闫淑娜
（中铁十四局集团 隧道公司，山东 济南 250000）
在城市轨道交通的地铁施工建设中，近年来，浅埋暗挖法运用普遍，当隧道在浅埋地段、砂土层、砂卵（砾）石层、断层破碎带以及大面积老旧管线淋水或涌水地段施工时，常会出现因开挖面围岩失稳，导致坍塌、冒顶或衬砌后混凝土结构体仍然渗、漏水甚至开裂等现象，这不仅影响施工安全，延误工期，费工费料，而且影响工程质量和隧道使用年限。
随着注浆材料、设备和注浆理论的发展，注浆工法也有了长足的发展，深孔分段式超前预注浆工艺在近期，被越来越多的复杂工程所实践，该注浆工法的应用已成为保证隧道工程质量和安全的经济而有效的一门新型技术之一。
北京地铁6号线北海北站位于北海公园北门的西侧约200m，沿地安门西大街下方呈东西向布置。暗挖主体总长258.5米，净宽度18.3m，车站线路由小里程向大里程2‰下坡，顶拱覆土约10.6～11.1m，底板埋深约27.5～28m。
车站共设3个施工竖井与横通道，竖井均为临时结构，1、2号横通道为临时结构，采用上下分离式导洞，分别进洞开挖主体上下层导洞，3号横通道为永久东端风道的半跨初支结构。车站导洞采用矿山法施工。主体小导洞采用台阶法施工、东侧风道采用CRD法施工，边桩采用人工挖孔灌注桩法施工。北海北站平面位置见图1。
图1 北海北站平面位置图
车站为标准双层、直墙双联拱结构，PBA工法、逆筑施工。结构顶拱由钢格栅+喷射混凝土的初期支护和模筑钢筋混凝土的二次衬砌构成，两次衬砌之间设柔性防水层；PBA工法主体结构边桩采用人工挖孔灌注桩（φ1000@1500），此桩起支护作用兼做竖向受力桩基，承受暗挖逆筑法顶拱拱脚竖向压力；灌注桩与结构内衬墙组成复合墙结构，两者间设置防水层。车站标准断面尺寸见图2所示。
图2 北海北站标准断面尺寸示意图
车站底板坐落于卵石⑦层，局部为粉细砂⑦1层。顶板主要处于粉质粘土③1层，局部为粉细砂③3层、粉土③层、圆砾-卵石⑤层，主体地质详见地质纵剖面图3所示。
图3 北海北站主体地质剖面图
车站主体位置处实际量测4层地下水，分别为上层滞水、潜水、层间潜水和承压水，各层地下水水位特征见表1。场区地下水主要为潜水和层间潜水。潜水静止水位标高30.66～32.94m(水位埋深13.90～16.30m)。潜水分布在卵石⑤层、粉细砂④层中，该层水透水性好，但水量较小，主要接受侧向径流及越流补给，以侧向径流方式排泄。层间潜水静止水位标高21.65～23.14m(水位埋深23.20～25.20m)。层间潜水主要分布在卵石⑦层、粉细砂⑦1层中，含水层主要接受侧向径流及越流补给，以侧向径流和人工开采的方式排泄。底板处于承压水水头下方2.5m，需降承压水。
表1 各层地下水特征表
由于在2号井向东主体小导洞开挖过程中地质记录，主体结构上方地质情况较差，存在多处的水囊空洞区域及富水区域，为保证主体中拱开挖安全，自主体小导洞内向中拱拱顶进行径向深孔注浆，对中拱上方土体进行超前预加固，有效确保中拱开挖安全。
在主体小导洞施工完毕后，小导洞内向中拱拱顶钻孔进行深孔注浆止水加固处理，加固范围为中拱拱顶初支轮廓外1.5m范围内，详见图4，纵向加固范围为自贤良祠西侧3m里程为 K9+691.53处到里程k10+036.53处，合计75m，详见图5，浆液采用水泥+水玻璃+外加剂的AB、AC化学浆，注浆压力控制在0.5-1.5MPa。
中拱深孔注浆施工前，须在小导洞内搭设作业平台，采用φ48热轧无缝钢管搭设脚手架作业平台，满铺5cm厚木板，不允许存在探头板，防护栏不低于1.2m。其深孔注浆整个施工步序如下：
图4 中拱拱顶土体注浆加固区横剖面示意图
图5 中拱拱顶土体注浆加固区平面图
施工现场为了做到文明施工，确保在钻孔时孔中流出的水和注浆中溢出的液体有序排到地面，在小导洞底部设置排水沟，将废水引排至竖井内集水坑中，在集水坑中放置一台水泵，由专人看守并及时将水抽排至地面排污管道中。
图6 深孔注浆施工筹划流程图
深孔注浆的施工工艺采用的是二重管无收缩定向旋喷，就是大家近年来常说的WSS工法，其工法是一种定压、定量、定向的地基基础的处理工法，可用于各种类型地基基础、岩土工程的基坑加固处理及护坡施工、各类型暗挖隧道的加固及止水、建筑物及构筑物沉降与倾斜的定向抬高及纠偏等施工。如盾构工程加固土壤、桥墩基础加固、基坑护坡加固及止水、穿越河床隧道与建筑物下隧道加固及止水等是最为常见的土壤加固施工。其加固原理是注浆达到一定压力后，在注浆孔周围会产生一定大小的泡体，随着压力的不断增加，在浆液泡体上方的土体会产生一个圆柱体，从而改良土体的物理指标；注浆是在不改变地层组成的情况下，将土层颗粒间存在的水强迫挤出，使颗粒间的空隙充满浆液并使其固结，达到改良土层性状的目的。针对北海北车站主体中拱工程的实际条件及地质情况，采用洞内的WSS工法非常适宜此地止水加固及改良地质的作用。
本次深孔注浆加固范围为拱顶初支轮廓以外1.5m，有效起到止水加固效果，孔位纵向水平间距为0.8m，注浆扩散半径控制不小于0.5m，保证纵向75m加固范围内均有一定的注浆搭接量。
1号小导洞内共布设3个孔位，每束孔包含1个孔，每个孔仰角分别为 60°、58°、50°，成孔深度分别为 2.38m、3.189m、4.416m，注浆深度分别为 1.827m、2.494m、2.25m；
2号小导洞内共布设6个孔位，每束孔包含1个孔，每个孔仰角分别为 32°、38°、45°、50°、46°、41°， 成孔深度分别为 4.527、4.273m、2.814m、2.334m、3.434m、4.606m， 注浆深度分别为 1.519m、3.489m、2.245m、1.682m、3.132m、2.549m；
3号小导洞内共布设3个孔位，每束孔包含1个孔，每个孔仰角分别为 41°、50°、57°，成孔深度分别为 4.394m、3.776、2.625m，注浆深度分别为 1.371m、2.67m、2.14m.
浆液均采用AB、AC化学浆，浆液配比根据现场地层情况确定，注浆压力控制在0.5-1.5MPa。
图7 主体中拱拱顶土体注浆孔位布置图
图8 二重管注浆工艺流程图
现场施工采用WSS工法分段后退式注浆工艺，浆液为AB、AC化学浆。，即A液和B液的混合物。A液为稀释后的水玻璃，B液由硫酸等化学外加剂和水组成。化学外加剂主要是调节浆液的可灌性和混合液的凝结时间，因此在施工现场中，外加剂的添加应根据现场的实际情况进行适当的调整。B液各成分放入搅拌机的顺序依次为：水、化学外加剂，两种浆液在注入之前必须搅拌均匀，并经常检查混合后的浆液凝固时间是否适应现场施工环境。AB化学浆注浆材料配比见表2，AC化学浆适用于特殊地段或迅速封孔处。
表2 注浆材料配比表
孔采用水平钻机打设，钻机钻杆可360°调整角度。注浆采用二重管喷射式注浆，注浆扩散半径0.5 m，注浆压力保持0.5～1.5MPa，并随时注意地层情况，因材料的厂家不同、生产批次不同、浓度不同，实际施工配比中浆液所用数量也不相同，需根据所要求浆液的初凝时间现场调配浆液注浆参数。
现场施工相关技术指标参数控制如下：
（1）注浆扩散直径：R=500 mm；
（2）注浆压力：0.5MPa～1.5MPa；
（3）入浆率：AB双液浆约60%；
（4）初凝时间：0.5～2分钟，为速凝注浆；
（5）钻杆回抽幅度：约10～20 cm。
深孔注浆人员及设备配备情况见表3、表4：
表3 深孔注浆人员配备表
表4 注浆施工主要的器械表
注浆效果检测手段如下：
（1）注浆施工结束后，通过注浆体内钻孔，用压水、注水或抽水等办法测定地基的流量及渗透系数，不合格的需进行补充注浆。检查孔的数目约为总注浆孔数的5-10%，布孔的重点是地质条件不好的地段以及注浆质量较差或有疑问的部位。在防渗注浆工程中，这类检测是一种重要而基本的手段。
对加固注浆而言，上述水力物理性质虽不能直接反映加固效果，但至今仍旧被广泛的当作一种参考指标，因为吸水量大小与地基的密度和强度之间存在着一定的关系。
（2）通过钻孔，从注浆体内取出原状样品，送实验室进行必要的试验研究。实践经验证明，通过这类检测可得出下述几项重要的物理力学性能指标，据此能对注浆效果做出比较确切的评价：
1）样品的密度；
2）结石的性质；
3）浆液弃填率及剩余孔隙率。
深孔注浆质量保证措施如下：
（1）按照施工程序，严把钻孔深度、液体的配置、注浆压力控制、注浆量的多少等环节。每一道工序均安排专人负责，并记录好每一道工序的原始数据。
（2）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之距相差不得大于2cm，钻杆倾斜度不得大于1°。在砂卵石层中钻孔使扭矩数倍增大，不能按钻机的设计扭矩达到钻孔深，在施工中根据现场实际情况进行调整。在钻进过程中，为了防止把钻杆抱死，须采用化学浆液进行护壁。
（3）配料：采用准确的计量工具，严格按照设计配方配料施工。
（4）注浆：注浆一定要按程序施工，每段进浆要准确，注浆压力一定要严格控制在1.5MPa以内,专人操作。当压力突然上升或从孔壁溢浆，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浆量满足设计要求。
（5）注浆完成后，应采取措施保证注浆时不溢浆、不跑浆。
（6）每道工序均要安排专人，并做好操作记录。
以上所述为深孔注浆在施工中的工法，其主要特点为：
（1）采用特殊的端点监控器和二重管喷射方式，使注入系统设备简单，具有很高的可靠性、经济性。
（2）可以进行一次、二次喷射切换，回路变换装置容易实行，所以能实行复合喷射。
（3）瞬结性一次喷射和浸透性二次喷射的复合比率，在土层改良时可以自由地设定，从粘性土、砂质土到地下水非常多的砂砾层，以及更加复杂的复合地层都可以适用。
（4）二次喷射材料是低粘性且凝胶时间长的浸透性浆材，可以用压力喷射到均匀的土质颗料之间，这样的操作方法可以减少对周围建筑的影响。
（5）由于一次喷射是限制喷射，二次喷入是的渗透喷射，浆材不会向喷入范围外溢出，从而有利保护地下环境而不被污染。
结束语：
本次深孔注浆施工主要起到止水加固的效果，施作过程中技术人员严格控制成孔角度、深度及注浆深度，确保了深孔注浆浆液将富水区域及水囊空洞填充密实，有效起到帷幕的作用，同时达到了有效改良拱顶地层，起到了加固的作用，确保了暗挖作业的施工安全。
