地铁施工中的二重管注浆超前支护技术

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摘要：介绍了二重管注浆原理、浆液配比、注浆参数和施工工艺。通过在北京地铁十号线光华路车站暗挖工程应用，得出二重管注浆超前支护具有：注浆机械轻小、能适应隧道施工的窄小环境，浆液切换灵活、能根据不同的地层条件随时更换浆液类型、可实现复合式注浆、适应各种复杂地层，加固体强度较高、密实度好、具有良好的止水效果的结论。

　　关键词：城市地铁；浅埋暗挖；超前支护；二重管注浆

　　城市地铁暗挖在结构顶部较近处（约2～5m），穿越现有地下管线或地质条件较差的部位，往往采用超前支护方法增强地层的自稳能力以控制沉降和止水。常用的超前支护方法有小导管注浆超前支护、大管棚超前支护等，但实际施工中，这些措施在通过渗漏严重的雨、污水管线时由于加固体抗渗性较差，往往起不到良好的支护效果。

　　二重管双液注浆是一种以改良地层为目的的地基处理技术，其优点在于既可以增加地层的强度又可以达到止水的效果。据有关资料表明，二重管注浆加固后的地层强度：卵石层达到2.5～3.0MPa、细中砂层达到1.5～2.0MPa、粘土层达到1.5～2.0MPa.加固后地层的透水系数：可达到k=10-7～10-8cm/s.这种地基处理技术，如果能方便地用于地下工程超前支护，将弥补以上工法的不足。

　　基于以上思路，通过对TXU型钻机进行改型使其具有全方位钻进功能，采用二重管作为钻杆使浆液在钻杆端头完全混合再注入地层，从而实现加固开挖面前方一定范围内的地层。北京地铁十号线光华路车站东南风道穿越D1800雨水管线时，为确保管线和结构施工的安全，将以上思路付诸于实践，首次采用二重管注浆作为浅埋暗挖工法穿越雨、污水管线的超前支护，取得了很好的效果。

　　1、工程概况

　　光华路车站位于东三环与规划商务中心交叉口，东侧为中央电视台新址工地，西侧为财富中心。东南风道总长115.434m，东三环路下部分与道路正交。D1800雨水管位于结构第二次抬高过渡段上方，抬高前风道拱顶埋深9.905m，抬高后埋深6.535m，抬高高度为3.4m，坡度约35°，雨水管与结构最小距离为0.85m.为降低施工难度，减小施工风险，过渡段由原设计位置向西平移1.3m，雨水管与结构最小距离为1.6m，如图1所示。风道开挖断面，宽×高=11m×（15～17m），初支结构施工采用CRD工法，分4～5层、8～10洞开挖。

　　据资料显示，D1800雨水管修建于1979年，采用顶管施工，管段之间连接采用麻辫，缝隙填打石棉灰； 顶管坑内管道采用混凝土管基，钢丝网水泥砂浆抹段接口。施工时雨水管中水深1.0m，水流湍急，管线渗漏水的可能性很大。距D1800雨水管仅5.0m处是1800mm×2300mm污水方沟，大约修建于1982年，是东三环路的主要污水干管，沟内水深1.5m，流速较大。D1800雨水管与风道结构之间土质（由上至下）为粉质粘土、砂质粉土和细砂。因此，穿越雨水管的施工风险很大，为确保施工安全，必须采取可靠的超前支护措施。

　　2、支护方案比选

　　2.1工程特点

　　（1）雨水管距结构开挖面最小处仅为1.6m，结构在该位置大角度（35°）挑高，增大了施工难度和风险；

　　（2）雨水管采用顶管法施工，年久失修，水流急、水量大，出现渗漏水的可能性很大；

　　（3）风道开挖断面大，采用CRD工法多层、多导洞施工，对地层的扰动次数多，沉降量较大，与雨水管相互影响显著。

　　（4）雨水管位于CBD核心的东三环主路下方，所处地段非常敏感，施工必须保证万无一失。

　　2.2方案比选

　　提出3种超前支护方案进行比选，分别为密排小管棚注浆超前支护、大管棚超前支护和二重管注浆+钢插管超前支护。

　　通过以上分析比较，采用方案3进行超前支护。

　　3、二重管注浆超前支护

　　3.1注浆设备

　　TXU改型钻机：旋转二重管及排水处理装备；

　　SYB-60/50型注浆泵：注浆液混合器及测定器具；

　　SJY-双层立体式搅拌机：喷头及凝胶时间测定仪，逆止阀，消音器。

　　3.2施工工艺流程

　　二重管注浆超前支护采用TXU改型钻机施工。

　　TXU改型钻机体型较小，适合在较小空间施工，能在360°范围内进行钻进。二重管钻杆直径一般为，端头安装管内混合器。钻进采用清水作为循环液，达到设计深度或位置时，封闭端点进行横向喷射切换。然后用注浆泵分别将两种浆液压入外管和内管，浆液在二重管的端头混合器内混合，通过滤网在水平方向实行喷射，将浆液注入地层中。注浆采用后退式，一般20～50cm为一个注浆段。

　　3.3注浆浆液和注浆参数施工时根据地层情况配制溶液型或悬浊型浆液；通过调节浆液配比和注浆压力来控制浆液的凝结时间和注入范围。溶液型或悬浊型浆液均采用双液，其配比如表2所示，其中A、B双液组成溶液型浆液，A，C双液组成悬浊型浆液。悬浊型浆液以水泥为主，掺加注入性强的添加剂，适用于软弱粘性土、松散砂层、砂砾石层的前处理、裂隙等的填充。溶液型浆液以水玻璃为主，掺加注入性强的添加剂，适用于密实的砂层、砂砾石层改良的后处理等。浆液中的添加剂一方面改良浆液，增强浆液的注入性，另一方面降低浆液凝固后的收缩性，确保注浆和止水效果。针对不同的地层，注浆时可先进行限制性注浆，浆液凝结速度快，可根据凝结时间确定注浆范围；然后进行渗透注浆，使浆液在地层中分布均匀。限制性注浆和渗透注浆可以自由切换，从而适用于各种复杂的地层。

　　根据不同地层和工程情况，一般条件下注浆深度在14m以内，注浆孔直径46mm；浆液扩散半径1m；浆液凝结时间20s～30min；注浆压力0.3～1.5MPa。

　　4、实施情况

　　4.1加固范围综合考虑各方面的因素，纵向加固范围为第二次抬高过渡段，立面加固范围为上层导洞结构内0.5m到雨水管底之间的土体，两侧部位加固厚度为结构外3.0m。

　　4.2土体加固施工

　　（1）1号导洞施工至距抬高段起始点2.0m时，采用150mm厚C25喷射混凝土封闭开挖面，下台阶梅花状打入2m长？22钢筋加筋改良土体，保证开挖面的稳定性。

　　（2）进行二重管注浆，加固1号导洞拱顶及侧部土体，中隔墙部位向3号洞内加固，范围不小于3.0m.采用洞内放射型注浆方式，从外围到中心进行施工。

　　（3）注浆完成后，距结构开挖线250mm处沿外轮廓以抬高坡度为角度，采用TXU钻机成孔，然后顶入9.0m长、内径？32的钢插管并注浆。

　　（4）1号导洞开挖，进行初支结构施工。开挖过程中发现注浆效果良好，土体明显改良，没有出现渗漏水。

　　（5）3号导洞施工至距抬高段起始点2.0m时，加固方法同1号导洞。由于1号导洞已完成初支结构，注浆时必须严格控制注浆压力，靠近注浆一侧需在结构上设卸压或卸水孔，并加强巡视，确保结构的安全。

　　从开挖情况看，注浆起到了良好的加固和止水作用，浆液在粉细砂层中扩散性较好，加固体强度高，没有出现任何坍塌现象。在粘性土中，为劈裂注浆，浆液呈脉状扩散，在层理好的地段沿层理扩散。

　　5、结论

　　二重管注浆超前支护注浆，在隧道拱顶形成一定厚度的水泥固结体，该固结体具有较高的强度和良好的止水效果。从地铁光华路车站东南风道穿越D1800雨水管施工实践看，二重管注浆超前支护技术具有如下优势：

　　（1）TXU改型钻机机械轻小，施工灵活，能适应隧道施工的窄小环境；

　　（2）注浆原材料主要为水泥、水玻璃，材料来源广，经济且无污染；

　　（3）浆液切换灵活，能根据不同地层条件随时更换浆液类型，可实现复合式注浆，适应各种复杂地层；

　　（4）浆液在二重管端头可完全混合，后退式注浆可确保浆液均匀地注入土层中，在特殊地段（如渗漏水严重地段）还可采用前进式注浆，连续可靠；

　　（5）加固体强度较高、密实度好，具有良好的止水效果；在沉降控制严格地段，还可插入钢插管或注浆后再打设大管棚以提高土层的整体刚度。

　　二重管注浆超前支护作为一种新的支护方法，首次应用于地铁浅埋暗挖穿越大直径地下管线的施工，并取得了良好的加固土体和止水效果，值得进一步推广应用。