张大牛
1 工程简介
苏州街站位于北京市海淀区海淀南路与苏州街交汇处，车站主体东西长195 m，南北(双层段)宽26.7 m。车站采用暗挖施工法施工。施工必须保证上部交通正常运行。
苏州街站的地质条件比较复杂，上部杂填土层较薄，下部依次为:粉土层、细砂层、粉砂层、中砂及卵石层等。水位较高，埋深4 m～7 m，为台地潜水，该层地下水受到的影响因素很多，在车站范围内分布不连续，对施工很不利，易产生流砂、塌方等现象，从而要求施工中必须对地层进行预加固处理。努力将地表沉降控制在30 mm以内;施工时必须严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的十八字方针，确保工程质量和施工安全。
2 加固方案
苏州街站主体地段开挖前采用小管棚注浆预加固处理。布设φ 32 mm水煤气管超注浆小管棚，壁厚3.25 mm，管长3.0 m，环向间距0.3 m，纵向间距1.0 m，外插角 10°～15°，注改性水玻璃加固处理。开挖后挂钢筋网初喷封闭加固，钢筋网为:φ 8 mm@150mm，喷层厚度50 mm～100 mm。最后架立格栅钢架喷射混凝土支护。
3 施工情况简介
3.1 小导管施工
1)注浆小导管加工。根据苏州街站的设计要求，小导管材料选用φ 32 mm无缝钢管(壁厚3.25 mm)，先将钢管截成3.0 m的长度再进行加工。具体做法是:首先，注浆管的头部用砂轮无齿锯切成锯齿形，接着采用焊机将其加工成150 mm的锥体尖头，以便于打入到细砂地层中去。其次，注浆管的尾部采用φ 6 mm的钢筋成环加固，以防止在小导管打入地层中，尾部受力开裂或变形从而影响注浆管的注浆施工。再次，注浆管管身钻φ 8 mm的导浆孔，导浆孔环向间距25 mm，纵向间距100 mm，梅花形布置，以便于浆液扩散到周围被加固地层中去，保证注浆效果。但是在小导管施工过程中，由于北京特殊的地质条件，砂质地层中石卵较多，粒径较大，使得3.0 m的注浆管很难施工，需要采用后推力大的风枪等设备钻孔，且对周边围岩扰动较大，导致局部塌方频繁，严重影响工程进度。因此在北京地铁苏州街站施工中，征得设计方允许，将注浆管的布设参数作了修改，将原来的纵向间距1.0 m改为0.5 m，将小导管的长度从3.0 m改为 2.0 m，从而大大的改善了小导管施工难度，减少了对周围地层的扰动，很好的防止了塌方事故的发生。
2)注浆管施工。由于直接将注浆管用风镐或大锤打入到开外岩体内，将会产生很大的振动，对围岩稳定性不好，苏州街在注浆管的安设中采用引孔顶入法施工。其安设步骤为:
a.沿开挖轮廓线标识布设导管的位置，见图1。将高压空气接入直径20 mm的钢管，采用吹孔法成孔，孔径约为50 mm，孔深1.7 m。b.插入注浆管，如果插入还有困难，需采用大锤或风镐辅助将注浆顶入到岩层中，直到设计深度。c.用吹风管将注浆管内的砂石吹出，或用掏勺将注浆管内的泥土掏出，必须保证注浆管内畅通。d.用棉纱将注浆管口堵上，然后喷锚封闭注浆管周围，保证注浆时浆液不会从掌子面上流出。e.等上述工序都完成后，即可配浆、注浆。
3.2 浆液配比
1)水玻璃的稀释。将波美计放置在水玻璃中，然后边加水边观察波美计的示数，当其达到10 Be′～20 Be′，即已经达到应用的要求。2)硫酸的稀释。先算出所需浓硫酸的量和需加入水量，然后将浓硫酸缓慢的倒入水中，搅拌均匀。严禁将水倒入浓硫酸中。并用pH计(或试纸)测稀释后溶液的pH值。用于配水玻璃的稀硫酸浓度介于10%～20%。3)改性水玻璃的配制。改性水玻璃的配制必须遵循一个原则，即在高速搅拌下，将水玻璃缓慢倒入稀硫酸中，并用pH计(或试纸)测稀释后溶液的pH值。顺序不可颠倒，否则配制失败，原因是酸性水玻璃在pH=1～2时比较稳定，当pH值为8～9时，发生凝胶。将碱性水玻璃酸化，由于搅拌不匀或加料不准、过快都将会产生水玻璃的凝胶，影响水玻璃的可灌注性能，选用高速搅拌及喷射加料等方法配制浆液，浆液的pH值控制在1～2之间，然后用水玻璃调节溶液的pH值，以达到控制浆液凝胶时间的目的。但是根据不同的地层含水量，改性水玻璃的pH值也必须随之变化，当地层中含水量较大时，改性水玻璃pH值要求控制在5～6之间，这样一来，溶液的配比操作难度较大，不易配制成功，而且溶液的凝结时间很短，必须在配制前就准备好注浆设备，尽量减少溶液的待注时间。当地层中含水量很小，对改性水玻璃的pH值可控制在2～6之间，这样一来，配比的空间大，浆液相对容易配制。当地层中有明流水时，改性水玻璃会发生不凝胶，注改性水玻璃浆液将达不到加固地层的目的。建议先降水或排水，然后注改性水玻璃浆液。
3.3 浆液的灌注
为了提高改性水玻璃在地层中的可注性，缩短注浆时间，施工中建议采用定流量、定压力、边注浆、边搅拌的搅拌灌注工艺。北京地铁苏州街站在施工中采用KBY-50/70型注浆泵，其流量约50 L/min～70 L/min，在施工中发现，北京地层的可注性很好，地层的孔隙率很大，且基本是完全贯通的，注浆压力过小，岩层中浆液扩散范围太小，达不到注浆效果，开挖过程中依然坍塌，注浆压力过大，浆液扩散太远，造成材料浪费。根据现场经验，注浆压力控制在0.5 M Pa～1.0 M Pa为宜，大大的减少了注浆时间。另外，为了避免扩散到不需加固开挖区内，可通过下列计算确定每根注浆管的注浆量，从而更好地控制地层加固范围。
计算如下:Q= ∏R2Lnα β 。
其中，Q为估算的注浆量，m3;R为浆液的扩散半径，m;R=l/(1.6～1.7)，l为注浆管的间距，m;L为注浆管长度，m;n为地层的孔隙率;α为浆液的充填系数，一般取0.8;β为浆液的损耗系数，一般取1.1～1.2。
北京地铁苏州街站在施工中，采用注浆管长 L=2.0 m，注浆管的间距l=0.3 m，因此，取R=0.2 m，由于是细砂地层，其中含有大量的卵石，空隙率大，取0.3。经计算需注浆量约为 Q=0.150 m3/根，其最终成为了苏州街站在暗挖施工中超前支护注浆量。
3.4 注浆施工工艺流程
注浆施工工艺流程见图2。
4 结论及可改进的意见
北京地铁十号线苏州街站单层段在穿越细砂地层中，经过合理的控制超前小导管的长度及改性—水玻璃用量，一方面，提高了围岩的自撑能力，改善了作业环境，保证了施工的安全进行。另一方面，由于北京地铁苏州街站主要采用人工风镐开挖，采用改性—水玻璃比采用水泥浆改善地质条件更合理的控制围岩的类别，保证安全施工的同时，为开凿隧道便利，不至于出现开挖掘进难度大的现象，为苏州街站按时完工争取了很大的便利条件。就施工而言，还需对以下方面进行改进:
注浆管的布设角度:合理的布设注浆管的角度对控制隧道超欠挖方面有很重要的意义。布设角度过大，导致注浆量增大，超挖现象频繁，增大初期支护费用。布设角度过小，为初期支护的格栅刚架安装造成困难。因此建议在布设注浆管的角度时根据各自的初期支护设计格栅间距进行合理计算。
[1] 杨昆鹏，刘少国.地铁隧道地层注浆预加固施工技术研究 [J].山西建筑，2008，34(29):177-178.
