地铁隧道超细水泥注浆加固地层施工工法.doc

地铁隧道超细水泥注浆加固地层施工工法 中铁十九局集团第二工程有限公司 杨勇1、前言 随着经济的发展，城市交通拥挤问题已经成为大型城市发展的一个难题，发展地下交通运输已经成为大型城市交通发展的一个必然趋势。目前，北京、沈阳、上海、广州、南京等都有多条地铁在建设，天津、成都、西安等城市都在准备修建地铁交通。如何针对一些特殊地质状况应用新工艺、新方法解决此类难题，是我们面临的一个新课题。 在北京地铁十号线呼家楼站工体北路站区间隧道施工中，由于地层残留水无法通过管井降水疏干，施工中带水作业，在区间隧道右线K19+325K19+364里程，开挖面为粉土2层，出现涌水、流泥、流砂，采用拱部超前小导管注浆加固止水效果不佳，不能解决地层坍塌难题，初支开挖无法通过。经研究采用全断面注超细水泥浆加固地层，解决了涌水、流泥、流砂难题，安全、顺利地通过了困难段，保证了施工工期。 2、工法特点 2.1、施工方法简单、实用，工人经简单培训后便可进行施工。 2.2、采用常规机具、设备，且基本与现场设备通用，在设备上不需重新投入。 2.3、施工工期短，不需占用大量工期时间。 2.4、施工方便，只需搭设一个简易平台，注浆、浆液拌和设备布置在隧道仰拱上即可。 2.5、环保可靠，对地下水和环境均不产生污染。 3、适用范围 适用于地下工程施工中，粉细砂及黏土属低渗透性地层的止水和加固。 4、工艺原理 利用ZM150型螺旋电钻在需加固地层水平方向钻设注浆孔，注浆孔孔的直径要小于小导管的直径，然后用风镐把小导管顶入注浆孔，小导管施工完成后，在注浆加固的掌子面施工10cm厚止浆墙，注超细水泥和水玻璃双液浆加固掌子面地层。 超细水泥注浆材料由极细的水泥颗粒组成。它的化学成分与性质和水泥类似，但其平均粒径仅4m，最大粒径直径约为10m，比表面积在8000cm2/g以上，这一性质使超细水泥浆液有很好的可注性。能注入渗透系数为10-310-4cm/s的细砂层。超细水泥与化学浆液的注入性相近似，而其结石强度高于化学注浆材料。 5、施工工艺 5.1、工艺流程 5.2、施工方法 5.2.1、小导管加工 小导管的制作加工按图5.2.1-1所示小导管结构要求进行，小导管的前端加工成圆锥形并予以封焊严实，管中线和锥体同中线，锥体长度为15cm，管身用台钻加工溢浆孔，孔径6mm，溢浆孔外用8mm钻杆扩孔，用铝片封孔，防止小导管打设时溢浆孔堵塞。 5.2.2、小导管施工 1）小导管管位布设：根据施工设计情况，开挖面两拱脚到拱肩位置小导管布设为间距30cm，长度6m，梅花型布置；拱脚下1.8m小导管布设为间距40cm，长度6m，梅花型布置。具体布设情况见图5.2.2-1。 2）煤电钻引孔：在粉土和粉质粘土中打设6m长的32mm小导管很难施工，所以先用煤电钻钻取5.5m深孔，孔径30mm为宜，引的孔比小导管短和小，便于小导管打入后和周围土体接触密实，注浆时防止浆液沿管流出，压破止浆墙。 3）安设小导管：安设小导管时应对准管孔的方向和角度，用风镐顶入，管尾端在同一剖面且外露30cm。 5.2.3、止浆墙施工 小导管施工完成后，用棉纱封堵好管口，挂网喷射1015cm厚混凝土。 5.2.4、注浆 1、注浆参数的确定 1）注浆扩散半径：根据地层情况，现场试验实测浆液扩散半径为0.20.25m。 2）注浆量的计算：单根小导管浆液注入量QL可按下式估算： QL=RK2L 式中RK浆液扩散半径； L 小导管长度，4m、6m； 岩体孔隙率，可值0. 350. 5； 浆液有效填充率，约0.3 0.9； 浆液损耗系数，可值1.11.5。 6m单管注浆量QL=3.140.2260.50.81.2=0.36(m3)，4m单管注浆量QL=3.140.2240.50.81.2=0.24(m3)。 3）注浆压力：在粉土和粉质粘土中注超细水泥，终压力控制在2MPa。 2、浆液配制 1）浆液配合比 超细水泥注浆采用超细水泥浆-水玻璃双液浆，浆液配比为： 超细水泥浆为超细水泥：水：缓凝剂（磷酸氢二钠）=1：1：0.02 水玻璃浆为30Be 双液浆为超细水泥浆：水玻璃=1：1 2）浆液配制 浆液配制时超细水泥浆采用搅浆机搅拌，搅浆机容桶容积为140L，施工时开动搅浆机，在容桶内放入100L水，倒入2Kg缓凝剂，匀速倒入100Kg超细水泥，搅拌均匀后放入储浆槽；水玻璃倒入注浆桶，稀释到30Be。 注浆时超细水泥浆和水玻璃浆1：1注入。 3）注浆次序 超细水泥注浆主要是加固开挖面土体为目的，布设小导管比较多，所以，注浆时各管之间要有相互的影响，受前期注浆孔的影响，后期注浆孔的注入浆液会随着浆液压力或其它因素而发生偏流，为了获得均匀的流动，得到良好的注浆效果，具体注浆次序规定为，从外向里注，从下向上注，隔1注1施工。详见图5.2.4-1。 4）注浆 注浆使用活塞式双液注浆机（GZJB），注浆机最大压力为7MPa。施工时先把小导管连接好，注浆前先压水试验管路是否畅通，然后开动注浆泵，通过闸阀使超细水泥浆与水玻璃浆液在注浆管内混合，再注入小导管，压入地层，注浆工艺详见图5.2.4-2所示。 5.2.5、注浆效果检查 注浆效果检查采用开挖后根据开挖情况检查，浆液扩散范围内土体固结，开挖时不塌落，视注浆合格。 5.3、劳力组织 采用2班制，每班由15人组成，详见表5.3-1。 序 号 部 门 数 量 所需人数1 管理人员 4人2 小导管打设班 2 班 4人/班3 注浆班 2班 6人/班4 配合人员及喷射砼人员 6 人 合计 30 人 6、材料与设备（见表6-1、表6-2）表6-1机具设备序号 机具名称 型号 数量 备注 1 电动台钻 Z5-16 1台 小导管加工2 圆盘无齿锯 JG-400 1台 小导管加工3 电焊机 BX3-500-2 1台 小导管加工4 螺旋电钻 ZM150 1台 引 孔5 风镐 J10 1台 打设小导管6 搅浆机 GHJ180-A 1台 制配浆液7 盘秤 10Kg 1台 制配浆液8 注浆机 GZJB 1台 注 浆9 波美度计 10支表6-2 超细水泥注浆材料表序号材料名称规格主要技术指标1水玻璃30Be模数2.62.8、比重1.421.452超细水泥MC型平均粒径仅4m、比表面积在8000cm2/g以上3钢管32mm国标7、质量控制 7.1、严格控制小导管的长度，溢浆孔布置要均匀，间距符合设计要求，前端锥体长度不小于15cm，且锥体中线与小导管中线在同一中线上。 7.2、引孔时严格按照设计钻孔，长度不能超过小导管长度，孔径不能大于35mm，小导管打设时，管插入方向与成孔方向一致，管外露不小于30cm。 7.3、浆液调制采用计量准确的计量工具，严格按照设计配方配料。 7.4、应严格按照顺序分布进行注浆施工，当压力突然上升或从孔壁、地面溢浆时，应立即停止注浆。每段注浆量应严格设计进行，跑浆时，应采取措施确保注浆量满足设计要求。 7.5、注浆完成后，应采用措施保证不溢浆、跑浆。 7.6、整个注浆施工应密切注意和防止地面出水溢浆、隆起等情况，加强对施工地段的沉降观测。 8、安全措施 8.1、建立健全各种岗位责任制，严格执行现场交接制度。 8.2、注浆泵及高压管路必须试验运转，确认机械性能和各种阀门管路，压力表完好后，方准施工。 8.3、每次注浆前，要认真检查安全阀、压力表的灵敏度，并调整到规定注浆压力位置。 8.4、安装高压管路和泵头各部件时，各丝扣的连接必须拧紧，确保连接完好。 8.5、注浆过程中，禁止现场人员在注浆孔附近停留，防止阀门破裂伤人。 8.6、注浆时不得随意停水停电，必要时要事先通知，待注浆完成并冲洗后才可停水停电。 8.7、注浆施工期间，必须有专业机电修理工，以便出现机械和电器故障时能及时处理。 8.8、注浆现场操作人员必须配带安全帽、防护眼镜、口罩和手套等劳保用品，方可进行注浆施工。 9、环保措施 9.1、制定环保措施内容，对施工工人进行交底。 9.2、施工前对各种机械设备进行检查，防止因机械设备漏油而造成环境污染。 9.3、小导管加工时严格控制施工时间和控制施工噪音，防止扰民。 9.4、施工时的残存浆液和溢出浆液要导入沉淀池，沉淀达到标准后进行分类处理。 10、效益分析 10.1、经济效益 1）超细水泥与化学浆液的注入性相似，而其结石强度高于化学注浆材料，很好地解决了普通颗粒浆液难以注入地层的注浆加固的难题。每延米比采用化学注浆材料节省成本约2万元。在工呼区间隧道的应用是成功的，不但保证了隧道施工中的安全，还节约资金58万元，产生直接经济效益69.6万元。 2）施工简便快捷，普通注浆人员经培训后就可施工，不需要找专业施工队伍。 3）施工时间短，不占用大量工期，利于工程整体工期的保证。 10.2、环保、节能效益 超细水泥具有普通水泥的性质，但它的粒径比普通水泥小的多，一般水泥的粒径在44100m范围内，这些颗粒通常是难以使水泥浆液注入渗透系数小于510-1cm/s的砂层或裂隙宽度小于0.2mm的岩土体中的。而超细水泥的粒径在410m，比表面积在8000cm2/g以上，这一性质