浅谈地铁隧道全、强风化花岗岩岩层超前预加固技术

浅谈地铁隧道全、强风化花岗岩岩层超前预加固技术

廖杰

廖杰

中铁南方投资集团有限公司

前言

地铁隧道的埋深一般均较浅，且周边大型构造物、地下管网较多，施工周边环境复杂敏感。在采取暗挖法隧道施工时容易产生地层、地表变形及沉降，严重时将危机地面建(构)筑物、城市市政道路、地下管线等的安全。在深圳地区的地铁隧道施工中花岗岩风化地层是普遍会遇到的不良地质情况，对围岩的超前加固关系到施工安全及主体结构的施工质量，参建各单位引起高度重视。

1、不良围岩特性或者是全、强风化花岗岩特性

全、强风化花岗岩是花岗岩岩体经物理化学风化作用后残留在原地的碎屑物。其矿物成分与原岩相比有本质的改变，原矿物成分除石英外基本风化为粘土矿物；全强风化花岗岩仍保持其原岩粒状结构，外表看起来似像岩石，但其工程性质却与原岩大不相同。结构松散、水稳性差、黏结力小，在地下水位以上，具有较高承载力，但遇水扰动极易软化、崩解、甚至流淌的特点，属于工程不良地质范畴，其往往给隧道工程的施工带来极大的困难。遇到此类围岩隧道采用矿山法施工时，采取超前预加固施工技术措施，对暗挖隧道施工安全、进度、沉降控制起着重要关键作用，是软弱围岩隧道施工中常用的技术，研究全、强风化花岗岩地层超前注浆加固技术具有较大的技术价值和经济意义。

2、超前注浆的目的

为了加固地层和止水，提高地层的密实度、承载能力和稳定性，达到暗挖施工过程中掌子面（围岩）稳定安全，掌子面基本无渗流水。全、强风化花岗岩地层中注浆，在一定的压力作用下以劈裂的形式进入地层，将可凝固的液体压入地层和结构物空隙内填充凝固，形成枝条状的浆脉，在风化层中硬化，从而达到改良地层和结构物性能，起到加固、止水的目的。

3、钻孔插管超前注浆加固施工技术

钻孔插管超前注浆是用气腿式风钻凿孔深度6m-7m，直径Φ42mm孔，布孔间距径向0.8m，环向间距1.2m，梅花型布置，安设Φ40mm孔口管，插入Φ25mm注浆钢管，对开挖断面以外3m范围进行注浆加固。

3.1施工工艺

全、强风化花岗岩地层中注浆加固是开挖施工中的辅助措施，注浆加固和堵水的方式以超前上半断面或全断面超前预注浆加固为主，目的是施工开挖前在隧道周边和前方形成一个加固后的堵水帷幕圈，注浆加固圈的范围经计算约为隧道周边以外3m范围，加固范围内不出现注浆盲区。根据现场情况，注浆顺序先低处再高处、先注周边孔再注中间孔，间隔跳孔的方式注浆，注浆采用钻一孔注一孔的原则。中间可布置一排水孔，以利填充密实，避免浆液被水稀释离析。注浆施工时，应严格做好止浆墙，防止串浆，这样可以保证注浆效果。

注浆过程中，当注浆压力稳定上升，当注浆压力达到1.5-2MPa时，浆液注入量达到计算值80%以上，并持续稳定10分钟后，流量小于5L/min，不进浆或进浆量很少时且注浆压力上升明显，判定是否该孔继续注浆。全部结束注浆标准需根据实际注浆量与理论注浆量比较、开孔流水量变化、单孔注浆速度、注浆时间综合判断加固段是否有效。

3.2插管注浆小结

经过插管注浆后岩体有效被加固，地下水有效被封堵。注浆加固材料采用水泥水玻璃双液浆，水泥浆（PO42.5普通硅酸盐水泥）与水玻璃体积比为1:1；水泥浆水灰比1：1，比重为1.51g/cm3；胶凝时间30秒。注浆孔间距0.8~1.2m，终孔注浆压力2MPa，注浆加固范围隧道开挖轮廓外3m内。但注浆加固只有6m，开挖4m（留2m止浆墙），注浆与开挖之间工序转换频繁，施工效率低，封堵掌子面材料浪费大。

4、地面袖阀管超前注浆加固施工技术

矿山法隧道采取地面注浆提前加固，取消洞内注浆加固，节省洞内注浆所花时间，加快开挖施工进度，缩短施工工期。

4.1施工工艺

袖阀管注浆浆液经注浆泵加压后，通过连通管进入注浆管聚集到袖阀管注浆管段的射浆孔，当压力逐渐增大到一定程度，再加压浆液就会沿着地层结构产生初始劈裂流动，此时供浆量小于吃浆量，压力会自动恢复到平衡状态。后续的浆液在持续压力作用下使得劈裂裂缝不断地向外延伸，浆液在土体中挤密原土体并形成条脉片状或树叉桩固结体，从而达到增加地层强度，降低地层渗透性的目的。

注浆孔间距@1.2*1.2m梅花形布置，采用双液浆，加固范围为开挖上半断面及隧道开挖轮廓线以外3m；先封闭加固区域的周边孔，再施工中间孔，间隔跳孔分序实施。施工中必须注意调查摸清施工范围内的地下管线，采取必要的保护措施，防止损坏地下管线。根据地面实际标高和注浆加固范围标高准确控制钻孔速度和注浆范围，注浆时对路面和地下管线进行监测，将因注浆地面隆起量控制在10mm范围之内。

4.2袖阀管注浆的工艺特点

（1）注浆压力2.0MPa，灌浆时防止冒浆和串浆。

（2）浆液主要以渗透和劈裂形式进入充填物孔(空)隙中，可以起到填充裂缝和固结土体的效果。

（3）钻孔和注浆工序分开，提高了钻具机械的效率和利用率。

（4）可以使用较高灌注压力，冒浆和窜浆的可能性小。

（5）加固土体和防止渗漏的效果明显。每根袖阀管可加固最大1～2m范围内的土体，并形成良好的截水帷幕。

4.3袖阀管注浆小结

（1）袖阀管孔壁冒浆：当浆液沿袖阀管外壁向上冒浆应停止灌浆，对孔口深约50～150cm回填掺有水泥的粘土夯实后，暂停一天后再灌。

（2）地面隆起：如灌浆过程中，地面发生隆起，隆起控制值30mm。同时出现冒浆点，应停止灌浆，暂停半天后再灌，或加浓浆液，缩短双液浆初凝时间，间歇灌注。

（3）袖阀管堵塞：若初灌时堵塞，应用清水洗孔，同时用注浆管轻捣底部堵塞处；将注浆管往上拔起20～30cm，用稀浆或清水冲洗几分钟或改用稀浆灌约5min。

5、总结

（1）两种超前注浆加固方法，注浆使用材料及浆液的配合比相同，注浆参数基本相同。因水玻璃浓度及水泥批号的差异，需现场通过实验调整水玻璃浓度来调整浆液胶凝时间。

（2）在全、强风化花岗岩、或花岗岩残积土中进行超前注浆加固施工，因注浆加固机理主要通过浆液的劈裂、挤密压实，采用普通水泥双液浆即可。

（3）洞内钻孔插管注浆需布孔需设外插角，布孔易存在盲区，注浆效果较地面袖阀管超前深孔注浆效果差。地面袖阀管注浆不占用隧道开挖时间，是洞内注浆开挖功效1.6倍，由于开挖功效的提高，减少了洞内开挖人力、物力投入，大大提高了经济效益。

（4）布孔间距和注浆范围需要几个开挖循环来验证效果，适当进行调整，达到最佳超前加固的效果，保证施工安全质量。

不同注浆工艺对比表