中铁二十局集团第四工程有限公司 山东青岛 266061
摘要：注浆已成为地下工程建设中必不可少的环节，在地跌建设中，超前小导管注浆、初支背后注浆、地下水丰富的区域止水堵漏、区间下穿建筑物时围岩及地面的加固、塌方段的回填加固都需要注浆工艺，注浆工艺已举足轻重。
关键词：矿山法 注浆材料 注浆工艺 地铁区间止水 围岩加固
随着城市的快速发展，地铁已经成为重要的交通工具，然而在地铁建设过程中各环节都离不开注浆工艺。下面就注浆工艺在矿山法施工地铁区间时进行加固和止水方面进行探讨。
1、工程概况
青岛地铁一期工程3号线土建04标区间左线全长1270.675m，右线全1299.467m。采用矿山法施工，中间设临时施工竖井一座，区间曲线半径最大为450m，最小350m，纵坡最大29.136‰。地层由上至下依次为：杂填土、第四纪全新世冲洪积层、强风化花岗岩。隧道主要穿越地层为强风化下亚带、中风化、微风化花岗岩，局部为煌斑岩岩脉及碎裂岩。围岩等级有II、III、IV、VI级围岩。地下水类型赋存方式主要为第四系松散堆积层孔隙水、基岩裂隙水。第四系填土层、粗砾砂层直接覆盖于基岩之上，松散层孔隙水与下部的基岩裂隙水有一定的水力联系。基岩裂隙水主要赋存于结构已大部分破坏、节理裂隙极为发育的强风化花岗岩及节理裂隙较为发育的中风化花岗岩中。
2、矿山法及其原理
矿山法的基本理论依据是，隧道开挖后受爆破影响，造成围岩体破裂形成松弛状态。鉴于这种松弛荷载理论依据，其施工方法是采取分割式按分部顺序一块一块的开挖，从而边挖边支护以确保安全。
3、注浆材料
3.1注浆材料及特点
3.1.1注浆材料
以改良地基为目的，在地基中注入的材料称为注浆材料。在注浆过程中会发生由液相到固相再转变成结石体的现象。
注浆原材料包括主剂和助剂，助剂可根据它在浆液中的作用，分为固化剂，催化剂，速凝剂、缓凝剂和悬浮剂等。注浆液是原材料用水或其他溶剂混合后所配制的浆液。浆液经过一定的化学或物理反应之后最终形成结石体，用以充填、堵塞地层中的裂隙或孔隙，达到堵水或加固的目的。
3.1.2注浆材料需必备的特点
浆液粘度低、流动性、可注性好，能够进入细小隙缝和粉细砂层；凝固时间能准确地控制；稳定性良好；无毒、无臭，不污染环境，对人体无害；对注浆设备、管路、混凝土建筑物及橡胶制品无腐蚀性，并且容易清洗；固化时，无收缩现象，固化后有一定粘结性，能牢固地与岩石、混凝土及砂子等粘结；结石率高，抗渗性好；结石体耐老化性能好；配制方便，操作容易掌握，原材料来源丰富，价格便宜，能够大规模使用。
3.2注浆材料的分类
注浆材料可分为无机系列和有机系列。其中无机系列包括单液水泥类浆液、水泥粘土类浆液、水泥—水玻璃类浆液、水玻璃类浆液。有机系列又包括丙稀酰胺类浆液、质素类浆液、脲醛树酯类浆液、聚氨酯类浆液、其他有机类浆液。
3.2.1无机系列注浆材料
a.无机系列注浆材料中纯水泥浆是不包括附加剂，只有水泥和水调制而成的浆液。从试验结果可以看出，随着水灰比的增大，水泥浆的粘度、密度、结石率、抗压强度等都有十分明显的降低，初凝、终凝时间逐渐延长。
b.单液水泥类浆液是以水泥为主包括添加一定量的附加剂，用水配制而成，采用单液方式注入。其中附加剂是能够缩短水泥凝固时间的化学药剂。在一般情况下，是在水泥浆中加入占水泥重量5%以下氯化钙或占水泥重量3%以下的水玻璃。配制浆液力求加料严格准确，顺序一定要先加水，在搅拌的情况下再加水泥，以免搅拌机卡住，待搅拌均匀后，再加入附加剂。其特点是原材料来源丰富，价格低廉；浆液结石体强度高，抗渗性能好；工艺及设备简单，操作方便；其缺点是液初、终凝时间长，不能准确控制，容易流失，结石率低。
c.水泥—水玻璃类浆液又称CS浆液，是以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定的比例采用双液方式注入，必要时加入附加剂所形成的注浆材料。水泥—水玻璃浆液的性能一般注重浆液的凝胶时间和抗压强度这两种性能。凝胶时间是指水泥浆与水玻璃相混合时起至浆液不能流动为止的这段时间，影响因素有水泥品种、水泥浆浓度、水玻璃浓度、水泥浆与水玻璃体积比及浆液湿度等；水泥—水玻璃浆液结石体抗压强度高，增长速度快，影响其抗压强度因素主要有水泥浆浓度、水玻璃浓度、水泥浆与水玻璃体积比等。水泥—水玻璃浆液的特点是浆液可控性好，凝胶时间可准确控制在几秒至几十分钟的范围内；浆液结石体强度高，可达10.0～20.2MPa；浆液的结石率高，可达100%；结石的渗透系数小，为10-3cm/s；该浆液适宜于0.2mm以上的裂隙。材料来源丰富，价格便宜。
3.2.2有机系列注浆材料
有机系列注浆材料包括丙烯酰胺类浆液、脲醛树脂类浆液、环氧权脂浆液、聚氨酯类浆液等。这里主要论述聚氨酯类浆液。
聚氨酯类浆液是一种防渗堵漏能力较强、固结强度高的注浆材料，浆液中含有未反应的异氰酸基团，遇水发生化学反应，交联生成不溶于水的聚全体，因此能达到防渗、堵漏和加固目的。聚氨酯类浆液可分为：水溶性和非水溶性浆液两大类，非水溶性聚氨酯是由多异氰酸酯和多羟基化合物聚合而成。
a.水溶性聚氨酯浆液
水溶性聚氨酯浆液由预聚体和其他外加剂所组成。预聚体也是由聚醚树脂和多异氰酸酯反应而成。
该浆液的特点：浆液能均匀地分散或溶解在大量水中，凝胶后形成包有水的弹性体；结石体的抗渗性能好，一般在10-6～10-8cm/s之间；浆液的凝胶时间可根据催化剂或缓凝剂的用量在数秒到数十分钟之间调节。
b.非水溶性浆液的特点
浆液是非水溶液性的，遇水开始反应，因此不易被地下水冲稀或冲失；浆液遇水反应时发泡膨胀，进行二次渗透，扩散均匀，注浆效果好；结石体抗压强度高；采用单液系统注浆，工艺设备简单。
4、注浆技术及设备
根据注浆材料的不同注浆设备也对应不同，通常有无机系列材料注浆设备和有机系列注浆设备，有单液浆设备和双液浆设备，还有大型设备和小型设备等等不同。以下是几种无机材料注浆设备可供参考，详见表1。
表1 注浆机参数表
浆液单孔注浆量：Q =π·R2·h·n·α·（1+β）
式中：Q--浆液注入量（m3）；R--浆液有效扩散半径（m）；h--注浆段长度（m）；n--围岩孔隙率；α--浆液充填系数；β--损失率。
5、注浆工艺在实际工程中的应用
以下就笔者亲历项目中实例诠释注浆工艺的典型应用：
5.1超前小导管加固围岩注浆
5.1.1注浆原理
超前小导管注浆用于围岩破碎带较多，需要采用超前支护才能进行开挖的围岩，注浆范围一般为隧道拱部120°范围。
5.1.2注浆工艺参数
5.2.3注意事项
首先对于已完成的初期支护段进行地质孔洞检测，对于有孔洞部位进行回填注浆。同时按照设计注浆。有渗水或明流水部位可采用双液浆进行止水，根据水量的大小可以考虑超细水泥或硫铝酸盐水泥作为注浆原材料。区间洞顶部倒孔注浆结束后，先关闭孔口闸阀后再停机，孔内无反浆即可拆除孔口闸阀。初衬混凝土强度达到设计强度70%时，即可进行注浆作业；注浆分为两步进行：第一次注浆压力为0.3～0.5Mpa，注浆结束标准以达到结束压力（0.5Mpa）后，持压5min，以不进浆为结束；第一次注浆结束5h后检查孔口如发现孔口浆液不饱满，即进行第二次注浆，不得利用原孔进行，直至孔口饱满为止。
5.2.4回填注浆效果
对回填注浆部位进行再次地质孔洞进行检查，效果显著，均已达到设计要求。
5.3矿山法Ⅳ级围岩格栅钢架支护涌水注浆
5.3.1注浆原由
区间左线大里程K7+747下穿假建筑物，采用50cm间距格栅钢架和双层小导管型支护形式，5月4日凌晨，区间上台阶涌水量突然加大，主要集中在拱顶及右侧拱腰打设小导管部位，涌水量10m3/h，区间上台阶围岩为微风化煌斑岩与中风化花岗岩接触带，拱顶附近节理裂隙较发育，地下水呈涌流状出露，综合判定围岩级别Ⅳ级不变，鉴于地下水水量较大需加强超前止水措施。
5.3.2涌水处理措施
针对掌子面涌水情况，为保证上部建筑及周边地下管线的安全，应立即采取周边10m深孔注浆堵水，钻孔孔径Φ76mm，钻孔数量拱部左侧2个，拱顶及拱部右侧6个，注浆采用硫铝酸盐水泥+水玻璃双液浆，水玻璃浓度Be35'，当注浆孔涌水量大，进浆快时，选用较浓浆和凝胶时间短的配比。须在24h内堵住掌子面涌水。
5.3.3注浆步骤
采用钢筋锚杆、挂网片，喷射20cm厚混凝土封堵掌子面，使得封堵的掌子面与开挖围岩成为整体，然后钻孔安装注浆导管，让涌水沿着注浆管流出，最后对于涌水集中的注浆管进行注浆。
5.3.4注浆效果
经过一昼夜的注浆止水，拱顶涌水明显减小，局部有渗水和滴露现象，浆液扩散半径比较理想，结石率高。能够有效的填充岩石裂隙和破碎岩体，止水效果显著。
5.4仰拱渗水化学浆液注浆
5.4.1注浆原由
地下岩体开挖时地层经过扰动，形成裂隙，地下水通过仰拱地下岩石裂隙，从仰拱初支渗出。造成初期支护仰拱有明显渗水，影响二衬的施工，经现场调研，预采取化学浆液注浆堵水，为二衬施工创造良好的施工环境。取左线K7+160～K7+180作为试验段进行全封闭化学止水。止水前拱顶及边墙基本没湿泽，仰拱有个别地方出现渗水，正中间有直径约2cm的明水流。
5.4.2注浆措施
采用新型高分子材料“固安特”注浆材料对喷射混凝土基层进行渗漏水裂隙封堵加固。固安特CM-13是一种双液型高分子聚合产品，是一种低粘度，双组分合成高分子材料，专门用于地层加固和水流封堵。
5.4.3技术参数
仰拱轮廓线注浆方式
注浆孔布置图如下：
5.5.4注意事项
在注浆时应加强对建筑物地下室底板监测，保证注浆不引起上方建筑物底板隆起、变形、跑浆现象；终注标准：在注浆压力升至设计压力后终注，或者在1.0Mpa压力条件下每延米注浆加固吸浆量<2L/min稳压15min后终注。分段注浆：分段注浆间距按1.0～2.0m考虑。
5.5.5注浆效果
通过袖阀管注浆能够有效得对下沉建筑地基及持力层进行加固和控制。注浆及时加固效果显著。
5.6塌方段回填加固注浆
5.6.1注浆原由
区间小里程双侧壁段k7+126里程右侧导坑掌子面14：30拱顶正上方围岩出现不稳定滑层加剧发展成塌方。塌方体位于掌子面前方，纵向长2～3m，宽度2m，高度约0.5～0.8m。塌方位置拱部为强风化岩体，掌子面主要为强风化层，基本无水，现场偶尔土体掉落。15：30对掌子面对应的车流量很大的路面部位进行围挡。同时向掌子面及塌方空腔回填沙袋并封堵掌子面。
5.6.2塌方段注浆措施
封闭的掌子面前0.5m和1m处已支护地段各打设1排Φ42超前小导管注浆加固，小导管长度4m，环向间距0.4m；回填注浆，喷20cm厚C25砼封堵掌子面，对该导洞全断面1m×1m梅花型布置打5.5m长直径Φ42注浆管加固回填砂土，在开挖前对加固土体作取芯检测，确保加固土体密实后方可开挖。
5.6.2注浆工序
注浆人员三班倒24h进行注浆。注浆材料选用普通硅酸盐P.O42.5水泥，水灰比为1：1，注浆压力1～2MPa，注浆顺序先下方后上方。注浆结束时7天累计注浆41吨水泥，有效填充塌方处空腔部位并使得填充的沙袋紧密的结合成为整体。
5.6.3钻心取样
探孔穿过塌方体段取样表明所注的水泥浆能够把回填沙袋固结在一起，伴随水泥结体的存在。对强风化围岩加固效果显著，最终顺利通过塌方段。
6、结束语
以上是笔者对该项目注浆工艺在不同用途中应用的总结，愿对相同项目或类似项目能够有所参照和借鉴。
参考文献：
《土木工程材料》 中国建筑工业出版社
《隧道与地下工程注浆技术》 作者： 崔玖江，崔晓菁 主编
《工程地质学》 作者：时伟 主编
论文作者:王胜利
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第21期
论文发表时间:2019/5/10
标签：浆液论文; 注浆论文; 围岩论文; 水玻璃论文; 裂隙论文; 材料论文; 水泥论文; 《建筑细部》2018年第21期论文;