任国宏

(中国中铁隧道股份有限公司，河南 郑州 450000)

富水圆砾卵石层袖阀管注浆加固技术研究

任国宏

(中国中铁隧道股份有限公司，河南 郑州 450000)

南宁地铁1号线火车站站地质比较复杂，圆砾和卵石层富水、强透水，地下水位距地表6 m左右。为了确保地连墙施工过程中建筑物的安全，采用袖阀管注浆对地层进行加固。通过注浆试验对单液浆、双液浆及复合型浆液进行效果对比分析。结果证明采用复合型浆液取得了很好的注浆加固效果，可形成较好的胶结体。在地连墙施工过程中，建筑物最大累计沉降量未超过3 mm，确保了建筑物的安全。

高压富水；圆砾卵石地层；建筑物保护；袖阀管注浆；沉降控制

0 引言

随着我国地铁建设的快速发展，规划修建的各种狭小空间内地下车站越来越多，与此同时，车站基坑周边环境越来越复杂。在车站围护结构施工过程中，确保周边建(构)筑物的安全，必须采取一些辅助性的安全措施。在本工程中，紧邻基坑东侧具有银河商场建筑群，建筑群房屋基础距地连墙比较近，地层主要为高压、富水圆砾层和卵石层，在地连墙施工过程中由于地层稳定性差，成槽过程极易造成坍塌，危及临近建筑物安全，如何确保建筑物的安全将是本工程的挑战性难题。一般地层的地表加固主要采用高压旋喷[1]、袖阀管注浆[2-6]、水泥搅拌桩[7]等方法，考虑到高压旋喷注浆及水泥搅拌桩施工受场地限制，同时其在圆砾卵石地层适应性比较差。袖阀管注浆可实现分层注浆，且注浆压力可根据监测数据实时调整。圆砾卵石地层袖阀管注浆加固在整个南宁市轨道交通建设中首次实施，袖阀管注浆在富水圆砾卵石地层加固的可行性，关系到后续地铁施工中地层加固方案的选择。在富水圆砾卵石地层中采用袖阀管注浆必须要考虑的问题是浆液性能、注浆压力及注浆设备的配套等。如果以上几个方面的问题不能得到很好地解决，将会造成注浆施工中注浆量过大、注浆扩散范围不可控及胶结效果不好等情况，严重影响注浆加固效果。在圆砾卵石层中对注浆加固效果的评价也是目前存在的问题。在圆砾卵石地层加固中，建议采用注浆前后地层钻孔孔壁稳定性及芯样的密实性来评判注浆效果。

1 工程概况

1.1 火车站站概况

南宁市轨道交通1号线火车站站位于中华路与华东路之间的朝阳路上，沿朝阳路南北向布置，该站为1号和2号线同期实施的换乘站，为南宁地铁1号线控制性工程。火车站站为地下三层双岛车站，车站总长256 m，标准段宽44.7 m，基坑平均开挖深度为22.25 m，结构高度为18.83 m。火车站站东侧100 m紧邻银河商场及银河大酒店，车站西侧为天成一品及凤凰大酒店。火车站站与周边建筑物平面关系见图1。

图1 火车站站与周边建筑物平面关系图Fig.1 Plan showing relationship between Metro station and surrounding buildings

1.2 建筑物概况

银河大酒店、银河商场及银河大酒店主楼处于车站结构东侧，车站与银河大酒店及银河商场的距离约为5.28 m，其基础距车站基坑连续墙外缘最小距离为1.71 m。楼层为4～5层结构，无地下室，房屋基础为独立基础，基础埋深2～5 m，对沉降敏感，需要重点保护。银河大酒店主楼距离车站结构21 m，银河大酒店主楼22层、地下一层框架结构，采用预制钢筋混凝土桩基础，桩直径为400 mm，长13～14 m。银河大酒店、银河商场加固平面见图2，建筑物加固剖面见图3。

图2 建筑物加固平面图

图3 建筑物加固剖面图(单位：mm)

1.3 工程地质及水文情况

1.3.1 工程地质

火车站站银河酒店里程段场地范围地下岩层主要为填土层、黏性土层、粉土层、砂层、砾卵石层以及泥岩层共6层。详细地层特性见表1，地质纵断面图见图4。

表1 地层特性统计表Table 1 Ground characteristics

图4 地质纵断面图

1.3.2 水文地质

场地内有2层地下水：第1层为上层滞水，主要赋存于素填土中，该层地下水水量贫乏，主要由大气降雨及生活废水补给，主要通过大气蒸发方式排泄；第2层地下水为第四系松散岩类孔隙水，主要赋存于砂砾，圆砾，卵石层中及其上下部的砂土层中，属松散岩类孔隙水，该水系与邕江水联系密切，主要由邕江水补给，水量丰富，稳定水位埋深6 m，含水层厚度20 m左右，承压水头5.0～8.0 m。圆砾层渗透系数为90 m/d，卵石层渗透系数为120 m/d。

2 注浆方案设计及实施

2.1 试验性注浆

2.1.1 试验目的

1)分析袖阀管后退式注浆施工工艺的可实施性；

2)根据不同注浆深度，观测注浆加固效果及对周边环境的影响，分析注浆的安全性，确定不同边界条件下的注浆参数；

3)对比分析不同注浆浆液在地层中的可注性及其效果，试验确定出适合该注浆工艺的注浆材料及配比。

2.1.2 注浆试验孔布置

注浆试验孔在注浆区域内选择30个(每排孔连续并排选择10个)。注浆试验孔布置见图5。

图5 注浆试验孔平面布置图

2.1.3 注浆试验设计

2.1.3.1 注浆顺序

为了达到较好的加固效果并尽可能减少注浆对周边环境的影响，现场注浆试验的注浆顺序为：1)先注靠近建筑物的一排孔，再注靠近围护结构的一排孔，最后施作中间的一排孔，实现约束型注浆；2)同排孔注浆应分2序孔施作，即先施作1序孔，再施作2序孔，2序孔作为1序孔的效果检查，若2序孔钻孔效果好，可注浆封孔，若钻孔效果较差，则进行补充注浆[8]。

2.1.3.2 注浆量的确定

单位体积的注浆量

Q=KαβV[9]。

式中：K为损耗系数，一般取1.35；α为地层孔隙率；β为地层充填系数；V为加固体体积。

各地层每延米的注浆量见表2。

表2 各地层注浆量设计Table 2 Designed grouting volume of each strata

2.1.3.3 注浆压力的确定

由于本工程主要在粉土、粗砂层及卵石圆砾地层中注浆，地下水压力较大、地层渗透性较强，注浆压力主要要克服水压力、裂隙阻力及浆液的黏滞力，通过顶水注浆，将水推向远处。结合类似工程的经验，注浆压力

P注=P水+P阻+(0.5～1.0)MPa。

式中：P水为水压力(P静水和P承压水之和)；P阻为管道阻力。

根据实际试验测定P阻=0.2 MPa，根据地层水位埋深8～28 m情况，P静水取0.18 MPa，P承压水取0.06 MPa，通过计算，试验注浆压力为0.94～1.4 MPa。

2.1.3.4 设备配置

1)钻孔设备。考虑圆砾层和砂层成孔困难，需跟管钻进，现场选取了2台MDL-150D型履带式跟管钻机，满足圆砾层和砂层钻孔要求。

2)注浆设备。根据注浆浆液的类型，注浆机选用普通的双液注浆泵和单液注浆泵2种。双液注浆泵选用KBY-50/70型注浆泵(1台)，单液注浆泵选用BW-150型泥浆泵(2台)和HUB3.5A型双缸灰浆泵(2台)，均满足注浆要求。

2.1.4 不同浆液注浆试验及结果分析

2.1.4.1 单液浆

1)试验情况。单液浆注浆选用的试验孔为1-71～1-75,2-70～2-74,3-67～3-71，单液浆浆液水灰质量比为(0.6～0.7)∶1，注浆选用的设备为BW-150型泥浆泵。试验注浆过程中在粉土、砂层中每延米注浆量为0.25～0.30 m3/m，注浆起始压力一般为0.4 MPa，终压为1.2 MPa；在圆砾和卵石层中注浆量达到0.8 m3/m时，注浆压力始终在0.2～0.4 MPa。在圆砾和卵石层注浆过程中，注浆压力上升缓慢，注浆量较大。

2)结果分析。单液浆试验段注浆后15 d左右开始取芯，采用地质百米钻机以双管单洞方式取芯。在圆砾层取芯过程中，塌孔、返砂及卡钻现象比较严重，导致在圆砾层无法取出完整芯样。主要原因为地下水较丰富，单液浆遇水易稀释，流失严重，无约束性，单液浆在富水、高压圆砾地层中效果较差。

2.1.4.2 双液浆

1)试验情况。双液浆注浆选用的试验孔为1-71～1-75,2-70～2-74,3-67～3-71，主要针对圆砾层和卵石层进行注浆试验。浆液配比为W∶C=0.8∶1,C∶S=1∶1,水玻璃35 Be′，室内试验双液浆的初凝时间为90 s，注浆设备选用的是KBY-50/70型注浆泵。试验注浆过程中在圆砾和卵石层中注浆量达到0.45 m3/m时，注浆起始压力一般为0.5 MPa，终压为1.2 MPa。在圆砾和卵石层注浆过程中，双液浆注浆试验表明，注浆压力可以达到设计注浆压力，注浆量可控。

2)结果分析。双液浆试验段注浆后7 d左右开始取芯，采用地质百米钻机以双管单洞方式取芯。在取芯过程中，取芯至圆砾层时和单液浆注浆时取芯存在同样的问题，会出现塌孔、返砂现象，最终导致取芯失败。从取出的芯样判断，双液浆在圆砾地层中残留的水泥浆很少，存在被水稀释的问题，很难起到加固的效果。

2.1.4.3 复合型浆液

1)试验情况。复合型浆液注浆选用的试验孔为1-76～1-80,2-75～2-80,3-72～3-76，主要针对圆砾层和卵石层进行注浆试验。针对单液浆和双液浆在圆砾和卵石地层中被水稀释不易存留的问题，通过咨询相关专家和查阅相关文献[10-12]，在该地层中选用具有抗分散性的浆液。复合型材料室内实验配合比详见表3。

表3 复合型浆材配合比实验结果表Table 3 Testing results of mixing proportions of composite grout

现场采用了第1和第4组配合比进行注浆试验，注浆设备选用HUB3.5A型双缸灰浆泵。复合型浆材注浆试验采用的水灰质量比为(0.6～0.7)∶1，外加剂掺量为5%(水泥质量百分比)。注浆起始压力一般为0.5 MPa，终压为1.2 MPa，注浆量保持在0.40 m3/m。复合型浆材注浆试验表明，现场注浆压力可以达到设计注浆压力，注浆量可控。

2)结果分析。注浆结束后7 d开始取芯，采用地质百米钻机以双管单洞方式取芯。本次取芯过程中在圆砾层没有出现塌孔、返砂的现象，并且在取芯过程中，由于胶结体的强度较高，取芯的钻进速度比较慢。取出芯样含水泥凝胶体较多，浆液抗分散性较好，被水稀释的问题得到很好的解决，浆液能够跟地层有较好的胶结，且强度较高，取芯效果比较理想，能够起到加固的目的。

2.2 实施阶段注浆设计

2.2.1 注浆参数的确定

通过对试验阶段不同注浆浆液的注浆效果分析和综合性评价，根据实际可操作性和施工成本综合考虑，圆砾和卵石层选用表3中的第4组浆液。实施阶段各地层注浆参数详见表4。

表4 实施阶段注浆参数Table 4 Grouting parameters

2.2.2 关键技术要求

1)复合型浆液的拌制必须根据配合比计算出膨润土的剂量，然后采用专用的膨化池对膨润土进行24 h膨化。

2)复合型浆液拌制时首先在注浆桶内放入膨化的膨润土浆液，然后根据配比掺加水泥，水泥和膨润土混合液体强制搅拌3 min后再掺入水玻璃，再强制搅拌3～5 min后，方可实施注浆。

3)注浆实施过程中，圆砾和卵石层以注浆量控制为主，注浆压力控制在1.2 MPa以内；粉土和砂层中以注浆压力控制为主，注浆压力达到设计要求时，可停止注浆；在注浆压力达不到设计要求时，注浆量达到设计要求时，也可停止注浆。

3 注浆效果检查

3.1 加固体取芯检测

注浆全部完成后，在注浆区域进行了取芯，取芯过程非常顺利，孔壁稳定性比较好，不存在卡钻及返砂的现象。芯样见图6和图7，图8为地连墙施工过程中在圆砾和卵石层中挖出的块状土体。

图6 粉土及砂层芯样图

图7 圆砾及卵石层芯样图

1)由图6可见：单液浆在粉土和砂层中注浆效果比较好，在砂层中形成了良好的结石体，浆液充填比较饱满，结石体的强度比较高。

图8 地连墙施工过程中挖出的块状结实体Fig.8 Consolidated soil blocks dug out during diaphragm wall construction

2)由图7可见：在圆砾和卵石层中，浆液充填比较饱满，但是在抽样取芯的过程中，当胶结体中含有粒径较大的圆砾和卵石时，由于圆砾及卵石和取芯器产生较大的摩擦，造成胶结体碎裂，很难形成柱状体。

3)由图8可见：在地连墙施工过程中，注浆加固区域范围内挖出的土体都为块状，复合型浆液在圆砾和卵石层中注浆效果比较明显，可形成很好的加固体，达到了预期的加固效果。

3.2 地表及建筑物沉降观测

为了确保在注浆和地连墙施工过程中临近建筑物的安全，通过布置监测点进行实时监测，对施工进行信息化指导。监测点布置见图9。

3.2.1 注浆加固阶段

注浆正常施工时间段为2013年3月16日—5月25日，总共完成了330个孔的注浆加固。注浆加固期间建筑物累计沉降见图10。

由图10可知：从注浆加固开始到注浆结束，建筑物沉降处于由升到降的发展趋势，最大抬升点为J1-16，抬升最大累计值为1.64 mm。从房屋的累计沉降量可反映出在注浆过程中注浆压力和注浆量控制比较到位，注浆参数比较合理。

3.2.2 地连墙施工阶段

临近建筑物的地连墙施工时间为2013年9月15日—11月2日，施工时间为48 d，总共完成25幅地连墙(A44—A56)，地连墙施工过程中建筑物的沉降处于可控状态。建筑物累计沉降见图11，地表累计沉降见图12。

由图11可知：地连墙在施工过程中，建筑物整体趋于下沉状态，地连墙成槽对地层具有一定的扰动，累计沉降量最大的监测点为J1-15及J1-16，累计沉降量分别达到2.07 mm和2.19 mm，该监测点距离地连墙最近，该监测点对连墙施工比较敏感，符合实际工况。建筑物各监测点累计沉降值都小于-2 mm，说明前期注浆加固对地层的稳定性起到了很好的效果。

由图12可知：地连墙施工过程中，地表随着地连墙的施工有着不同程度的沉降，最大沉降点为D19-1，最大累计沉降值为-6.48 mm。地连墙施工完毕后1个月左右，地表沉降基本趋于稳定状态。

图9 监测点平面布置图

图10 注浆阶段建筑物累计沉降图

图11 地连墙施工阶段建筑物累计沉降趋势图

图12 地连墙施工阶段地表累计沉降图

4 结论与建议

1)普通水泥可注性好，注浆时能够得到较大的注浆量和注浆加固范围。结石体强度高，能有效地提高地层的承载能力。但普通水泥单液浆抗分散性能差，易被地下水稀释，影响其强度和堵水性能，且由于其收缩率较大，因而不宜在富水、流速大、对堵水要求很高的条件下采用。

2)在富水圆砾和卵石地层中，注浆浆液要有很好的泌水性能和抗分散性能，复合型浆材具有高强、高抗渗、抗风散的特点，在地层中极易形成良好的胶结体，凝胶时间可控，可操作性较强。

3)在富水圆砾和卵石地层中，为了确保浆液不被地下动水稀释冲走，建议采用黏度比较高的浆液，同时采用袖阀管注浆工艺时，袖阀管溢浆孔开孔率及管径要相应增大。

4)通常注浆加固的效果是通过取芯做抗压强度来评价，但是在圆砾地层中取出满足试验所用的芯样是非常困难的。注浆效果应根据地层的性质和注浆加固的作用综合评价，不能一概而论。本工程中，注浆加固是为了地连墙成槽过程中防止槽壁的坍塌和泥浆的流失，通过注浆前后钻孔孔壁的稳定性和芯样中浆液分布均匀性来对注浆效果进行评价。工程实施证明，采用上述方法对注浆效果进行评价是可行的，可以满足施工安全的需求，同时也为类似工程对注浆效果评价提供了借鉴意义。

[1]徐平,张敏霞,丁亚红.高压旋喷注浆加固设计及应用[J].山西建筑,2009,35(13): 94-95.(XU Ping,ZHANG Minxia,DING Yahong.Design and application of high pressure rotating grouting reinforcement[J].Shanxi Architecture,2009,35(13): 94-95.(in Chinese))

[2]宋修元.富水砂卵石地层洞内深孔定点填充注浆加固技术浅析[J].现代隧道技术,2011,48(3): 132-135.(SONG Xiuyuan.Analysis on deep hole grouting consolidation for tunnels in water-rich sandy gravel stratum[J].Modern Tunnelling Technology,2011,48(3): 132-135.(in Chinese))

[3]王昌威．基坑封底中的袖阀管注浆技术[J]．施工技术，2011(3): 101-103．(WANG Changwei． Grouting technology with sleeve valve pipe in foundation excavation bottom sealing[J].Construction Technology,2011(3): 101-103．(in Chinese))

[4]魏祥.浅谈长沙营盘路湘江隧道地表加固施工技术[J].山西建筑，2010(12): 341-343.(WEI Xiang.Discussion on the construction technique of the surface strengthening of Xiangjiang tunnel at Yingpan road of Changsha city[J].Shanxi Architecture,2010(12): 341-343.(in Chinese))

[5]李丰果．袖阀管注浆帷幕在地铁周边建筑物保护中的应用[J].现代隧道技术，2010(6)：93-96．(LI Fengguo.Application of sleeve valve pipe grouting curtain for protecting buildings near the subway[J].Modern Tunnelling Technology,2010(6): 93-96.(in Chinese))

[6]王京浦．袖阀管灌浆技术在卵砾石层中的应用[J].水科学与工程技术，2012(3): 85-87.(WANG Jingpu.Application of sleeve valve tube grouting technique the gravel layer[J].Water Sciences and Engineering Technology,2012(3): 85-87.(in Chinese))

[7]黄文贺.水泥搅拌桩在大型泵房地基处理中的应用[J].武汉大学学报：工学版,2010,48(S1): 206-209.(HANG Wenhe.Applicationg of cement mixing piles to foundation treatment of a large-sized pump house[J].Engineering Journal of Wuhan University: Engineering Edition,2010,48(S1): 206-209.(in Chinese))

[8]祁健政，王杰，杜嘉鸿，等.岩土注浆理论与工程实例[M].北京：科学出版社，2001.(QI Jianzheng,WANG Jie,DU Jiahong,et al.Rock and soil grouting theory and examples[M].Beijing: Science Press,2001.(in Chinese))

[9]彭振斌.注浆工程设计计算与施工[M].武汉：中国地质大学出版社，1997.(PENG Zhenbin.Calculation and construction of grouting engineering design[M].Wuhan: China University of Geoscience Press,1997.(in Chinese))

[10]应金星.袖阀管注浆加固设计与施工工艺研究[J].吉林水利，2009(7)：22-26.(YING Jinxing.The design of sleeve valve pipe grouting reinforcement and research of construction technique[J].Jilin Water Resources,2009(7)：22-26.(in Chinese))

[11]黄亮，徐超.水泥-膨润土泥浆固结体力学性能室内试验研究[J].勘察科学技术，2009(6)：3-8.(HUANG Liang,XU Chao.Experimental study on mechanical properties of cement obentonite slurry[J].Site Investigation Science and Technology,2009(6)：3-8.(in Chinese))

[12]陈铁林，滕红军，张顶立．厦门翔安海底隧道富水砂层注浆试验[J]．岩石力学与工程学报，2007，26(S2)：3711-3717.(CHENG Tielin,TENG Hongjun,ZHANG Dingli.Grouting test on water-enriched sand layer of Xiamen Xiang’an subsea tunnel[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2007,26(S2): 3711-3717.(in Chinese))

云南投资13亿元建西部里程最长城市地下管廊

2014年11月13日，云南省保山市针对群众反映强烈的中心城市反复开挖道路、随意改造管线等影响居民生活的问题，经反复论证和借鉴国内外的成功经验，决定投入13亿元对中心城市正在建设的4条城市主干道路规划配建地下综合管廊，实现集约、高效、有序地利用城市地下空间。保山地下综合管廊可保百年内地下管线避免重复投资、避免反复开挖城市主干道影响群众生活。

地下综合管廊全长约34.88 km，项目建成后将成为中国西部投资最大、功能最全、里程最长的城市地下综合管廊。强弱电、供水、排污、燃气等地下管线将被统一纳入其综合“管理”。

为确保地下空间利用更加集约、高效，云南保山市永昌路、保岫东路、青堡路、南城大道的地下综合管廊设计使用寿命均为100年。

截至目前，保山地下综合管廊已累计完成投资4亿元左右。管廊建设为今后进一步开发使用城市空间积累了经验、提供了范本；城市地下综合管廊是城市现代化、科技化、集约化的标志，要克服“重显绩轻潜绩”的问题；要坚持共用、统一原则，所有新建或改造的项目，决不允许任何单位再另行开挖。

(摘自 中国市政工程网 http://www.zgsz.org.cn/2014/1117/12647.html)

地铁盾构填舱加固换刀技术获成功应用

日前，在中国铁建十六局集团主办的盾构施工技术交流会上，施工方展示了广州地铁9号线4标马莲盾构区间2条隧道施工过程中取得的1 617环的渣土样本。通过对当前渣土样本的分析，预判前方地质情况，调整施工参数。

目前，盾构技术作为地下工程开发建设的主流施工技术，在我国得到了广泛应用。但不同城市、不同地区间地质条件差异很大，对线路选择、盾构选型及施工技术的应用等都有不同要求，如何根据工程要求做出正确的选择并将施工细节考虑周全，是技术人员需要不断探究解决的课题。

针对广州特殊地质，广州地铁9号线4标项目在施工中首次使用“填舱加固换刀技术”，在工程实践中受到专家赞誉。

广州地铁9号线工程全部采用地下线，施工场地属浅埋岩溶发育地段。线路规划初期，部分专家认为此地区不适合修建地下线，施工难度及风险大。在马鞍山公园站至莲塘村站盾构区间施工过程中，就如何提高施工效率、减少安全隐患展开科技攻关。通过采集施工阶段的渣土样本，分析地质组成、岩面高度，实时调整掘进参数。在其中一台盾构掘进过程中，由于地质复杂导致刀具损坏，但由于换刀位置处于上软下硬地段，常规的开舱换刀无法开展，于是在全局范围内率先采用了“填舱加固换刀技术”，即将水泥砂浆填充到土舱内，把水泥浆扩散到周围土体内，在刀盘的四周形成一定的加固体，开舱清理土舱后进行刀具更换。通过多次填仓换刀作业，已成功掌握了此项工艺技术。

(摘自 工程质量在线 http://www.ccqm.cn/hotnews/2014-12-11/5247.html)

CaseStudyonConsolidationofWater-richCobble/gravelStratainNanningbymeansofSoletancheGrouting

REN Guohong

(ChinaRailwayTunnelStockCo.,Ltd.,Zhengzhou450000,Henan,China)

The geological conditions of Railway Station station of No.1 Line of Nanning Metro are complex,the cobble/gravel strata is water-rich and highly-permeable,and the underground water level is about 6 m below the ground surface.The strata is consolidated by means of Soletanche grouting,so as to guarantee the safety of the buildings around the diaphragm wall.In the paper,comparison and contrast is made among the effect of single-component grout,that of two-component grout and that of composite grout.Composite grout is adopted for the Soletanche grouting and good grouting effect has been achieved.The maximum accumulated settlement of the buildings is less than 3 mm during the construction of the diaphragm wall,and the safety of the buildings is guaranteed.

rich water with high pressure; cobble/gravel strata; building protection; Soletanche grouting; settlement control

2014-07-09;

2014-10-10

任国宏(1977—)，男，山西夏县人，2000年毕业于西南交通大学，土木工程专业，本科，工程师，主要从事隧道及地下工程方面的技术及项目管理工作。

10.3973/j.issn.1672-741X.2014.12.011

U 457+.3

B

1672-741X(2014)12-1183-08