地铁矿山(台阶)法区间隧道超前小导管及注浆液参数

【摘要】：随着我国经济和社会的发展，地铁这一交通方式因其运量大、快速、正点、低能耗、少污染、乘坐方便等优点，被越来越多的城市所采用。城市地铁工程一般位于城市的繁华地段，一旦沉降事故发生，将可能造成建筑物开裂、倾斜，地下管线断裂等事故。文章结合隧道工程，对地铁矿山（台阶）法区间隧道超前小导管及注浆液参数阐述分析。

【关键词】：城市地铁；小导管注浆加固；隧道

【Abstract】: As China's economic and social development, the subway transportation because of its volume, fast, punctuality, low energy consumption, low pollution and easy ride, more and more cities are using. City subway project is generally located in the downtown area of the city, once the settlement of the accident, the buildings may cause cracking, tilt, underground pipeline rupture accident. Article tunnel engineering, advanced small pipe running tunnels of the underground mines (stairs) method, and injection of slurry parameters elaborate analysis.

【Key words】: urban subway; small pipe grouting reinforcement; tunnel

中图分类号：F291.1 文献标识码：A 文章编号：

引言

矿山法施工的不少地铁隧道，由于埋深浅，处于第四系各种土层、砂层或岩石全、强风化的软弱围岩中；一般地下水位较高，地下水丰富，且多位于繁华都市区，地面道路纵横交错，建筑物密集，地下管线众多，地面沉降控制严格；因此，在矿山法隧道设计和施工中选择超前小导管进行施工，就可以保证隧道的施工安全和减少对周边环境的影响，这样就可以为矿山法隧道中采用注浆措施提供参考。

一、注浆

注浆是通过外界压力将浆液压入到土体中，经渗透及劈裂作用，使土体粒子间的水或空气被强行排挤出加固范围之外，并充填土粒之间的空洞、孔隙；利用胶凝材料将周围的土粒胶接为一个整体；改善土体的物理力学性能，提高土体强度和地层的整体稳定性，降低地层的渗透性，堵断地下水渗透的通路；从而保证隧道在开挖后地层的稳定，保证施工及周围环境的安全。

二、注浆工艺的特点

根据浆液与土体的相互作用方式，一般可分为渗透注浆、压密注浆、劈裂注浆3大类，其特点如下：

1、渗透注浆

浆液将土中的自由水和气体排挤出去，通过充填裂隙或空隙，胶结周围土体，形成较密实的固化体，从而提高土层的抗压强度和抗渗性。渗透注浆不会引起土体体积大的变化。当地层为砂层、卵石层、碎石土等第四系地层(渗透系数大于10-4cm/s)时，宜采用渗透注浆方式。

2、劈裂注

浆液在较高的压力下，注入到孔隙率较小的地层中。浆液在高压力作用下，沿地层的结构面产生劈裂流动，在地层中形成脉、网状分布。不规则的脉、网状固结物和由于浆液压力而挤密的土体构成复合地层，从而具备一定的承载能力和止水能力。当地层为粘性土地层、埋深较大、渗透系数较小(小于10-5cm/s)时，宜采用劈裂注浆方式。

3、压密注浆

采用有一定稠度或速凝型的浆液，通过压力对土体产生压密效应，从而改善土体的物理力学性能，其固结体在土体中一般呈似球体或块体状分布。压密注浆主要用于地基加固中，对于矿山法隧道中的注浆加固地层及止水，主要为渗透注浆和劈裂注浆2种方式。

在实际注浆中，浆液往往是以多种运动方式作用于土体的，仅以某种单一方式作用于土体的情况几乎很少。因此，平常的设计和施工中，所谓的渗透注浆或劈裂注浆，是指注浆过程中，浆液以渗透形式为主，或以劈裂方式为主的注浆方式，往往会伴有其它方式的发生。

三、注浆压力

注浆压力是用浆液进入地层孔隙及裂隙的一种动力，根据不同的注浆类型、地质条件和周边环境不同而不同。一般说来，注浆压力一定要大于地层的水压力、地层压力等各种阻力值的总和。从浆液扩散效果方面考虑，注浆压力大，扩散范围越大，注浆孔可相应减少，注浆速度提高；但注浆压力过大会造成窜浆，扩散至设计注浆范围以外，既浪费材料，并且可能造成地面超标准的隆起，影响周边建(构)筑物、地下管线的安全。确定合适的注浆压力，从理论上讲是很困难的，因为影响的因素较多，如工程及水文地质条件、浆液类型、注浆工艺、埋置深度等。通常，注浆压力设计根据经验选取，并通过现场试验确定；其中，渗透注浆的终压力一般应大于静水压力的2-3倍。

四、注浆孔的布置

布孔原则是使浆液扩散范围相互重叠，避免出现“盲区”，造成隧道开挖时涌水或坍塌。浆液的扩散半径一般随渗透系数的增大而增大，由于地质条件的复杂多变，理论计算的半径参数不易选准，又因有多种地层，各地层的参数各不相同，常常偏差较大，设计时可采用工程类比，并根据现场试验选取合理的注浆扩散半径。一般采用渗透注浆时，注浆孔间距为0.5-1.0m；劈裂注浆时，注浆孔间距为0.8-2.0m。

五、超前小导管制作

根据实际地质情况,本着经济合理的原则,每循环打设一排小导管。小导管采用Ф32ｍｍ的无缝钢管,钢管长2ｍ～3ｍ,环向间距0.3ｍ,沿开挖轮廓以15°～30°的外插角打入。小导管主要起止水阻浆的作用,其浆液固结后,使开挖轮廓以上的围岩形成承载拱,方便下一步施工。

六、超前小导管注浆

1、注浆前先检查管路和机械状况，做压浆试验，确定合理注浆参数；

2、注水泥-水玻璃，水泥浆1：1，水玻璃浓度35Be/，模数2.4，水泥浆与水玻璃的溶液体积比1：1.0，浆液胶凝时间控制在1-1.5min；

3、注浆压力采用0．5-1MPa，并持续持压5min。

4、注浆量应根据地层孔隙率确定。一般可按照下列公式计算

Q=πR2HnBa

式中：Q为浆液注浆量;R为浆液有效扩散半径，m；H为注浆段长度，m；n为土体孔隙率(或岩石裂隙率)％，(土、砂土／n=30％-60％)；B为浆液充填率=O．3-0．9，(土、砂土，B=0.3-0.5)；a为超耗系数(含超注量、冒浆、损耗等)a=1.2―1.5。

七、施工原则

由于地质体的不均质性及隧道工程对于不良地质环境的敏感性,哪怕是某一局部的不良地质条件(如拱顶局部遇含水砂层等),也可能酿成隧道坍方的大事故。要做到不损坏、断裂和渗漏,不出现洞内坍塌及涌水、涌砂事故,确保地面交通和商贸等各种社会活动的正常进行,保持良好的环卫、环保条件。努力将地表沉降控制在30ｍｍ以内;施工时必须严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的十八字方针,确保工程质量和施工安全。

八、小导管施工要求

1、小导管安设一般采用钻孔打入法，即先按设计要求钻孔，钻孔直径比钢管直径大3-5mm，然后将小导管穿过钢架，用锤击或钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90%，并用高压风将钢管内的砂石吹出。

2、小导管安设后，用塑胶泥封堵空口及周围裂隙，必要时在小导管附近及工作面喷射混凝土，以防止工作面坍塌。

3、隧道的开挖长度应小于小导管的注浆长度，预留部分作为下一次循环的止浆墙。

4、注浆前应进行压水试验，检查机械设备是否正常，管路连接是否正确，为加快注浆速度和发挥设备效率，可采用群管注浆（每次3~5根）。

5、注浆量达到设计注浆量或注浆压力达到设计终压时可结束注浆。

6、8、压注浆时,必须密切注意压力表,发现压力过高,需立即停风,排除堵塞;注浆管不准对人放置,注浆管在未打开风阀前,不准搬动,关节闭密封盖,以防高压喷出物射击伤人。

7、注浆压力不宜过大,应保持在0.3ＭＰａ～0.5ＭＰａ为宜;每孔注入量100Ｌ～120Ｌ,其加固半径为30ｃｍ～35ｃｍ,而且各孔之间已经固结成拱壳。

8、注浆完成后,及时清洗机具。超前小导管预支护主要包括封面、布孔、钻孔安管、注浆四道工序。

结论

城市地铁矿山法隧道中采用注浆措施辅助施工，已经有多年的应用和发展，注浆措施能否起到预期的目的，与注浆设计的中根据隧道所处的周边环境、工程及水文地质条件而选取的浆液类型、注浆工艺及参数等都有密切的关系，还与施工中的监测和不断调整的注浆参数有密切关系。同时，正式注浆前一定要根据试验选取并调整注浆参数，并加强注浆后的质量检测，当检测不合格时，应进行补注浆或采用其它措施补救，从而保证隧道顺利施工及施工安全。

参考文献：

[1]程思军．地铁建设浅埋暗挖法的应用分析[J]．中华建设，2008，(3)．

[2]铁道第二勘察设计院.铁路工程设计技术手册・隧道[K].修订版.北京：中国铁道出版社，1999.

[3]杨军峰，潘淡浓．浅埋暗挖法隧道施工技术及其地面沉降控制[J]．中国水运(理论版)，2008，(1)．

[4]任文祥．城市地铁浅埋暗挖隧道沉降问题的分析与控制[J]．铁道标准设计，2007，(5).