北京市南水北调配套工程南干渠工程第八标段

摘要：南水北调南干渠工程为地下涵洞工程，大部分主体工程位于地下，多采用浅埋暗挖法进行施工。工程施工过程中不同程度涉及穿越不同地上物情况，能够安全顺利的穿越地上物，保证涵洞及地上物安全是工程施工过程中的关键，也是施工中的一重大技术难题。在本工程穿越地上物时，深孔注浆法帷幕法得到了很好的应用。

关键字：深孔注浆穿越地上物工程南水北调

中图分类号：U449文献标识码： A 文章编号：

南干渠工程是北京市南水北调配套工程的重要组成部分，工程承担着为郭公庄水厂、黄村水厂、亦庄水厂、第十水厂和通州水厂等提供南水北调水源的任务，全长约27.2km。根据不同的工程规模和施工工法工程初衬分别采用浅埋暗挖法施工和盾构法施工。隧洞施工过程中，隧洞需要穿越不同地上物。保障地上物安全、地下隧洞施工安全，控制地面沉降，控制洞内收敛是施工过程中的关键。

考虑上述原因，采用单排、双排小导管加固难以保证拱顶安全，易产生塌方，造成地表不均匀沉降，地上物开裂。在实际施工过程中，两个掌子面均为粉细砂层，且含水量低，较干燥，不易成型，易塌方。超前注浆稍有不慎，便有塌落现象。根据工程现状对深孔注浆帷幕进行试验，确定试验数据及加固效果。

一超前深孔注浆帷幕试验：

超前深孔注浆帷幕施工工法

深孔注浆帷幕采用ZLJ-250煤矿用坑道钻机进行钻孔，采用双液注浆泵进行注浆。采用上半断面深孔注浆帷幕。每循环施约做长度为12米，开挖10米，留2米作为下一循环施工搭接。其优缺点：设备体积大、注浆固结范围大、固结效果明显。

⑴ 深孔注浆施工工艺：

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。

① 定孔：先根据平面布孔及上半断面注浆加固范围剖面图，计算好每个孔位的参数。并且在掌子面上测量放点，定好孔，孔位偏差为±3cm，入射角度偏差不大于1°。

② 钻机就位：钻机按指定位置就位，调整钻杆的垂直度。对准孔位后，钻机不得移位，也不得随意起降。

③ 钻孔：钻孔采用钻机直接成孔，孔径为46mm，钻孔先进行内圈钻孔施工，后进行外圈孔钻孔施工，间隔钻孔；第一个孔施工时，要慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的钻进参数。密切观察溢水出水情况，出现大量溢水出水时，应立即停钻，分析原因后再进行施工。每钻进一段，检查一段，及时纠偏。钻孔和注浆顺序由外向内，同一圈孔间隔施工。

④ 回抽钻杆：严格控制提升幅度，每步不大于15-20cm，匀速回抽，注意注浆参数变化。

⑤ 浆液配比：采用经计量准确的计量工具，按照要求配方配料。 深孔注浆设备配置图

⑥ 注浆：注浆孔开孔直径不小于45mm，严格控制注浆压力，同时密切关注注浆量，当压力突然上升或从孔壁、断面砂层溢浆时，应立即停止注浆，查明原因后采取调整注浆参数或移位等措施重新注浆。土、砂层容易造成坍孔时，采用后退式注浆。

⑵ 注浆范围设计

试验段一：加固范围为隧洞开挖轮廓线1.5m范围以外1.5m范围；

试验段二：加固范围为隧洞开挖轮廓线外1.5m范围；

注浆孔直径46mm，布孔间距0.75m。注浆按照区域从向中心的顺序进行，施工完成，土体达到一定强度方可进行隧洞开挖。每次加固长度为12m，每次开挖支护长度为10m，循环进行。

注浆压力根据隧洞覆土厚度计算并结合施工经验，一般为0.3～1Mpa，本工程经试验段确定注浆压力。

加固范围可根据施工现场情况进行局部调整，以确保注浆效果和施工安全。注浆压力较大时，掌子面必须临时封堵牢固。

⑶ 主要注浆参数

① 注浆孔直径：46mm；② 浆液扩散半径：0.6～0.8m③ 浆液凝结时间：20s～30min；④ 注浆压力：0.3～1Mpa；试验确定⑤ 注浆循环段长度：12m；⑥ 开挖循环段长度：10m；

⑷ 注浆施工步骤

① 制浆：制浆应使用不小于200转/分钟的制浆机，搅拌时间不低于5分钟，不宜大于30分钟。出浆孔应设置过滤网。

② 注浆：注浆过程中如果出现压力达不到设计要求，跑浆、串浆等严重的问题，可采取换孔作业或待浆液略微初凝后再补注等处理措施。

注浆过程中应密切注意注浆部位地面的变化情况，若发现地表开裂、鼓起迹象要及时停止注浆，分析原因。将此问题解决在试验段。

③ 记录：根据注浆过程中的实际情况，现场技术员要记录注浆时间、部位、注浆量、注浆开始压力、注浆结束压力、注浆持续时间、注浆过程中出现的问题及处理措施的等重要注浆参数及处理方法。

④ 现场清理：对注浆泵、制浆机及所有注浆管进行清洗，对现场施工场地进行清理，作好现场的文明施工。

1.2超前深孔注浆帷幕试验目的：

① 减小地表沉降

② 减小坍塌概率，确保施工安全

③ 确定深孔注浆参数

1.3试验段一

首先采用深孔注浆法将隧洞外1.5m外1.5m范围进行加固，以确保暗挖隧洞上存在一层加固地层，减小开挖时由于地下扰动对地表沉陷。

首先先选择10m段进行试验，以确定固结效果。

1.3.1注浆加固范围

1.3.2注浆记录

附表1

试验效果

⑴地表沉降观测情况

地表沉降点的布设是根据注浆断面图计算出注浆钻孔距离地表最近位置，确定相对应的地面控制点，分别布设4列，每列7点，采用直径22mm钢筋，长1.5m直接砸入地层，并每天进行观察。

附表2

⑵洞内收敛观测情况

附表3

⑶效果综述

根据试验结果及地表沉降、洞内收敛观测值分析，确定此方法可以基本满足施工要求，进一步控制了地表沉降。但在施工过程中，由于注浆帷幕加固地层位于隧洞外3m位置，对隧洞顶部开挖范围的地层固结未到位，在开挖工程中容易造成局部塌落现象，若增设超前小导管注浆，会对原地层进行二次扰动，对施工安全更为不利。且所注浆液为水泥浆，水泥浆扩散呈线状，放射形分布，未形成扩散形，大面积固结，但强度高。

试验段二

采用深孔注浆法将隧洞外1.5m范围进行加固，以确保暗挖隧洞上存在一层加固地层，减小坍塌概率，确保施工安全。

选择10m段进行试验，以确定固结效果。

1.4.1注浆加固范围

1.4.2注浆记录

附表4

试验效果

⑴地表沉降观测情况

同试验段一布设相同

附表5

⑵洞内收敛观测情况

附表6

⑶效果综述

根据试验结果及地表沉降、洞内收敛观测值分析，确定此方法可以基本满足施工要求，进一步控制了地表沉降。但在施工过程中，由于注浆帷幕加固地层位于隧洞外1.5m范围内，对隧洞顶部开挖范围的地层也起到了固结作用，在开挖工程中地层基本较为稳定，对施工安全更为有利。且所注浆液为改性水玻璃，水玻璃扩散半径基本控制在0.7m左右，形成扩散状分布，大面积固结，环环相交，强度也可以满足开挖要求。

二深孔注浆帷幕试验确定数据：

① 注浆孔直径：46mm；

② 浆液扩散半径：0.6～0.8m

③ 浆液凝结时间：20s～30min；

④ 注浆压力：0.4～0.7Mpa；试验确定

⑤ 注浆循环段长度：12m；

⑥ 开挖循环段长度：10m；

⑦ 浆液：改性水玻璃；

三深孔注浆帷幕超前支护是否可行：

综述所述，根据两次试验段试验，对试验数据进行收集分析，根据本工程地质情况，深孔注浆帷幕可以满足施工要求，完成施工任务。

根据以上两次试验结论，单独使用隧洞外3m处帷幕注浆不能完全满足施工要求。仅能减少地表沉降值，不能确保隧洞开挖过程中，顶拱砂层塌落现象，不能完全满足安全施工要求。使用隧洞外1.5m处帷幕支护，既可以降低隧洞开挖中，顶拱砂层塌落现象，又能满足降低地表沉降现象。故根据两次施工经验进行比较分析，针对现状粉细砂层，无水，地质结构相对较为稳定情况下，采用隧洞外1.5m处帷幕支护方法，尽可能减小地表沉降和施工中砂层塌落现象，从而确保安全通过地表障碍物。

参考文献

《地铁暗挖隧道注浆施工技术规程》，《地下工程浅埋暗挖技术通论》等。