中铁十八局集团市政工程有限公司 天津市 300222
摘要：结合北京地铁19号线05合同段盾构始发井注浆堵水施工研究。介绍了多管同步深孔复合注浆堵水的施工工艺，为今后类似工程施工提供一些可借鉴的经验。
关键词：注浆堵水；施工；设计
1工程概况
北京地铁19号线05合同段牛街站~金融街站区间在牛街站北侧长椿苑绿地内设置盾构始发井用于盾构施工。盾构始发井为临时结构，井深35.621m，尺寸为10.6x17.8m；采用?1000@1500钻孔灌注桩作为围护结构，采用五道混凝土支撑。为满足盾构始发需求，混凝土支撑与环梁布置时，中间预留8m×10m洞口，满足施工期间盾构机吊装需求。
2水文地质
盾构竖井基坑深度范围主要穿越素填土层、粉土层、卵石~圆砾层、卵石层；围岩分级为Ⅵ级，岩土工程施工等级为Ⅱ、Ⅳ级。
地下水类型主要为潜水，水位埋深26.9m~28，水位标高19.02m~21.30m，主要赋存于卵石层中。
结合以上水文地质情况，根据以往的施工经验，本工程拟采用多管同步深孔复合注浆对围岩进行加固，以确保施工安全。
3多管同步深孔复合注浆设计情况
主要考虑盾构井底部土体的抗浮设计和土体的抗渗设计。
3.1抗浮设计
竖井抗浮设计参照地铁车站抗浮设计要求保证注浆后开挖竖井不会发生上浮现象。在基坑底设置1m的隔离层。安全系数不计侧壁摩阻力时取值1.05。
按照静力平衡计算：
γH=kγwh
式中：H——竖井开挖后注浆体底部厚度m；
γ——注浆体重度，取23kN/m3；
γw——水的重度，取10kN/m3；
k——安全系数，取1.05。
h——水位高于注浆体底板高度；按底板以上水位高度加上注浆体厚度计算。
地下水位标高21.2m，始发井最低点标高11.9m，底板以上水位高度为9.3m。
按9.3m水位高度计算。设置1米厚度的隔水层，隔水层重度按19kN/m3考虑抗浮验算如下：
23H+1.0*19=1.05*10*(9.3+1.0+H) 则经过计算H=7.1m。
经过计算，满足抗浮要求的注浆体厚度H为7.1m。
根据以往项目的经验，考虑注浆体和围护结构共同作用，共同抵抗地下水浮力，适当减少注浆体厚度也能满足抗浮要求。考虑经济因素，注浆体厚度定为5.4m。
3.2抗渗设计
根据以往砂卵石底层经验，注浆体2m厚度能能抵抗1m水压，每增加5m水压，注浆体厚度增加0.5m，注浆体增加到4m后，再增加厚度对抗渗影响很小。
将竖井侧壁的注浆加固区设计为等腰梯形形状，上部宽度定为3.0m，按9.3m水位设计下部宽度定为4.0m。
3.3注浆加固区范围理论设计
根据抗浮验算及抗渗验算，井侧壁的注浆加固区设计为等腰梯形形状，上部宽度定为3m，下部宽度定为4.0m，而井底板注浆加固区的厚度取5.4m。
4 多管同步深孔复合注浆止水帷幕施工方案
4.1工法简介
4.1.1工法内容
多管同步深孔复合注浆止水帷幕施工工法是在厚卵漂石地层中采取深孔注浆止水帷幕的非降水施工技术，针对传统注浆浆液可控性差、浆液扩散不均匀、钻孔困难、施工工期长等施工难题，采取发明新型注浆材料、引进和改进先进注浆设备、创新注浆工艺等方法对传统注浆施工工法进行改进，实现地铁车站深基坑施工的无水作业。本施工工法具有浆液无污染、扩散均匀密实、施工工期短、止水效果好等优势。
4.1.2 工艺原理
多管同步深孔复合注浆止水帷幕施工工法在普通水泥-水玻璃浆液和酸性水玻璃浆液的基础上，针对双液浆混合、扩散不均匀和化学浆液的耐久性差的缺点，添加适当的添加剂实现双液浆浆液扩散更均匀、化学浆液耐久性更好。
鉴于现有常用注浆端头浆液混合器存在浆液混合不均匀、易堵管等不足，在混合器设备上添加双混合器、止回器，改进注入喷射器，从而克服了常用混合器的不足，实现了浆液顺利、均匀扩散。现有双管后退式注浆工艺应用于砂卵石地层中存在双液浆易抱管、化学浆液凝结体强度相对较低、施工工期长等不足，经研究表明将两种浆液交替应用，形成的多管同步注浆工艺更适应与砂卵石地层的深孔小孔径注浆施工。
4.2钻孔注浆布置
盾构始发井开挖至第四道腰梁下，进行注浆堵水施工。保证作业面距离地下水位面2.5m左右，满足注浆对止浆墙厚度的要求。地下水位至竖井底部高度为8m，根据抗浮、抗渗和经验验算，注浆从底板以下1m至钻孔末端5.4m距离能满足止水要求。底板下1m作为隔离层。基坑内布置垂直钻孔，钻孔孔间距800mm，排间距800mm，采用梅花型布置，成孔长度为18.2m。
桩间采用钻斜孔注浆，钻孔角度3°、8°、13°、20°和26°。钻孔长度分别为：18.1米、18.3米、18.1米、11.7米和8.0米。注浆孔布置如下图2、图3所示。
图4 双重管后退式注浆施工工艺流程示意图
4.3.1 钻孔
根据地层地质情况分布，采用SH8000钻机，该钻机采用液压全自动操作，工作扭矩大，钻孔效率高，定位快捷，准确，适合在各种地层作业。钻头直径?95mm、钻杆?89mm的钻具，钻头直径适中，在鹅卵石地层中钻孔快，注浆时好封孔，有效防止浆液往上窜浆。桩间斜孔钻孔时，
用角度尺定位钻孔倾斜角度，调整到设计角度时再进行钻孔作业。钻孔时孔间距800mm，排间距800,梅花型布置，从基坑一侧按排施工，直至到另一侧，同一排首先施工基坑内的钻孔，再施工桩间。
4.3.2 钻孔下双重管
钻孔后，往钻杆内吊放双重管，吊放双重管时要检查密封圈，吊放结束后加盖防止堵管。注浆双重管最前面安装注入前端装置，使双液浆搅拌均匀，凝固时间一致，还防止因地下压力大而引起的浆液反浆。
4.3.3 安装拔管器
同时安装多个拔管器，采用后退式双重管同步注浆工艺注浆，同步多孔进行注浆，一是能使地层形成整体挤密的效果，同时还能有效的防止浆液流失，不仅使注浆效果更好而且能使注浆效率提高，满足施工进度要求。
4.3.4 注浆参数设置
注浆时一定要配备流量计，实时观测注浆过程中浆液的流量及压力变化，实时调整浆液凝固时间，做到最佳扩散半径。
1）浆液选择：由于注浆范围内的水层比较深，并且属于潜水层，所以采用浓度大、速凝的A液（水泥浆添加一定比例的添加剂）和B液（改性水玻璃）及C液（速凝剂）的混合浆液注入地层。
2）注浆压力：终压0.8~1.0Mpa。
3）扩散半径：600mm。
4）浆液配置
浆液使用流动性强、渗透性强、浓度高、速凝等特征的浆液
A液：水泥浆，采用普通硅酸盐P.O42.5水泥，另外参加一定量的无收缩灌浆剂（上海泽固）、高效分散剂（海川5040）。配比为水：水泥：灌浆剂：高效分散剂= 1:1.3:0.065:0.065。
B液：采用浓度42波美度的水玻璃，配比为水：水玻璃：硫酸铜：明矾=1：1：0.03:0.03。
C液：速凝剂（磷酸）。
A液与B液、B液与C液配比均为1:1。两种情况的浆液使用量各占总量的约50％。
施工时，根据冒浆与否选择浆液，冒浆需要先用B液体和C液，不冒浆时采用A液与B液。
B液与C液凝胶时间为2S~10S，A液与B液为30s~90s。
5）双重管后退式注浆时，当注浆压力达到0.8~1.0Mpa，将止浆塞往上提0.1~0.2m，再继续进行注浆。
4.3.5 注浆工艺
按照以下次序进行施工，以达到加固的目的。
1）计算好用水量，先在搅拌桶中加入适量的水，打开搅拌机后，加入水泥，再搅拌3分钟以上。
2）检查注浆系统，确保每个环节都有效连接。
3）进行注浆泵压水试验，检查泵的液压是否正常，管路是否漏浆、是否通畅。
4）试验完毕后，采用一次整体注浆方式，通过双重管将浆液注入地层中。
5）注浆时，观察压力表上的注浆压力，检查注浆量慢慢增加时的压力变化。控制好注浆压力，当注浆压力达到0.8~1.0Mpa时，将双重管上提0.1~0.2m，再继续进行注浆。
4.3.6 异常情况处理
注浆过程中，常遇见以下几种异常情况：
1）压力变化
注浆过程中，勤观察压力表，压力不应过高或过低，一定得控制在有效范围内。压力太低，说明有地方漏浆，或是地下存在空腔，浆液顺着空腔流走。压力太高，则可能是存在堵塞。无论压力过高或过低，都必须处理好后再进行施工。
2）出现冒浆
随着浆液的注入，地层中一些强度较低的地方，可能会出现冒浆。这时，首先需要将冒浆处堵塞，同时改注B液与C液，当不再出现冒浆时再注A液与B液。
3）注浆泵异常：
若注浆泵管道故障致使压力升高，泵会发出异响，若处理不及时，容易引发事故。这时候必须关闭注浆泵，卸下注浆管，将管道及混合器清理干净，处理故障部位后，再进行工作。
4.3.7注意事项
1）凝胶的时间是一个需要重点控制的指标，凝胶时间超出4.2.4所述范围以外的浆液都是不合适的。
2）为避免注浆孔的相互影响，需要采用隔孔注浆的方式，一是为了保障浆液在土体中充分扩散，同时后注孔还能补充先注孔。这将直接影响堵水和加固的效果。
4.4注浆效果检测方式
4.4.1打设疏干井
注浆完成后，基坑内部形成盆式帷幕，需在竖井内部打设疏干井将井内部的水疏干，此疏干井既可作为观测井进行井内水位观测，也可在抽干地下水后观察井内的水位上升速度从而判断注浆体的渗透系数。疏干井深度至底部止水帷幕上部位置，不损坏帷幕体厚度，保证止水效果。疏干井在土方开挖的过程中必须保护完整性。
4.4.2开挖后的效果
注浆完成后，根据降水井抽水量的变化，判断合格后进行开挖，开挖过程中观察渗漏点和墙壁有无明水，以此为根据再次判断注浆效果。
4.4.3物探法探测
注浆完成后随机选择部位，采用跨孔法等相关可适用物探方法进行试验探测，确定注浆体的均匀性、注浆体厚度及密实度等参数。
5 结束语
地下工程施工经常要遇见地下干扰水的，在地下水干扰比较大的情况下，施工风险性较高，若不重视并有效处理之，很容易引起各种地质灾害并导致施工事故。注浆堵水技术就是处理这些情况的一项重要技术，本文以北京地铁19号线05合同段盾构始发井注浆堵水为例，描述了该工艺的主要施工方法，为同类工程提供一定的参考作用。
论文作者:齐威
论文发表刊物:《防护工程》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/31
标签：注浆论文; 浆液论文; 钻孔论文; 盾构论文; 厚度论文; 压力论文; 竖井论文; 《防护工程》2019年第4期论文;