浅埋暗挖隧道全断面帷幕注浆施工技术

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摘要：本文介绍了浅埋暗挖隧道采用超前全断面帷幕注浆止水施工技术减少地层失水对地表植物、建筑物以及管线的影响，并加快隧道施工进度的成功经验，仅供同行参考。

Abstract： This paper introduces construction technologies for advanced full-face curtain grouting in shallow tunnels， which can reduce the influence of formation water loss on the surface plants， buildings and pipelines. This successful experiences of tunnel construction schedule are analyzed just for peer reference.

关键词：浅埋暗挖；帷幕注浆；隧道

Key words： shallow excavation；curtain grouting；tunnel

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）19-0160-03

0 前言

浅埋暗挖隧道施工渗水以地表示为主，浅埋隧道土体工程性差，含水率高，开挖时土体无自稳能力，土体通过渗水浸泡可形成流沙、涌泥等危险。隧道开挖时超挖较大，封闭不密实，造成隧道初支背后空洞加之地层失水从而引起地表塌陷等工程事故。尤其是城市地下工程为减少地层失水对地表植物、建筑物以及管线的影响，在设计方向已明确规定不允许排水。针对以上难题城市地下工程可通过帷幕注浆施工止水，以改善土体性质，加固地层提高土体自稳性能和抗压强度，并起到加快施工进度的效果。

1 工程概况

莞惠城际铁路GZH-6标暗挖区间隧道设计起点里程DK33+022.303，终点里程DK33+835.447。本隧道为Ⅵ级围岩，隧道拱顶埋深为8～10m，勘测期间地下水水位埋深1.30～9.0m，隧道开挖掌子面岩层分层明显，依次为素填土层、淤泥层、流沙层、全风化混合片麻岩层、强风化混合片麻岩层。线路穿越城市主干道、废旧鱼塘等，道路周围地下管线密集，种类繁多，道路处于两镇交界处，车流量较大，为减少地层失水对地表影响，隧道以堵为主，不设计排水。隧道设计全断面帷幕注浆止水，注浆材料为水泥―水玻璃双液浆。

2 施工重点与难点

2.1 施工重点

隧道内全断面帷幕注浆采用水泥-水玻璃双液浆，控制注浆时的压力、浆液凝固时间、注浆量是注浆施工的重点。

2.2 施工难点

隧道掌子面岩层复杂多变，依次为素填土层、淤泥层、流沙层、全风化混合片麻岩层，其中粘土层与沙层分层明显，且地下水丰富，沙层涌水量较大，选用的注浆方式、浆液配比、注浆压力等均不相同，合理选用适合地层的注浆方案是帷幕注浆成败的关键也是施工的难点。

3 全断面帷幕注浆施工准备

3.1 隧道掌子面封闭施工

隧道开挖施工前必须封闭掌子面首先进行全断面帷幕注浆止水施工，封闭掌子面封闭方式采用钢筋网片+锚管+横（纵）压筋+C20喷射混凝土，施工时在掌子面上打入3.0m的？准42.5mm钢管，梅花型布置，间距2.0m，打入角度为掌子面斜下45°，锚管外露25cm，布置图见图1。

在锚管上方安放单层钢筋网片与钢管焊接，钢筋网片规格采用Ф8mm钢筋，网格150mm×150mm，网片之间搭接1个网格，网片与网片之间使用电焊焊接，网片与围岩留置40mm厚保护层。网片安装完毕后设置横向和纵向压筋，横向压筋每隔2m设置，纵向每隔2.0m设置，布置图见图1。

压筋采用Ф22钢筋，所有压筋必须与打入的锚管进行焊接后方可喷射C20混凝土，混凝土喷射厚度为200mm厚。待掌子面混凝土达到设计强度后方可进行超前隧道全断面注浆施工。

3.2 全断面帷幕注浆孔位标示

封闭掌子面完成后测量人员按照图纸文件放样孔位，全断面共计77孔位，放样图见图2。

4 全断面帷幕注浆施工施工技术

莞惠城际铁路GZH-6标暗挖区间隧道以水泥-水玻璃双为液浆进行注浆加固，注浆就是在一定的压力下，将可凝固的液体压入地层和结构物空隙内，填充凝固，从而达到改良地层和结构物性能，起到加固、止水的目的。浆液注入土体中，一般先是渗透，当通道被阻，浆液渗透困难，即对周围地层进行压密，当压力继续升高，在土体中产生劈裂现象，浆液顺裂缝进一步扩散。在浆液渗透、压密、劈裂的作用下起到了提高土体完整性和强度以及降低地层渗透系数和含水率的作用。因本隧道的注浆布孔方式使各孔中注浆体相互搭接以形成一道类似帷幕的防渗墙，以此截断水流，从而达到防渗堵漏的目的，因此称这样的注浆方式为帷幕注浆。注浆加固范围为隧道开挖掌子面及隧道一下断面开挖轮廓线外3.0m范围，注浆沿隧道掘进方向每10m一循环段，一个注浆段完成后留1.0m作为下一循环的止浆岩盘。施工时多功能钻机携带双液浆钻杆采用二重管双液浆注浆法一次性完成成孔、注浆。

4.1 成孔施工

①安装孔口管。施工准备工作完成后安装成孔导向管及孔口管，其规格为直径108mm，壁厚6mm，长度1.5m的无缝钢管，采用钻机按照设计位置及外插角钻直径110mm，深度1.5m的孔，将孔口管按插到钻好的孔内，端头预留10cm，安装到位后采用锚固剂填塞密实管与孔之间的空隙，外侧采用M20砂浆封堵空隙，使孔口管固定牢固。

②钻机就位。多功能钻机开至临近掌子面，通过液压系统调节钻机高度计角度，确保钻机钻杆轴线与孔位轴线相吻合。

③钻孔施工。钻孔由高位孔向低位孔进行，为防止穿孔跑浆每成孔完成一孔立刻注浆一孔。钻孔直径不小于91mm，注浆孔由工作面向开挖方向呈辐射状布置，第一环孔外插15°施工，第二环孔外插13°施工，第三环孔外插11°施工，第四环孔外插9°施工，第五环孔外插5°施工，第六环孔沿隧道开挖方向施工，每循环共设置77个注浆孔，孔深约11.3m。全断面帷幕注浆纵断面图见图3。

钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的状态判断成孔质量，及时处理钻进过程中出现的事故。成孔施工误差见表1。

4.2 注浆施工

①压水实验。单孔完成后开启注浆泵压水实验，确保注浆管路通常。

②浆液调配。注浆材料采用R42.5普通硅酸盐水泥，水玻璃的水玻璃浓度35Be’；模数2.6～2.8；水泥浆水灰比：1：1配制，注浆时使用二重管双液浆注浆法将水泥浆与水玻璃液按照1：0.6体积比在注浆管端头混合后压入地层。

③浆液压注。因本隧道掌子围岩复杂多变，其中粘土层与沙层分层明显，两种土层性质相差甚远，注浆不能使用单一的注浆方案。同一掌子面不同孔位根据围岩将采取不同的注浆方案。隧道全断面帷幕注浆范围见图4。

1）素填土层与全风化混合片麻岩层注浆时采用KBY-50/70（双液浆）注浆机配合钻机采用后退式注浆方式注浆，浆液扩散半径1.5m，浆液凝固时间约15秒，注浆压力0.5～1.5MPa。注浆时由孔底开始压注，当压力达到设计1.5MPa并持续几分钟，浆液满足设计注浆量，后退钻杆继续压注，直至钻杆退出单孔，方可施工下一孔位。2）针对隧道掌子面的黏土层采用高压劈裂后退式一次性注浆方法完成单孔注浆。因黏土层其本身渗透系性差、含水率较少，只需要通过注浆对地层挤密就可以提高土体完整性和强度以及降低地层渗透系数和含水率的作用。注浆时浆液凝固时间调小至10～15秒，注浆压力至1.8～2.0MPa并持续几分钟，浆液满足设计注浆量，后退钻杆方式继续压注，直至钻杆退出单孔，完成本孔注浆。浆液在高压的作用下在土体中产生劈裂现象，浆液顺裂缝进一步扩散并将黏土挤压密实以达到止水目的。3）沙层渗透系数较大，渗水量较大，劈裂挤密的方式止水效果不明显，需注浆真正形成混凝土帷幕将水拦截在开挖轮廓线以外。针对沙土层采用低压渗透往复注浆方法完成单孔注浆。注浆时浆液凝固时间调大至15～20秒，成孔后开始从孔底压注，每次压力至1.0MPa时后退钻杆继续压注，直至退出单孔。钻机方位不变在原孔上重新成孔至设计深度，注浆时由孔底开始压注，当压力达到设计1.5MPa并持续几分钟，浆液满足设计注浆量，后退钻杆继续压注，直至钻杆退出单孔，方可施工下一孔位。

④效果检查。注浆完成后检查单孔涌水量不大0.2L/min，且隧道涌水量小于1m3/（d・m），达到开挖要求。

5 结束语

本工程采用双液浆作为帷幕注浆材料有效的控制了隧道内的渗水，进而有效的控制了地层因失水而产生的沉降，同时也加快了隧道开挖的进度。目前隧道全断面帷幕注浆止水施工中比较成熟的技术，采用水泥水玻璃作为注浆材料克服了注水泥单液浆由于凝结时间过长，从而易形成泌水通道的缺点。同时造价又比较理想，适用范围广，施工操作简单注浆材料对环境及地下水无污染。

参考文献：

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