、浆液溢出时应立即停止注浆，必须查明异常原因，采取必要的措施（调节注浆参数、移位、打斜孔等方式）后方可继续注浆。

4.4 深孔注浆效果的检验

深孔注浆完成后，在隧道正式开挖前，需进行钻芯取样测定抗压强度，加固后的土体强度需达到 1.5MPa 以上；如未达要求，需补充注浆。 图 4 为注浆加固后的掌子面情况，通过注浆后的情况可以看到，掌子面不仅没有出现渗漏水情况，土体的强度也大大增加，必须采用风镐进行破除开挖。

安- 侨区间通过 TGRM 注浆顺利通过了填石层、富水砂层，并且通过全断面 TGRM 深孔注浆也顺利穿越了次高压燃气管、水塔等重要建（构）筑物，做到了没有出现一例透水、坍塌事故，同时也大大缩短了工期，为整个工程创下了良好的经济效益和社会效益。

5总 结

通过TGRM 前进式深孔注浆工艺在本隧道的施工实践， 较好地解决了城市浅埋暗挖隧道安全施工问题。 安-侨区间通过采用 TGRM 深孔注浆，不仅施工进度大大提高， 而且从来没有出现一次涌水塌方事故，并顺利通过了次高压燃气管，周边建（构）筑物沉降也在设计允许范围之内。

TGRM 因其浆液所具有的特点， 可以较好地解决隧道开挖通过后地表持续下沉、 注浆液体固化收缩引起的沉降、地下水位偏高时浆液无法扩散等问题；同时注浆后无需等强即可开挖作业，加快了施工进度。与明挖法、冻结法相比，在饱和动态含水砂层中采取洞内TGRM 浆液注浆法施工，可以减少对环境的污染，同时可降低施工成本。

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