鞠海峰
中铁六局集团有限公司 100036
摘要：在东莞市轨道交通R2线的地铁建设中区间隧道中，隧道开挖需穿过富水、高压、上软下硬、孤石的花岗岩地层地段，采用了前进式注浆、注水泥-水玻璃双液浆的注浆加固技术，对传统的矿山法施工工艺进行改进和优化，成功的穿越了富水复杂地层，确保了隧道施工安全，较好的控制了地面沉降，为富水、上软下硬风化花岗岩土地区暗挖隧道施工提供量好的经验和方法。
关键词：富水地层，注浆加固，双液浆，注浆量，注浆压力
1 前言
随着我国经济的飞速发展，城市化进程加快，全国各大城市均陆续进行地铁建设，根据所处地点不同，在地铁施工过程遇到的地质也各不相同，尤其富水、高压、上软下硬的花岗岩地层地段更是少见，经常会遇到涌水、涌砂、塌方等灾害，给施工带来了极大的困难和安全隐患，在东莞市轨道交通R2线的地铁建设中区间隧道需通过富水、高压、上软下硬、孤石的花岗岩地层地段，区间暗挖隧道施工前需进行注浆加固处理施工。
本论文通过东莞市轨道交通R2线2310标陈寮区间隧道的注浆加固试验段的施工，对富水、高压、上软下硬、孤石的花岗岩地层注浆加固进行了试验，主要有：注浆方式、浆液选择、配合比、注浆量、注浆压力、施工机具等，最终取得了具体可行的注浆量、配合比、注浆压力等主要施工工艺参数，进而修改和完善设计参数，并为以后及东莞市轨道交通的隧道注浆加固处理提供了依据。
2 工程概况及特点
2.1 工程概述
陈屋站～寮厦站区间为矿山法施工隧道，线路总长2146m，隧道采用双洞单线矿山法施工，在YDK25+910和YDK27+095设置矿山法施工竖井，在YDK26+616.5设置中间风机房。其中1#竖井～陈屋站区段593m，该区段自2012年1月1日开始进入横通道、2012年4月6日进入正线施工以来，一直受到地下水丰富、花岗岩强风化残积地层遇水软化崩解的问题影响，施工进度异常缓慢，施工地质危害屡屡发生，存在开挖困难、地面沉降大、施工进度缓慢、涌水、涌砂、溜塌安全风险等情况。
2.2 工程地质
隧道洞身围岩主要为全风化、强风化、中风化、微风化花岗闪长岩，残疾土层施工开挖易发生掉块、塌方、涌水等现象；其中左线ZDK25+312.804～+810、ZDK25+880～+930；右线YDK25+311～+920隧道围岩主要为花岗闪长岩残积土及全、强、中等、微风化层混合层，自稳性较差，残积土及全、强风化层遇水易软化、崩解，强度降低，同一开挖断面存在上下、左右软硬不均的现场，且在残积土及强风化层中存在球状风化体。本区段范围内无地表水系。地下水主要有第四系孔隙水、基岩裂隙水，裂隙水发育具非均一性。地质断面图见图2.1。
2.3 工程特点
2.3.1水量大
根据现场实际统计，1#竖井往陈屋站方向隧道涌水量非常大，现场抽水量统计每天约为1600m3左右，远远超出了类似花岗岩地层含水量，与我们投标及施工策划时的预期相差甚远。这也是导致实际工期比策划工期滞后的根本原因。具体分析其原因，主要是在隧道开挖时，由于开挖掌子面呈临空状态，由于水头差的存在，掌子面成为水量汇集后涌水的薄弱面。在水的作用下，掌子面全、强风化花岗岩迅速软化崩解，强度急剧降低造成涌水、涌砂、溜塌险情。
2.3.2地质条件复杂
地下水极为丰富，而洞身围岩主要为花岗闪长岩残积土及全、强、中等、微风化层混合层，自稳性较差，残积土及全、强风化层遇水易软化、崩解，强度降低，同一开挖断面存在上下、左右软硬不均的现场，且在残积土及强风化层中存在球状风化体。施工开挖易发生涌水、涌砂、溜塌等现象，开挖效率低，特别是因此出现险情处理险情耽误的时间严重影响施工进度。
图2.1 陈屋站~寮厦站区间1#竖井往陈屋站方向左线工程地质断面图
表1.1 上海市公交、自行车发展状况一览表
* 括号内为全市流动人口流入人口
1.2 大城市公共交通线网规划的特殊性
1.2.1 我国大城市公共交通特点
大城市的性质、结构形态与中小城市有差别，这主要表现在以下几方面：
1、人口多，面积大；
、社会、经济、文化活动频繁；
3、城市功能区域划分明显；
4、有明显的CBD；
5、人均交通设施水平往往较低；
2.3.3地面沉降及周边建（构）筑物的安全
在隧道开挖施工过程中，由于失水影响，造成地面沉降较大，至2013年3月29日YDK25+730+D10地面沉降监测点已经累计达到-76.38mm，已超过设计控制值。由此造成位于里程段YDK25+760～730处的路面路缘石及附近夹板市场商铺的门柱和室内地板砖开裂，这些商铺已经多次到我部进行投诉。
2.3.4工期紧、进度影响
由于地下水丰富，地质条件较差，经常发生险情，往陈屋站方向施工进度非常慢，开工以来右线小里程平均每天进尺0.53m，左线小里程平均每天进尺0.56m。
另外，从2013年1月至2013年7月由于地下水较大、地质较差，经常出现险情后需进行掌子面封堵和注浆处理，进度统计为：2013年1月左线小里程方向共计施工6.6m，右线小里程方向共计施工17.4m；2013年2月左线小里程方向共计施工17.4m，右线小里程方向共计施工16.2m；2013年3月1日至今左线小里程方向共计施工7.8m，右线小里程方向共计施工4.8m。
3 注浆加固目的
注浆加固浆液采用水泥-水玻璃双液浆，注浆量先由设计给定参考值，监理组织现场试验最终确定施工参数。
本次隧道注浆加固试验段主要有两个目的，一个是进行隧道注浆加固试验段施工，为下步隧道施工提供借鉴，第二个是通过隧道注浆加固试验段确定隧道注浆加固的相关参数。
4 注浆加固范围
根据地质详勘报告内容所述地质情况和现场实际揭示的工程地质情况，对隧道上半断面或全断面实施超前帷幕预注浆，横断面注浆范围为：上半断面开挖轮廓线以外3m，下半断面开挖轮廓线以外2m。上半断面加固体积为（61.36*3+（61.36-10.49+3.56）*4）/7=57.4m3
下半断面加固体积为（48.46*3+（48.46-16.18-3.56）*4）/7=37.18m3全断面加固体积为（61.36*3+（61.36-10.49）*4+48.46*3+（48.46-16.18）*4）/7=94.58m3。
5.2注浆方式、注浆孔布置
隧道注浆加固方式采用前进式注浆。
根据钻机性能，选用每循环注浆段长10米；注浆就是要使浆液扩散到注浆孔周边预定范围内的所有岩层裂隙中，所以注浆孔的布置要以浆液扩散不出现空白为原则，据此根据设计注浆孔数量以隧道中轴为中心呈伞盖形布置。
每循环注浆长度10m，单孔有效扩散半径0.75m左右；注浆范围为：上半断面开挖轮廓线外3m，下半断面开挖轮廓线外2m。
纵向方向由工作面向开挖方向呈辐射状，钻孔布置成圆形圈，最外圈环向间距1.0m，孔底间距（1.0～1.5）R。见图5.2。
5.3 注浆顺序
注浆顺序采用先注外圈孔、底部孔，封闭后再注中间孔的原则，每环注浆孔采取隔孔注浆的原则。即先注（3-1#～3-11#）环、（2-1#～2-11#）环，再注底排1-1#、1#、16#、13#、12#、15#、21#、11#、1-11#，形成封闭环，再注中间部位的第1环、第2环、第3环和第4环。
5.4注浆材料
水泥浆液采用普通硅酸盐，强度等级Po42.5，水玻璃浓度30°Be，模数2.6。
5.7注浆结束标准
（1）注浆压力或注浆量达到设计标准，采用隔孔注浆时，先期孔注浆量相对大设计注浆量10～20%左右，后期孔相对小设计注浆量10～20%左右。
（2）检查孔钻取岩芯，浆液充填饱满。
（3）所有孔注完后，掌子面无明水、无股水现状。
（4）满足掌子面开挖条件。
6 按设计初始参数完成后效果检查
在上半断面注浆加固结束后，于2013年5月31日进行了钻孔抽芯检查，共钻2个孔对注浆效果进行检验，并取岩芯观察浆液充填情况，掌子面无明水、股水现象，根据开挖的效果，浆脉明显，掌子面稳定。
7 注浆量情况
7.1理论注浆量填充率计算
隧道注浆数量根据地层孔隙率确定，一般按照下列公式计算：
Q=πR2 hnαβ
Q——单管注浆量，m3
R——浆液有效扩散半径，m
h——注浆长度，m
n——土体孔隙率，%
β——浆液充填率，%（取0.6~0.7）
α——超耗系数（含超注量、冒浆、损耗等），α=1.1~1.2
根据《东莞市城市快速轨道交通R2线工程（东莞火车站～东莞虎门站段）陈屋站～寮厦站详勘阶段岩土工程勘察报告》（2010年11月），隧道穿过土层孔隙比分别为：<6-6>硬塑状砂质粘性土e=0.841，<9-1>全风化地层e=0.787，<9-2>强风化地层e=0.778。
则土体孔隙率n分别为：
<6-6>地层n=0.841/（0.841+1）=0.4568
<9-1>地层n=0.787/（0.787+1）=0.4404
<9-2>地层n=0.778/（0.778+1）=0.4376
则注浆量填充率计算为：
（1）<6-6>地层填充率为nαβ=0.4568*0.7*1.2=0.3837
（2）<9-1>地层填充率为nαβ=0.4404*0.7*1.2=0.3699
（3）<9-2>地层填充率为nαβ=0.4376*0.7*1.2=0.3676
7.2试验段注浆量
试验段注浆加固详细注浆记录见附表，隧道注浆加固试验段注浆量统计见表7.1。
8 参数总结
8.1对本区间隧道在<6-6>砂质粘性土、<9-1>全风化花岗岩、<9-2>强风化花岗岩地层中采用隧道注浆加固是有必要的；
8.2陈～寮区间隧道1#竖井至陈屋站方向采用前进式注浆是可行的；
8.3水泥-水玻璃浆液配合比：通过现场浆液试配、钻机可注性、土体实际注入情况等，现场水泥-水玻璃浆液配合比为：水灰比1：1，水泥浆液：水玻璃浆液=1：0.7；
8.4通过试验段注浆量的统计分析，<9-2>地层上半断面注浆加固注浆总量为176.7m3，平均隧道单延米注浆量为25.24m3；下半断面注浆注浆总量为118.44m3，平均每米注浆量为16.92m3。全断面平均每米注浆量为42.16m3。
<9-1>、<6-6>地层上半断面注浆加固注浆总量为194.08m3，平均隧道单延米注浆量为27.73m3；下半断面注浆注浆总量为129.57m3，平均每米注浆量为18.51m3。全断面平均每米注浆量为44.24m3。
8.5注浆压力：上半断面在0.5～1.71MPa之间，下半断面在0.5～1.45MPa之间。
8.6每循环注浆加固时间：上半断面注浆加固时间为4天，下半断面注浆加固时间为3天。
8.7监测情况，隧道注浆加固后地面沉降基本趋于稳定。
8.8开挖情况：注浆加固后进行开挖，掌子面土体稳定，局部存在小掉块现象，下台阶开挖后存在小量的渗水，已不影响开挖，开挖进尺为每天二个半循环，即1.5m/d，折合综合指标为0.75m/d。
9 结语
在该富水、高压、上软下硬风化花岗岩残积土施工中，采用了前进式注浆、注水泥-水玻璃双液浆的注浆加固技术，对传统的矿山法施工工艺进行改进和优化，成功的穿越了富水复杂地层，确保了隧道施工安全，较好的控制了地面沉降，为富水、上软下硬风化花岗岩土地区暗挖隧道施工提供量好的经验和方法。
参考文献：
[1]刘钊，余才高，周振强．地铁工程设计与施[M]工，北京：人民交通出版社，2004．
[2]关宝树，杨其新．地下工程概论[M]，成都：西南交通大学出版社，2001．
[3]铁道部．铁路工程施工技术手册—隧道[M]，北京：中国铁道出版社，1999．
[4]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京：人民交通出版社，2010．
[5]生金，等.厦门翔安海底隧道穿越富水砂层施工技术[J].岩石力学与工程学报，2007．
[6]王树国，等.宜万铁路别岩槽隧道F1高压富水断层施工技术[J].铁道工程学报，2008，9（120）：66~70．
[7]李德章.复杂环境下超浅埋地下通道施工技术研究[J].安徽建筑工业学院学报，2009，17（2）：l~3．
[8]李洪文.富水流砂地层隧道全断面注浆固结止水技术研究[J].四川建筑，2013，33（1）：154~156．
论文作者:鞠海峰
论文发表刊物:《基层建设》2015年4期
论文发表时间:2015/9/25
标签：注浆论文; 隧道论文; 断面论文; 地层论文; 浆液论文; 里程论文; 花岗岩论文; 《基层建设》2015年4期论文;