地铁暗挖隧道工程中的深孔注浆施工技术

地铁暗挖隧道工程中的深孔注浆施工技术

曹安君

中铁北京工程局集团第六工程有限公司 辽宁沈阳   110136

摘要：随着社会经济的持续高速发展，交通系统的压力越来越大，交通基础设施建设迎来了新的发展高潮。隧道是交通工程建设不可或缺的重要组成部分，然而由于隧道工程的地质条件复杂多变，如何有效提升隧道工程建设质量和效率成为值得关注的重点问题。隧道暗挖因其突出的优势在隧道工程中逐渐得到广泛应用，研究隧道暗挖工程中的常见问题，并提出相应的防治措施，对于隧道工程建设的稳定开展具有积极意义。

关键词：地铁隧道；暗挖施工；深孔注浆；技术要点

引言

地铁隧道施工过程中，受到隧道管线结构与地质条件等影响，施工难度较大。地铁隧道内的地层扰动较强，土体状态容易出现失衡、沉降与收敛情况，由此造成隧道开挖施工时存在塌方、地表沉降、涌水等安全风险隐患。浅埋暗挖施工技术在隧道工程施工中占据了重要地位，适用于距离地表较近的地下。通过浅埋暗挖施工技术，可开挖各种不同类型、结构、软弱地层的地下洞室。浅埋暗挖施工技术遵循新奥法原理、依据十八字法则开展施工。施工过程中将喷锚作为支护手段，可保证浅埋暗挖施工的质量与安全。

1.隧道暗挖工程中常见影响因素分析

隧道暗挖工程中遇到的问题点众多，在不同工程、不同阶段可能发生的问题各有不同，然而究其原因，都可以归结为外部环境的影响和内部管理因素的作用。外部环境指的是隧道暗挖工程所处的施工环境，包括水文地质条件、气候条件、施工现场条件等方面的情况；内部管理因素可以大体分为技术工艺、材料设备、施工人员等维度。下面主要从内部管理角度来分析隧道暗挖工程中常见的影响因素。

1.1工艺因素

隧道暗挖工程的技术难度较大，需要采用高精度、高效率、高可靠性的技术手段和设备进行施工。如果采用的工艺技术不够成熟或不适用，容易出现隧道倒塌、裂缝等问题。这主要体现在测量工作等方面，隧道地质勘察不清或勘察不准确，进而导致隧道暗挖施工方案不科学、不合理，施工过程中出现各种问题。

1.2物料因素

隧道暗挖工程需要使用大量的材料和设备，如钢筋、混凝土、起重机等。如果材料质量不过关或设备损坏，会导致隧道施工质量不合格，甚至危及人员生命安全。隧道暗挖工程需要使用大型机械设备，如爆破机、隧道掘进机、起重机等。如果选型不当，将导致设备无法满足工程要求或者效率低下。若出现设备损坏的情况，更会导致施工进度缓慢、施工质量下降或安全事故发生。同时，隧道暗挖工程现场需要采用各种安全设备，如防护网、警示标识、救援设备等，若安全设备缺失，将影响施工安全。

1.3人员因素

隧道暗挖工程需要经验丰富、技术过硬的施工人员进行操作和管理。如果施工人员素质不高或管理不到位，会给施工带来重大隐患，甚至导致隧道工程质量不合格。施工人员因素的问题主要体现在技术素质不够高、安全防护意识不强等方面。隧道暗挖施工需要高超的施工技术和机械设备掌握，但一些施工人员缺乏相关技术知识，无法熟练掌握相关机械设备的操作和维护技巧，部分施工人员对安全意识不够强烈，对质量管理不够严格，忽视问题隐患，不能严格遵守安全规定。同时，有不少施工人员不善于沟通，无法协调好专业之间的合作，也会给隧道暗挖施工增添难度。

2.地铁暗挖隧道工程的施工特点分析

暗挖工程是相较于明挖工程提出的，在地下管线和建筑物较为集中的一些区域内，明挖施工往往会对居民们的日常生活造成不良影响，所以通过暗挖施工的方式，能够有效降低对附近居民的影响。隧道暗挖工程中的施工方法由于地层情况不同需要选择不同方法。比如在一些软弱破碎的地层区域内建设地铁，最为常见的一种方法就是浅埋暗挖法，这种方法中主要的支护方式就是新奥法。通常情况下，注浆加固包括两种技术形式，第一种就是深孔注浆，第二种就是超前小导管注浆。对比超前小导管注浆来说，深孔注浆时的钻孔更深，因此能够获取更好的注浆效果与加固能力。在施工实践过程中，采取深孔注浆这种技术开展隧道加固作业能够获取良好效果。隧道暗挖工程施工期间，最为关键的一个问题就是怎样控制地层中水，而应用深孔注浆则能够有效完成这一任务。在施工过程中，一方面应当详细了解施工沿线内的地质水文状况，另一方面还需要充分意识到沿线复杂给排水系统的实际情况。防止由于施工对给排水系统造成破坏，从而对居民生活带来不良影响，导致暗挖工程出现水淹风险。

3.深孔注浆技术的原理与特征分析

深孔注浆这种技术的应用主要就是为了借助于注浆作业来提升土体稳定性与整体性，确保围岩能够具有良好的承载能力与力学性能，从而实现良好的止水效果。借助于机械设备把浆液注入到地层当中的缝隙内，从而起到良好的填充作用。在注入浆液过程中，往往需要一定压力，而压力供给的方式则主要包括两种，分别为气压与液压，一些新生成的浆脉可以在一定程度上对地层具有的力学性能加以改善，提升其整体承载力，对暗挖隧道可能出现的地表沉降加以有效控制。这也能够在一定程度上体现出使用浆液能够提高土体耐久性的特点，同时也可以有效提高土体承载能力以及使用寿命。在施工实践过程中，可以结合施工现场内的水文条件与地质情况，根据具体的施工要求来选择更适合的浆液类型，从而确保施工过程的安全性与施工结果的质量性。

4.地铁隧道中深孔注浆技术应用要点

某市轨道交通三号线所处的路段，地理位置特殊，交通流量大，属于重要路段。本工程1号出入口过街暗挖隧道在该路段下方，在施工时，不得出现交通中断和路面大变形现象，存在施工难度大的特点。暗挖隧道工程总长度为41.85m，宽度最大为77m，高度最高为6.6m，拱顶需要埋深的最大高度为5m。拱顶上需要覆盖土层，选择软弱土层进行覆盖，此方法属于浅埋暗挖法。

4.1准备工作

4.1.1超前支护

在开挖操作之前，需要借助长管棚和超前小导管浇筑混凝土来对地层进行预加固处理。（1）长管棚选用直径φ108mm、钢管厚度6mm，布置在拱部150°范围内，其长度为41.85m，沿通道由北向南铺设，一次性完成作业。（2）超前小导管选用直径φ42mm、钢管厚度4mm，布置在拱部和拱墙范围，其长度为3.5m，纵向搭设。采用水泥-水玻璃的混合浆液进行注浆。（3）初期支护搭设完成后，即可进行注浆操作。注浆管选择直径φ42mm、厚度4mm钢管，长度0.5m，注浆管道口压力控制在0.2～0.5MPa。选择42.5R普通硅酸盐水泥作为水泥砂浆，水泥砂浆强度为20MPa，水灰比为1∶1～1∶0.5。一般来讲，初期支护搭设完成后72h可进行注浆操作。（4）本工程选择有线导向水平跟管钻进方式将钢管打入混凝土内部，深度为41.85m，借助丝扣对钢管进行连接。长管棚在钻进过程中，需要借助电脑来实时对其钻进深度和角度进行测量，及时纠正偏差。（5）为了避免钢管同步搭接，需要在长管棚前端使用不同规格的钢管进行连接。

4.1.2开挖

（1）采用暗挖隧道方式进行施工时，需要严格按照施工技术要求和操作规范来进行，先注浆，再开挖，做好支护。（2）隧道横断面土方开挖施工工艺流程：①根据现场施工的实际情况可以将隧道横断面分为4部分，以原始方案为基础，进行顺序互换。开挖顺序为：先右上、右下，再左上、左下。②右上导洞开挖完成后，出现流水、流砂现象，无法按照顺序进行开挖，对开挖顺序进行调整，即先右上、左下，再右下、左下。③左上导洞开挖时，对开挖过程中水流情况进行分析，结合改进的开挖顺序，得出最佳的开挖顺序，即先右上、左上，再左下、右下。

4.1.3注浆材料

第一，参数设计。针对深孔注浆施工而言，注浆过程中的参数设计至关重要，设计方案是否可行以及注浆材料是否具有合理配比往往决定着最终的注浆质量。通常情况下，注浆过程中所用材料都为水泥与水玻璃双桨材料，结合施工现场实际，设计最优配比，并进行科学的喜爱南昌试验与现场监测，做好完善的数据记录。结合具体运用效果，从中找到最佳的配比，确保施工环节内的注浆压力能够始终在水压之上；第二，压力测试。在暗挖作业不断深入的背景下，附近环境与地层水压同样会不断变化，注浆材料的实际配比同样需要随之改变。在施工实践期间，应当定时监测围岩地质与水文条件，并控制好水压，保证注浆压力可以始终维持在水压三倍左右；第三，导管加工与注浆孔布置。为避免出现漏浆的情况，导管壁厚度应当尽可能保持合理，可以选用无缝钢管，并确保能够与设计要求、施工标准相符，保持导管长度一致。针对地质条件恶劣和含水量超标的地层，则应当提前注入浆液形成止浆墙，从而确保施工期间能够顺利推进注浆作业。一般来说，注浆口径都在42mm左右。

4.2确定注浆方法

根据该工程的实际情况，采用扇形方式布置预留注浆深孔，控制深孔注浆的间距不超过0.4m，末端间距不超过1m。采用后退式分段注浆方法，配套选用止浆阀、接头管和孔口管，将其放入注浆管中，随后布设在隧道浅埋暗挖深孔内。沿着地铁隧道的前进方向，进行超前注浆加固土体。地铁隧道浅埋暗挖深孔后退式分段注浆原理如图1所示。

图1地铁隧道浅埋暗挖深孔后退式分段注浆原理

4.3设置止浆墙

进行深孔注浆前，需要在上台阶核心土范围外的掌子面设置厚度为0.3m的止浆墙。止浆墙设置双层Ø6@150×150钢筋焊接网和Ø22@500×500钢筋加强。采用C20喷射混凝土进行喷射加固。核心土范围采用厚度为50mm的C20喷射混凝土喷射加固。封闭地铁隧道浅埋暗挖掌子面，形成封堵墙，在墙内预埋符合加固施工要求的钢管，便于钻机开孔施工。

4.4钻进成孔

钻孔采用地质钻机，钻具采用Ø50双管钻具，钻具按规定的位置进行定位，调整钻具角度，当孔位对齐后，钻机不得移动。根据要求，钻孔时先下入冲洗液，然后用钻头向地层内灌注水泥浆，取出后检查泥浆质量和水泥浆的性能。孔布置为三层，每层间距0.5米×0.5米，孔与孔之间的间距也为0.5米×0.5米，呈梅花状布置。

在钻孔成孔时，要根据钻孔长度、钻孔距离的要求，严格控制钻进深度，保证钻进速度慢，了解地层对钻具的影响，确定适合特定地层的钻进参数。小心地监视溢出和流出的情况。如发现大量漏水，必须立即停止钻探，待查明原因后方可继续施工。同时要密切注意钻孔的渗漏情况，如有异常应及时处理。下钻时，要严格控制出钻速度，一次退出不能超过200 mm，退速要保持一致。避免了过大的回钻压力，造成卡钻事故。钻杆取出后，要立即彻底清洗。

4.5深孔注浆施工方法

注浆压力在0.2-0.8 MPa之间；在钻孔过程中保持一定的流量，及时冲洗，是保证钻孔施工安全的重要保证。采用速凝浆料时，固化时间为1-2分钟；施工时应根据工程实际情况，选择合适的注浆方法和注浆参数，才能达到理想的注浆效果。钻杆回收范围约为15-20厘米。注浆速度与地层的孔隙结构、连通性和密实度有密切的关系。

注浆时采用注浆量和注浆压力双控的方法，各导管按规定注浆，待注浆压力达到极限后停止注浆。若各管段均采用同一种注浆方法，则可保证全孔内浆液压力恒定。如果注浆压力和流量在很长一段时间内都不增大，则有可能发生漏浆，此时应采用间歇注浆法。如果不能在短期内终止注浆，可以通过多次注浆来保证地层的完整性和安全。采用分段注浆法，由深孔底部向外进行注浆加固。每一区段均设一相对独立的钻孔进行注浆作业，并与相邻钻孔连成一体。在此基础上，采用分段注浆的方法，对地铁隧道进行加固，直至完成深孔注浆，完成深孔注浆。

4.6案例分析

某地铁站C出入口暗挖段采用CRD工法，断面采用拱顶直墙形式，最大开挖跨度和高度分别为7.8m和5.35m，长度为25.3m采用复合式衬砌结构，初期支护结构由格栅钢架+喷射混凝土组成；二次衬砌由模筑钢筋混凝土组成，初支与二衬之间设柔性防水层。

C出入口暗挖段自C出入口明挖段进行开挖，地铁站方向至C出入口明挖段方向14.2m开挖范围超前支护由大管棚(φ108mm，壁厚8mm，无缝钢管)+超前小导管(φ32mm，壁厚3.25mm，焊接钢管钢管)+深孔注浆组成；14.2m-25.3m开挖范围超前支护由超前小导管(φ32mm，壁厚3.25mm，焊接钢管钢管)+深孔注浆组成；初期支护采用钢格栅+网喷混凝土联合支护，钢筋网片为φ6mm@150×150mm单层钢筋网，钢格栅与临时钢格栅全断面布置纵向间距0.5m，喷射混凝土为300mm厚C25早强喷射混凝土。

（1）深孔注浆工艺采用后退式注浆工艺，注浆顺序先外侧，后内侧。深孔注浆加固范围为图示填充范围，注浆浆液采用双液浆，深孔注浆段落划分按照11.1m和14.2m划分。

图2 深孔注浆范围示意图

（2）注浆孔在工作面均匀布置，每循环超前预注浆共设置26个注浆孔，第一环共设置10个注浆孔，第二环设置7个注浆孔，第三环设置6个注浆孔，第四环设置3个注浆孔。各孔由工作面向开挖方向呈辐射状打设，注浆孔沿隧道纵向打设时须保证注浆孔在工作面上的投影垂直于注浆范围外轮廓，可根据现场地质情况及实施效果进行调整，保证掌子面前方注浆充分，不留死角。开孔直径φ42，注浆孔呈梅花型布置，环向间距1m。

图3 深孔注浆钻孔示意图

（3）注浆效果指标：加固之后应对加固效果进行取芯检测，取芯孔数量为3%~6%注浆孔数，加固后土体无侧限抗压强度一般不低于0.5MPa。

（4）终止注浆标准

1）注浆孔达到设计孔深，注浆过程中压力逐渐上升，流量逐渐减少，当压力达到注浆终压，可结束单孔注浆；

2）注浆孔达到设计孔深，注浆压力未能达到设计终压，注浆量已达到设计注浆量2.0倍，可结束单孔注浆；

3）注浆孔未能达到设计孔深，应分析原因，可采用加强相邻周边孔注浆或补孔注浆的方法解决；

4）注浆孔达到单孔注浆结束标准，无漏注现象，经检查注浆效果满足设计要求后，可完成单循环注浆。

5）注浆孔打设前须调查清楚地下管线与注浆孔的相互关系，注浆孔应避开地下管线，管线处加固方法采用地面注浆加固结合深孔注浆加固,注浆孔位置及根数根据现场具体条件调整；注浆过程中应同步进行地表监测，严格控制注浆压力，防止地下管线产生较大变形及地面隆起。

结语

综上所述，隧道暗挖工程在隧道工程建设中得到广泛应用，可以有效提高隧道工程建设质量和效率。在隧道暗挖工程施工中，可能面临测量、开挖、支护、防水等方面的问题，这些问题的出现暴露了施工管理的不足。为了更好地开展隧道暗挖工程建设，要针对测量、开挖等工作中的常见问题采取针对性的技术措施，也要加强工艺、物料、人员等方面的管理工作，采取全面、有效的防治措施。

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