城市地铁暗挖隧道注浆施工技术应用

摘 要：本文根据某地铁车站出入口暗挖通道，详细的介绍了采用TGRM注浆材料的前进式注浆技术，与其他施工方法相比，此方法具有节省时间、环保、经济等优点，具有推广价值。

关键词：地铁暗挖隧道；全断面注浆；效果检验

1 工程概况

某地铁车站有4个出入口通道，由于受深南大道及众多市政地下管线的影响，车站出入口通道采用暗挖矿山法结合明挖顺作法施工。暗挖段采用复合式衬砌结构，暗挖长度为35m～40m，断面型式为拱顶直墙断面，开挖面积43m2，结构厚度为：初期支护300mm，二次衬砌500mm。车站4个通道情况基本相同，本文就1号通道的施工来进行介绍。

2 工程地质及水文地质

根据地质详勘图和车站施工所揭示的地质情况来看，1号暗挖通道从地面向下依次为3.5m的素填土，拱部约4m厚的砂层，洞身中部约有1m后的粉质粘土，下部为圆砾或砂层。

本工程地下水按赋存条件主要分为孔隙潜水及基岩裂隙水。

孔隙潜水主要赋存在第四系砂层、圆砾及粘性土、残积层和全风化花岗岩中，局部地段略具承压性。基岩裂隙水主要赋存在花岗岩强风化层～中等风化层中，具承压性。本次勘察期间地下水位埋深0.70～3.60m，水位变幅0.5～2.0m。通过通道明挖段施工，由于施工点紧靠河流，地下水具有流动性。

3 设计辅助措施

由于暗挖通道埋深仅为4m，洞身处于砂层，地下水位高且比较丰富，通道上方为车流繁忙的深南大道，还有众多的地下管线（有φ200燃气管和φ800给水管）。为避免通道暗挖施工对上部管线和深南大道交通造成较大影响，拱顶除采用大管棚和超前小导管注浆辅助措施外，还采取了全断面(开挖轮廓线外1m范围)注浆加固地层，形成止水帷幕，以确保施工安全。

4 全断面注浆的施工

4.1 全断面注浆情况

根据本工程特点和地层状况，以及以往相似工程的实际经验，本工程选用TGRM前进式分段深孔注浆工艺。TGRM是该注浆工艺中采用的特殊注浆材料的名称，该注浆材料是专为地下工程注浆施工而发明的。

TGRM前进式深孔注浆工艺由于其浆液的独特性，工艺特别适合城市隧道下穿道路、管线及既有构筑物的超前加固施工。

由于隧道开挖时对道路和管线（给水管和燃气管）下沉控制的严格要求，注浆材料采用TGRM水泥基特种灌浆料，因为该浆液具有以下几个特点，能有效的控制地表的下沉。

（1）耐久性：该注浆材料主要成分为无机的硫铝酸岩水泥，外加多种特种外加剂组成，为永久性注浆加固浆液，可满足工程10年的使用寿命要求。能有效的控制地表在隧道开挖过后的继续下沉问题。

（2）早强性：该种浆液在水灰比1∶1的使用条件下，浆液2h的强度可达到2MPa，24h的强度可达到10MPa以上，使隧道被注浆加固后，几乎不需要时间等待浆液的强度即可实现开挖施工，有效的提高到了施工效率。

（3）微膨胀性：与普通水泥浆液凝结固化体积收缩相比，该种浆液在注入地层固化的过程中浆块具有1％～2％的膨胀率，能有效的填补隧道在开挖过程中对土体的扰动而引起的地表下沉。

（4）抗分散性：浆材在生产过程中被加入了适当的絮凝剂，使浆液具有一定的抗分散性，该性能的特点是能有效的防止地下水流对浆液的冲散，控制注浆范围，节省注浆材料，对地下水位较高和水流较强的地层具有较好的适用性。

（5）与其他浆液的对比：TGRM浆液同时具有耐久性和早强性的特点，解决了双重管使用的双液浆（WSS和CS浆）性能不耐久（仅3～7d）和浆块强度过低的缺点，进而也解决了使用双液浆加固开挖后的隧道，开挖通过后地表持续下沉的问题（随着双液浆强度丧失，浆液从隧道周围土层渗出，地表持续下沉，时间长达3～4个月，累计下沉量很大）。

（6）与其他浆液的对比：TGRM浆液微膨胀性和抗分散性的特点，解决了普通水泥浆在固化时浆块收缩进而引起地表下沉和地下水位偏高时浆液扩散无法有效控制的问题。同时也克服了水泥浆固化时间较长，注浆后需等待时间开挖，浪费功效问题。

4.2 全断面注浆参数

注浆参数主要根据地层实际情况进行试验确认，并在现场施工中不断完善调整，注浆过程中，结合注浆压力变化情况，现场动态调整优化注浆参数。本次结合砂层和粉质粘土特性，设定注浆参数见下表1。

4.3 全断面注浆的施工

（1）注浆工艺

TGRM前进式分段深孔注浆工艺具体过程是：首先采用水平地质钻机成孔，开孔后安装孔口管，在孔口管内分段向前钻注施工。每一循环进尺控制在2~3m，成孔后退出钻杆，安装法兰盘及注浆管进行注浆，待浆液凝固后拆除法兰盘，再进行钻孔……如此循环，直到钻进深度达到设计要求（见下图1）。

（2）工艺流程图

（3）施工方法及工艺要求

1)注浆范围 TGRM前进式深孔注浆每循环施做长度为14米，开挖12米，留2米作为下一循环施工的止浆岩盘。注浆施工前掌子面需喷射50cm的网喷混凝土封闭。

每断面加固范围为初支结构外1m（如下图2）。根据加固要求，设计钻孔共分8排，总计钻孔数78个。

2)钻孔施工 钻孔施工前必须封闭掌子面，施工止浆墙，以防止在注浆时漏浆。施工钻孔在掌子面范围内进行布设，根据浆液扩散范围确定其角度及长度。

施工顺序：①定孔位：按照图纸要求，在掌子面标示出孔口位置。钻孔角度根据现场具体情况调整；定孔位偏差不得大于20mm，钻孔角度偏差不得大于1°。在凿孔定点上，施工人员要严格按照辐射角度要求进行钻孔注浆；钻孔深度和角度根据技术交底现场确定。

②钻机就位：参照设计图纸要求，严格掌握钻杆深度，要慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定该地层条件下的钻进参数。密切观察溢水出水情况，出现大量溢水时，应立即停钻，分析清楚实际原因后方可继续施工。

③提升钻杆：严格控制提升速度，每次回退出长度不大于20cm，匀速上升。回退出孔的钻杆应及时清洗，以备后用。

④浆液配比：采用计量准确的计量工具，按照设计配方配料。

⑤注浆：根据要求，严格控制每孔注浆量、提升速度、注浆压力，将压力控制在0.15-0.75MPa-之间（可以根据现场情况进行调整）。注浆还应密切关注浆液流量，当压力突然上升、下降，浆液溢出时，应立即停止注浆。必须查明异常原因，采取必要的措施（调节注浆参数、移位、打斜孔等方式）方可继续注浆。

施工机械：根据施工要求及现场施工条件限制，使用能够倾斜和偏移角度的ZDK-5水平工程地质分体式液压钻机。

4.4 全断面注浆效果的检验

全断面注浆完成后，在通道正式开挖前，需进行钻芯取样测定抗压强度，加固后的土体强度需达到1.5Mpa以上，如未达要求，需补充注浆。

5 注浆实际效果

1号通道经3个循环全断面注浆后，经钻芯取9个芯样，只有2个芯样抗压强度为1.0Mpa和1.1Mpa，其他均大于1.5Mpa，经补钻注浆后，进行开挖作业，注浆作业每循环用时10天，共用时30天。由于采取了超前大管棚，同时全断面注浆效果较好，开挖支护作业施工正常，40m暗挖通道经3个循环施工，共用时45天。经监测，通道开挖道路沉降最大量25mm，人行道管线最大沉降20mm。满足设计及规范要求。

6 结语

通过TGRM前进式全断面注浆工艺在本通道的施工实践，较好地解决了城市浅埋暗挖隧道安全施工问题。TGRM浆液所具有的特点，较好的解决了隧道开挖通过后地表持续下沉、注浆液体固化收缩引起的沉降、地下水位偏高时浆液无法扩散等问题；同时注浆后无需等强即可开挖作业，加快了施工进度。与明挖法、冻结法相比，在饱和动态含水砂层采取洞内TGRM浆液注浆法施工，可以减少对环境的污染，同时，施工成本较低。