TSS注浆技术在天津地铁工程中的应用

1、tss注浆技术在天津地铁工程中的应用t锐”张文强（中铁隧道集团有限公司，河南洛阳471009）摘要:研究目的:在天津地铁逬行暗挖法施工时，由于降水对周边环境影响比较大，不宜降水，所以注浆堵水是 一个主要辅助工法。在地层中必须进行分段注浆可以保证注浆效果，为了解决分段注浆中的成孔难钻机机 械体积较大、pvc塑料注浆管易受压变形价格较高等缺点，所以研究tss注浆技术是十分必要的。研究方法:通过对tss型注浆管及其配套系统的研制，以及注浆参数的选择和工艺流程注浆工艺的控 制，结合天津地铁营口道车站1号风机房暗挖隧道施工中的应用进行研究。研究结果:成功地解决了单向袖阀式小口径注浆管工艺（tss注浆工艺

2、）。研究结论:tss具有分段可控操作简便的特点，这样地层加固均匀，止水效果好，tss注浆技术在天洋 地铁中的应用，大大地提高了工程进度，降低了造价。尖键词:tss注浆工艺;暗挖隧道;加固地层中图分类号:u231 文献标识码:aapplicatbn of tss grouthg technology h tfanjh metroding rui zhang w en qbng(tunnel engin eering gioup cq ltd of china raitvay, luoyang, hena n 471009, china)abstract: research purposes:du

3、e to the great adverse inpact on the surrounding environment, it is not suitable lo a2 dopt dewatering ill the constructbn of the m incd tunnels of tianjin mctm therefore, gmuting is one of the major assis2 ting constructbn methods adop ted in tianjin me tin however, step - by - step grouting must b

4、e adop ted 80 as lo ensure the quality of the grouting constructbn h order to overcome such disadvantages as difficult grouting hole drilling, laie size of the drilling machines, easy defonnatbn of the pvc grouting ducts and high cost of step by - step grouting, tlierefore the studies of tss groutin

5、g technobgy is extremely essentialresearch methods: tss gmuting ducts and accompanying equipment arc devebped and piopcr grouting parameters， grouting process and grouting techniques are deteimined research is carried on by means of application of tss giouting technobgy in the construction of the m

6、ined tunnel ofna 1 ventilation loom of yingkoudao statbn of tianjin metiu research results: the techniques of single - direction sleeve - valve giouting ducts of anall diameter are mastered re sea rch conclusbn s:due to such ad van tages as step - by - step and con tio liable giou ting and snip le o

7、p e ra tbn of tss due ts, un ifo ini ground con solida tons and excellent water sealing eflfec ts are ach ieved, applicatbn of tss giou ting techz nobgy in tianjin metro results in higher constructbn progress and reduced constructbn costkey words: tss grouting technobgy; m ined tunnel; giound conj&#

8、187;lidatbntss注浆技术是在小导管注浆的基础上经过改进层的加固及堵水，近年来通过在广州深圳杭州等地研制而成的一种新型注浆技术,适用于富水粉细砂土铁及市政工程中的应用实践，该技术得到了进一步的z收稿日期：2005 - 10- 18三三作者简介:丁锐，1968年9月出生男，高级工程师；张文强，1973年10月出生，男工程师推广及改进,并取得了成功，同时增强了其对于不同地 层的适用性。天津地区地层多以淤泥质粘土粉土粉砂细砂 为主，地层软弱 含砂量高 地下水丰富,暗挖施工难殘 极大,大型暗挖工程在天津应用尚无先例，目前天津地 区暗挖工程仅限于地铁车站附属结构。而暗挖施工中 如采用降水，则会

9、产生较大的地表沉降，不利于环境稳 定。因此暗挖隧道施工应保证在不降水条件下采用地 层预注浆等措施保证工作面及周边环境的稳定，而 tss注浆技术则由于其操作简便灵活效果好的特点 而成为比较有效的一种洞内注浆方法,也通过本工程 实践首次在天津得到了成功应用。1工程概况天津地铁营口道站为双层明挖车站，地铁1号线 与3号线交汇于此，地处天津闹市区南京路与营道、 赤峰道的交叉口，交通繁忙，周边建筑物密集，地下管 线纵横。营口道车站采用明挖基坑施工,1、2号风机 房及2、3号出入口电缆通道均采用暗挖法施工，其中 1号风机房埋深最浅跨度最大长度最长。营口道站1号风机房位于导行后的南京路下方， 导行前该段地表

10、为城市绿地，未经过碾压密实处理，南 京路为天津市内交通主干道，交通繁忙，夜间重型运输 车辆较多;隧道覆土较浅，仅有0. 82 5 m,断面宽度 14 74 m,高度6 8 m,长度约70 m,在隧道上覆地层中 有通讯电缆自来水 煤气及电缆等各种市政管线穿 越，且管线周围回填土中含有较多石屑及砂，稳定性较 差。工程场址位于冲积平原，地形较平坦，区间隧道及 风道主体均位于第四系全新统人工填土层(qml)第i陆相层(qal)第i海相层(qm)中，基底位于第i 海相层(qm)中，岩性为杂填土淤泥质填土粉质粘 土及粉土，杂填土成分复杂，厚度不均，粘性土多呈软 塑流塑状，土质松软，结构松散。地下水位埋深在

11、 0. 82 4 ni,水位变幅1. 02 0 m,暗挖时易发生涌 水涌砂及坍塌现象。2施工方案简介根据1号风机房断面大埋深浅地质差的特点 同时考虑经济性及工期要求，采用分部法分两台阶十 部进行洞室开挖，同时辅以大管棚超前支护注浆预加 固等辅助措施。初期支护采用格栅钢支撑+钢筋网彳 喷射混凝土支护体系，中隔墙和临吋仰拱采用工字钢+钢筋网+喷射混凝土作为临时支护,开挖完成后拆 除临时支护，分部施作二次衬砌，施工过程中通过监测 反馈系统及时指导施工。由于隧道施工难度大，周边环境复杂，因此在隧道 开挖之前的地层预加固尤为重耍，本工程主要采用 tss注浆技术进行地层预加固止水，通过全断面分段 注浆对隧

12、道开挖面及周围地层进行固结，同时封堵地 下水，避免施工中因水土流失带来地表沉降及工作面 失稳。3 tss注浆系统及特点a 1 tss注浆管及其配套系统tss注浆系统包括注浆管体及tsa顶管、tsb 芯管、ts - c顶杆螺母、ts - d止浆塞等几部分 1) o 注浆管体一般采用焊接钢管，管壁梅花型钻设溢浆孔， 外覆单向止浆片，顶管为无缝钢管，前端与止浆塞相 抵，后端为顶杆螺母，注浆芯管在管口处与输浆管路连 接，前端套至止浆塞,注浆时通过顶管作用止浆塞，封 闭浆液回流通道,浆液在压力作用下通过注浆芯管进 入注浆管体后沿止浆片向外进入地层，同时通过止浆 塞位置的移动进行分段控制。图1tss注浆装

13、置示意图a 2 tss注浆工艺特点tss注浆工艺突破了袖阀管小导管等其它注浆 工艺的局限性，具有如下显著特点：(1) 施工中不需要大型钻孔机械，给施工配套带 来方便；(2) 采取风钻或风镐顶进技术布设注浆管，并可 避免地层中砂土进入管内；(3) 布设后可实现多孔注浆平行作业，提高施工 进度；(4) 相对于洞内水平袖阀管注浆，布孔时间及材 料大大减少；(5) 易于操作，施工空间小，灵活性高；(6) 周边注浆管可起到超前支护作用，有利于稳 定地层。4注浆施工4 1注浆孔布设营口道站1号风机房采用tss注浆工艺进行全断 面预注浆，注浆管由cbv32钢管加工制作，长度为 3 m,加工示意图2如图所示。

14、周边注浆孔沿隧道轮廓线布设，环向间距20 cm,图2 tss注浆管加工示意图纵向间距150 on,搭接长度50 an,外插角为12；工 作面孔梅花型布设，间距为80 cm >80 an。分部注弟 孔布设如图3所示。超前大管棚)00000000o o o o o o周边注浆孔o o c >工作面注浆孔图3注浆孔分部布设图42注浆参数选择根据天津地区地质条件的特殊性及工程要求，曉 道开挖预注浆扩散半径宜控制在0. 4q 6m范围内 否则易对地表及结构产生破坏。为确定适宜于天津地区及本工程的浆液参数，钊 对天津地区地质特点及注浆目的，对水泥-水玻璃弟 液固结体强度及配比等指标进行试验，试

15、验结果如 表1表2所示。表1浆液结石率及抗压强度试验结果名称 序号水灰比水玻璃 浓慝 (be )浆玻秩 泥水体比 水一囂结石率/%1 d抗压强度/mpa3 d抗 压强度/mpa7 览 压强度/mpa1q 83211100q 4252 804. 02q 8351199. 94q 4253. 204. 331. 0321199. 64q 4256 104. 341. 0351199 94q 3104. 002 151. 5321199. 76q 025q 71. 861. 53511100q 010q 5l 1普通水泥水玻璃双液浆结石率固结强度及凝 胶时间试验表明，浆液水灰比越大浆液固结强度越低

16、同时浆液早期强度上升较快，对于隧道开挖是非常圭 利的。而浆液的凝胶时间除受水灰比的影响外，还旻 水玻璃浓度的影响。根据以往经验，凝胶时间可通为 水灰比和水玻璃浓度控制在30 s3 mill o浆液结疋 率一般认为可达到95 %以上，通过实验进一步证明双名称水灰比水玻璃浓度水泥浆与水凝胶时间序号、(be )玻璃体枳比/si(1 84011552q 83511523q 830114841. 040116651. 035116361. 030116071. 540117881. 535117591. 5301170液浆结石率很高，对保证地层的抗渗系数非常有利。表2普通水泥水玻璃双液浆凝胶时间试验结果

17、结合室内试验结果,确定适宜浆液配比为:w:c = 0. 8: 1:1质量比),c: s = 1: 1 (体积比)，水玻璃浓 度为3035be ：4 3 tss注浆施工步骤及工艺流程1号风机房采用tss型注浆工艺在洞内进行全 断面注浆，具体施工步骤为：(1) 封闭工作面,加工注浆管；(2) 机具设备检查，注浆泵作压水试验并检查输 浆管路；(3) 按标定的开孔位置通过风钻布设注浆管；(4) 布设完成后，采用棉纱+速凝水泥砂浆将注 浆管周围封填，以免注浆中返浆；(5) 注浆管全部布设完毕后，开始后退式分段注 浆作业，注浆顺序按由下至上由外至内的原则。tss注浆工艺流程如图4所示。图4 tss注浆工艺

18、流程图44注浆工艺控制措施为确保注浆效果，注浆过程中需进行全程动态挖 制,严格按照工艺标准要求进行：(1 )为防止注浆施工过程中工作面冒浆，应对工 作面进行喷磴封闭，厚度不小于50 cm。为适应注躱 孔位的定位方便，应将工作面喷成平面,同吋通过在边 墙上定位拉线的方法来保证混凝土的喷射厚度。(2 )将带有止浆塞的芯管和顶管连接后插入到注 浆管孔底，采取后退式分段注浆工艺，分段长度一般为 0. 6 m °(3) 分段后退式注浆要特别注意止浆塞损坏程 度,施工过程中若发现止浆塞存在问题，应立即更换， 以免引起注浆管堵塞，造成芯管无法拔出。(4) 注浆宜按约束tt放型注浆顺序进行设计和 施

19、工，其注浆顺序原则如下：首先将群孔的三周进行注 浆，从而达到约束的目的，以防止浆液过远扩散;采取 开放型注浆，由一侧向另一侧平行推进，以达到排水的 目的。(5 )在软土地层施工，可能会发生突发性的涌水 和涌砂现象，给施工及地面设施安全造成危害。因此 必须事先准备好抢险防涌材料,如棉纱草袋方木等。5注浆效果评价经过tss注浆预加固，隧道开挖范围内地层明显 改善,开挖过程中未出现大的涌砂涌泥现象，施工期 间地层变位及环境影响均较小。监测结果表明，地表 沉降最大为32 23 mm,位于隧道中线附近，而附近建 筑物最大沉降仅为& 36 mm ,注浆有效地保证了结构 安全及环境稳定。通过开挖后工

20、作面观察，地层中可见脉状浆液固 结体，工作面土体自稳性增强，且无较大渗水突泥现 象，局部渗漏水可通过补孔注浆封堵。开挖后至初支 前及拆除临时支撑期间洞内结构及洞外地表均未出现 变形异常。另外，为进一步保证注浆效果，根据注浆施工记录 数据及各项注浆参数反算地层填充率，并绘制注浆过 程p-q- t曲线(图5)，通过理论分析评价注浆效果。图4中可以看出，开始阶段注浆施工采取低压力 灌注，注浆压力控制为0. 50. 7 mp“,随着注浆的进 行，浆液有效地填充了地层的空隙，为了使浆液继续注 进地层，注浆泵压力逐渐提高,为保护地下管线的安 全，在满足注浆加固要求的基础上,经过力学计算，以 及现场多次试验,我们采取注浆终