北京地铁9号线施工中超前注浆技术及其应用

【内容提要】 北京地铁9号线为能安全顺利下穿莲花池长途客运站，在施工前设置40米试验段，探寻行之有效的超前注浆加固技术，进行了前进式深孔注浆和自进式锚杆注浆施工。通过对注浆加固效果的比较分析，自进式锚杆注浆具有施工操作性强，加固效果好，施工速度快等优点，并且能够满足地铁施工“早封闭”原则，因此确定自进式锚杆注浆作为下穿莲花池客运站的注浆加固措施。

【关 键 词】 浅埋暗挖 超前注浆卵石层

中图分类号： U231+.3 文献标识码： A 文章编号：

1、工程概况

北京地铁9号线六里桥站～太平桥站区间在K9+320～K9+397里程段下穿莲花池客运站，该客运站为85年修建，客运站办公楼为地上4层，局部地下一层，砖混结构，无地下室部分采用条基，有地下室部分采用筏基，基础埋深约4.0m。区间左线隧道下穿该楼，楼基础底距隧道顶约6.7~8.5m。区间隧道主要位于卵石⑤层、卵石⑦层，局部中粗砂⑤1层。卵石⑤层：杂色、密实、湿、低压缩性；高程33.0～34.m以上卵石最大粒径290mm，标高33.0～34.0m以下卵石最大粒径360mm，一般粒径20～70mm，粒径大于20mm颗粒含量约为总质量50～80％，亚圆形，中粗砂充填。卵石⑦层：杂色、密实、湿~饱和、低压缩性；最大粒径不小于360mm，一般粒径30～80mm，粒径大于20mm颗粒含量约为总质量的60～70％。亚圆形，中粗砂充填。

2 、施工情况

由于地层特殊性，在原设计使用超前小导管进行超前地质加固，在注浆过程中难免会出现注浆加固不利等情况，一但出现注浆加固不利就可能导致拱顶土方出现坍塌，影响地上构筑物使用及安全。鉴于莲花池客运为北京市客流量较大的长途汽车站之一，建筑年限较久采用原设计方案通过有较大安全隐患，在下穿前为保证施工技术的成熟性，我们通过增加试验段来摸索一套较为科学的施工技术，保证顺利通过莲花池客运站。

通过两种方案的跟踪作业，对成孔时间、注浆量、注浆压力及施工过程中较为关键的施工工序进行详细的记录分析，以下为两种方案得具体施工过程：

2.1、前进式深孔注浆

2.1.1、施工作业

前进式深孔注浆是在同一个孔位利用钻孔机进行多循环钻孔及注浆，达到分段推进进行注浆加固的一种注浆工艺。利用钻机首先钻进2米，然后在孔口安装带有注浆法兰盘的钢护筒，用水泥浆将护筒周围封堵严实，防止注浆过程中浆液反浆、漏浆，随后进行注浆作业，注浆时在法兰盘上连接注浆阀门。待所有孔位第一次钻孔注浆均结束后进行第二循环钻孔注浆，第二循环钻孔注浆在相同位置进行钻孔，在原有基础上继续钻进3米，钻孔成功后进行注浆作业。第三循环进行与第二循环相同工序，在原有基础上继续钻进2米，成孔后进行封口注浆。

第一循环注浆时应密切关注注浆压力变化，压力控制在1～1.5Mpa，防止压力过大将钢护筒顶出，当压力稳定不变时继续注浆，若长时间稳定不变则则说明土层中卵石含量较高含砂较少，浆液沿着卵石间孔隙渗流出去，未能起到对隧道拱顶土层的加固作用，此刻应暂停注浆，待浆液初凝后进行第二次注浆，若压力急剧上升则说明注浆已经达到预期要求，可进行下一个孔位的钻孔及注浆施工。第二及第三循环注浆作业压力应适当提高，确保浆液能够穿透土层，增大注浆量，保证浆液能够对拱顶土层起到加固作用，达到预期加固效果，压力控制在1.5～2.5Mpa。

2.1.2、施工注意事项

⑴、钻孔施工之前调整钻孔机位置，孔位距离拱顶100mm，通过调整钻杆前后端高差，将钻杆外伸角度控制在10～15°，保证成孔后浆液加固区在隧道拱顶以上部位。

⑵、第一次钻孔结束在孔口埋设钢护筒，用水泥浆将护筒周围封堵严实，防止注浆过程中浆液反流，降低注浆效果。

⑶、注浆过程中控制注浆压力，第一次注浆时将压力控制在1～1.5Mpa，防止压力过大将钢护筒顶出；第二、第三次注浆时压力控制在1.5～2.5Mpa；若有浆液从缝隙中渗流则暂停注浆，用掺加速凝剂的水泥浆封堵缝隙后再进行注浆。浆液配合比控制在1:0.5～0.75（水：水泥），增强浆液的渗流能力，增加注浆量，增强加固效果。

⑷、由于钻机作业过程中对土层扰动较大，在施工过程中应加强对隧道洞内及地表的监控量测。由于钻孔施工正逢北京处于雨季，土层含水量高，震动会导致土层沙土液化，增大地表及拱顶沉降。在注浆过程中由于压力作用土层被挤裂，地表会隆起，因此应根据监控量测数据指导施工，调整施工方法及工艺。

2.1.3、注浆加固效果总结

通过在开挖过程中对注浆效果进行观察，浆液扩散范围在300～400mm；在卵石层中由于土层孔隙率较大，在保证注浆压力情况下浆液能够顺着卵石间空隙流动，浆液扩散范围较大并能够将卵石胶结在一起，形成“网状”浆脉，加固效果较好。

由于钻孔角度控制在10～15°范围，开挖5米后注浆加固范围已在拱顶上方，能够保证开挖过程中土体稳定，拱顶无坍塌及碎石坠落现象。

2.1.4、存在问题分析总结

在钻孔施工过程中由于土层中卵石含量较多，当钻杆钻进一定深度后，钻杆周围被卵石“包裹”，增大钻杆与土层间摩擦力，出现卡钻情况，无法继续钻进。在注浆过程中存在浆液向掌子面后方渗流情况，解决方法是暂停注浆，待所有渗流路径被水泥浆填充密实后进行继续注浆。

在进行开挖施工中对注浆效果进行分析总结，发现存在一些问题：浆液扩散半径不均匀，在卵石含量较多土层中浆液沿着卵石间孔隙渗流，能够将卵石胶结在一起，形成网状浆脉，加固效果较好；在含砂较多土层中，由于土层孔隙率较小，浆液不易渗透，当注浆压力上升时浆液沿着空隙大、阻力小的卵石层中渗流，在砂层中加固效果较差。

由于机械功率较大（50KW），钻孔过程中对地层扰动较大，破坏原状土的自问能力；且在注浆过程中出现隔孔漏浆现象，掌子面返浆情况较为严重，影响浆液的正常扩散。

2.2自进式锚杆注浆

2.2.1施工作业

自进式锚杆注浆是利用风钻将自进式锚杆打入到土层中并对土层进行加固的一种注浆工艺。自进式锚杆施工工序较为简单，首先在格栅架设时预埋PVC管，作为导向管，喷射砼后在拱顶利用风钻将自进式锚杆打入到土层中，打入到设计深度后用水泥浆将锚杆周围空隙封堵严实，随后连接注浆管进行注浆。

2.2.2、施工注意事项

（1）、自进式锚杆长度最短不能小于1.2米，打设完成后保证加固区能够覆盖下一榀拱架。自进式锚杆打设过程中应控制自进式锚杆外插角度，控制原则为自进式锚杆打设完成后不影响下一榀格栅的架设。

（2）、注浆浆液选择单液水泥浆，浆液配合比控制在1：（0.5～0.75）（水：水泥），增大浆液扩散能力，提高对土层的加固效果。注浆压力控制在0.2～0.4Mpa，并且注浆作业时密切关注压力表示数变化，若压力急剧上升则停止注浆。

（3）、自进式锚杆前端500mm范围留设直径10mm间距为100mm的注浆孔2～3个，增加浆液扩散途径。

2.2.3注浆加固效果总结

自进式锚杆打设较容易，平均每根杆用时10～20分钟，有时锚杆会打到前方卵石，更换孔位后继续打设，能够保证打设深度。