本文针对无水或者低含水量粉砂地层的特点分析，使用传统的超前小导管注浆工艺（水泥-水玻璃双液浆）进行试验，通过其注浆加固效果以及浅埋暗挖施工的安全性分析，进行优化设计，从而提出更加有效、安全、快捷的后退式注浆（磷酸-水玻璃浆液）方案，并通过工程实践进行验证，确保了在无水或者低含水量粉砂地层中浅埋暗挖法开挖初支施工时作业人员的生命安全，提高了该地层中暗挖施工的效率，可为今后类似地层施工提供经验。
关键词 出入口 浅埋暗挖 无水粉砂层 后退式注浆 水泥-水玻璃 磷酸-水玻璃
一、工程简介
某地铁出入口采用明挖法施工敞口段+暗挖法施工过街通道的方案，地下水位于开挖底面以下8m，不需考虑地下水对施工的影响。跨路通道部分，采用CRD工法，隧道中部以下为粘质粉土层，中部以上3.8m范围为粉砂层。.png)
粘质粉土：黄褐色~褐黄色，稍湿~湿，稍密~中密，含云母碎片，土质不均，夹粉砂和粘质粉土，有砂感，干强度低，韧性低。本层层厚0.50～8.90m，平均层厚3.77m，层底埋深2.90～12.70m，平均层底埋深8.44m，层底高程91.61～101.25m，平均层底高程95.79m。
粉砂：褐黄色，湿，中密，主要成分以石英、长石、云母为主，局部夹粉砂薄层，偶见灰色粘土团，含少量钙质结核。本层层厚1.10～7.40m，平均层厚3.15m，层底埋深2.10～10.80m，平均层底埋深7.63m，层底高程93.26～101.74m，平均层底高程96.57m。颗粒组成如表一所示。
表一：粉砂层颗粒组成统计表
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二、两种注浆加固方案的试验对比
上洞室开挖线范围内的粉砂层虽然比较密实，但粘聚力极小，自稳能力差。根据类似地层暗挖施工经验，必须进行超前注浆加固，满足注浆固结砂层的要求。
方案一：采用超前小导管进行水泥-水玻璃注浆加固
超前小导管及注浆是对隧道周围围岩进行超前支护及地层加固，钢管采用外径42x3.5mm的无缝热轧钢管，小导管长度4.5m，环向间距为350mm，纵向相邻小导管搭接长度大于200mm; 小导管设置两排，外插角分别采用30°和5～10°，为便于超前小导管插入围岩内，钢管前端宜做成尖锥状，尾部焊上箍筋;小导管安设一般采用钻孔打入法，即先按设计要求钻孔，钻孔直径比钢管直径大3～5mm，然后将小导管穿过钢架，用锤击或钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90%，并用高压风将钢管内的砂石吹出;注浆采用单管或者双管同时进行，注浆压力和注浆量双控指标满足要求后可停止注浆。
材料：PO42.5水泥，水玻璃40Be’（ρ=1.38 g/cm3）；
配比：水泥浆采用的水灰比0.9：1～1.3：1；
水泥浆与水玻璃比例： 1：0.5～1：0.7（体积比）；
注浆压力的范围：0.6～1.2MPa；
注浆效果评价：小导管注浆时瞬时压力超过1MPa，浆液流量很小，随着泵送次数增加，注浆压力持续增高。压力增加至3MPa左右，注浆量无明显增加。使用“洛阳铲”探挖检测，浆液扩散半径约0.2m，在粉砂层中扩散不均匀，取样困难，初步判断注浆效果不理想。选取左上断面，将出入口敞口明挖段与暗挖段隔断桩破除后进洞试行局部开挖。开挖过程发现拱部高度3范围为粉砂层，与地勘资料相符，粉砂层比较密实，小导管周围基本无浆液扩散，拱部局部掉砂、掉块。根据地表沉降监测点测取的数据，部分区域地表沉降为45-95mm，达到《城市轨道交通工程监测技术规范GB50911-2013》中的报警状态，该规范中要求的地表沉降控制值为20mm，施工风险非常高，必须停止开挖并采取地层处理措施。由此可见，该超前注浆加固方案不可行。
原因分析：
①粉砂层自身粘聚力微小，受到外部扰动时极易发生流失、坍塌，小导管超前加固范围仅为拱部位置。即使达到目标，形成承载壳，但开挖范围内其它部位的粉砂无法达到加固作用，开挖时将发生松散垮塌。
②粉砂层较为密实，根据本文表一《粉砂层颗粒组成统计表》可见，小于等于0.075mm且大于0.005mm的粒径平均占比为26.7%。参照国家标准（GB175－2007）规定水泥的45μm方孔筛筛余不大于30%，即大于0.045mm的粒径平均占比约为30%，水泥不能溶于水，水泥浆为悬浊液，进入砂层后，在粉砂空隙中形成“筛分效应”，较大粒径的水泥颗粒无法进入粉砂层中的空隙，浆液扩散半径小，注浆效果不佳，未能起到加固土体的理想效果。
方案二：磷酸-水玻璃双液浆后退式注浆方案
超前小导管注浆区域仅为拱部，加固范围较小，考虑优化为对开挖线以内及周边1.5m范围采用纵向后退式注浆，即对开挖范围内的粉砂层整体进行注浆加固。
磷酸及水玻璃浆为溶液型浆液，无颗粒状悬浮物，可通过粉砂空隙自由扩散，扩散半径大大提高，根据试验在0.3 MPa的注浆压力条件下，扩散半径达1.0～1.5m（洛阳铲检测取芯）。但相比水泥-水玻璃浆液的加固强度，磷酸-水玻璃双液浆加固地层的强度较低。
按照试验注浆扩散最小半径为1m，考虑浆液在地层中扩散不均匀及咬合要求，拟定孔位水平间距1m。竖直方向考虑外插角度4-10度，拟定孔位竖直间距0.5m。如图所示：
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材料：水玻璃39Be’（ρ=1.38 g/cm3），75%磷酸（弱酸，ρ=1.7 g/cm3）；
配比：A液(水/水玻璃)=1:2，B液(水/磷酸)=15:1，A液:B液=1:1；
注浆压力：0.3-0.8MPa；
注浆方法：
1、先施工止浆墙，防止注浆后，浆液凝固前发生回流溢出，止浆墙的厚度不小于15cm，采用挂钢筋网喷射C25混凝土。
2、注浆部位主要为开挖断面的上半部分，需搭设简易施工平台放置注浆机，注浆机采用二重管注浆机。钻机就位后，安装调试。注浆管直接用来钻孔，为保证注浆效果，每次注浆深度设定为4m，约8次循环开挖（每次开挖0.5m）。
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3、到达钻进深度后，开始反转抽钻，同时钻头处向地层中注射双液浆，磷酸-水玻璃分别在二重管端头的浆液混合器充分混合，向地层扩散，二重管边后退边注浆，直至止浆墙附近，注浆过程采用注浆压力和注浆量双控指标控制。
4、一个孔位注浆完成后，连续进行相邻孔位注浆，至全部孔位完成注浆。24H后，可视情况采用超细水泥浆液补充注浆，进一步填充水分流失形成的空隙。
根据取芯检测，该方法注浆的扩散半径为1.0-1.5m，加固体强度约为0.2-0.3MPa，可有效固结砂层。开挖过程中未出现拱部土层掉落、坍塌，基本保证了开挖支护施工的安全。应用该注浆加固方案，顺利完成该地铁出入口暗挖段（长度39.2m）的施工。
三、结束语
城市地铁浅埋暗挖法施工时，必须确保“管超前、严注浆”的前置条件。尤其在无水粉砂层中进行开挖施工，地层粘聚力极小，传统注浆方法难以达到加固效果，必须制定针对性的注浆方案。本工程施工过程中，通过试验优化，采用磷酸-水玻璃双液浆后退式注浆方案达到了加固效果，保证了在无水粉砂层中进行浅埋暗挖的施工安全。
参考文献：
[1]张旗 磷酸-水玻璃双液帷幕注浆在粉砂层中加固土体的应用 城市建设理论研究；
[2]李东江 地铁浅埋暗挖隧道粉细砂层地质注浆工艺研究 黑龙江科技信息
[3]洪三金，蒋学文，邬疆 全断面富水砂层浅埋暗挖隧道施工技术 《建筑施工》
论文作者:刘海飞
论文发表刊物:《城镇建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/14
标签：注浆论文; 水玻璃论文; 导管论文; 浆液论文; 磷酸论文; 超前论文; 地层论文; 《城镇建设》2020年第2期论文;