暗挖工程超前支護及注漿加固技術(shù)
     超前支護及注漿加固是暗挖工程施工中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，本文主要介紹北京地鐵五號線4個暗挖標(biāo)段超前支護及注漿加固實施情況，以期為類似城市暗挖工程施工提供參考。 


　 一、工程概況 
　 北京地鐵五號線02標(biāo)（劉家窯站～蒲黃榆站區(qū)間、蒲黃榆車站）、03標(biāo)（蒲黃榆站～天壇東門站區(qū)間、天壇東門站）、04標(biāo)（天壇東門站～磁器口站區(qū)間、磁器口站）、05標(biāo)（崇文門站）采用淺埋暗挖法施工。其中蒲黃榆站采用22.6m寬大跨度單拱單柱雙層暗挖結(jié)構(gòu)，天壇東門站采用23.87m寬大跨度三拱兩柱雙層暗挖結(jié)構(gòu)，磁器口站采用21.87m寬大跨度三拱兩柱雙層暗挖結(jié)構(gòu)，崇文門站采用24.2m寬大跨度三拱兩柱雙層暗挖結(jié)構(gòu)，車站覆土厚度4～9m；區(qū)間采用5.8m×6.3m馬蹄形斷面結(jié)構(gòu)，區(qū)間覆土厚度12～15m.車站開挖采用中洞法分塊開挖，區(qū)間采用上下臺階法開挖。工程經(jīng)過地層包括粉質(zhì)粘土、粉細砂、中粗砂、砂卵石層。由于暗挖工程均處于鬧市區(qū)，沉降控制非常關(guān)鍵。 
　  二、超前支護及注漿加固技術(shù) 
　  1、現(xiàn)場實施情況 
     （1）超前地質(zhì)探測全線暗挖車站及區(qū)間開挖施工過程中為提前探測前方地質(zhì)及滲水情況，均進行超前地質(zhì)探測。探測采用的方法見表1. 
     （2）超前管棚暗 
　　挖地鐵開挖洞室跨度相對較大，施工中超前支護采用多樣化的超前管棚支護，采用的超前管棚主要類型如下。 
　　02標(biāo)采用Ф114mm單根長146.6m管棚，共103根；03標(biāo)采用Ф108mm單根長18m管棚；04標(biāo)采用Ф108mm單根長10m和18m管棚；05標(biāo)采用Ф108mm單根長27m管棚，Ф600mm單根長36m管幕，Ф377mm單根長36m管棚。 
　   2、超前管柵施工技術(shù)舉例：單根長146mФ114mm超前長管棚。 
　　（1）設(shè)計參數(shù)。 
　　02標(biāo)段超前長管棚沿蒲黃榆車站拱部環(huán)向布置，環(huán)向間距0.3m，縱向貫通車站拱部，單根長146m，共103根，管棚采用Ф114×5mm鋼管。 
　�。�2）工藝流程。 
　　工藝流程見圖1. 
（3）施工方法。 
　　采用水平定向鉆機從東南結(jié)合部往東北結(jié)合部一次性施做導(dǎo)向孔，從東北往東南回擴孔拖管，鋼管單節(jié)長6m，接頭采用絲扣連接。為防止施工管棚串管，施工時從拱頂往下間隔施工。 
　�。�4）使用設(shè)備、儀器。 
　　超前長管棚施工主要設(shè)備、儀器：FDP-15D水平定向鉆機、ECLIPSE無線導(dǎo)向系統(tǒng)和地磁地下定位系統(tǒng)、UB-8型砂漿泵。 
　　（5）工效。 
　　由于蒲黃榆車站拱部超前長管棚位于交通繁忙的蒲黃榆主路下，導(dǎo)向孔鉆進采用無線導(dǎo)向系統(tǒng)時必須在晚間23點到第二天7點之間；施工速度根據(jù)地層及管棚埋深不同施工效率不同。 
　　當(dāng)管棚埋深在10m內(nèi)，采用無線導(dǎo)向系統(tǒng)時，粘土層中鉆進一根管棚（L=146m）需24h左右；砂層中鉆進一根管棚需33h左右。 
　　當(dāng)管棚埋深在10m以下，采用地磁地下定位系統(tǒng)時，管棚位于中粗砂層中，鉆進一根管棚（L=146.6m）需38h左右。 
　�。�6）管棚注漿。 
　　管棚注漿設(shè)備：UB-8型砂漿泵，最大工作壓力6MPa，最大排量8m3/h，最大水平輸送距離250m.注漿方向：東南車站結(jié)合部往東北車站結(jié)合部，一次性灌注。 
　　管棚鋼管漿液擴散孔布置：縱向300mm間距梅花型鉆Ф10mm漿液擴散孔，環(huán)向3排。 
　　漿液：水泥漿，外摻少量微膨脹劑，配合比水泥∶水∶膨潤土∶鋁粉=1∶0.8∶0.05∶0.001；注漿壓力在1.5MPa左右。 
　�。�7）效果。 
　　施工管棚設(shè)計注漿數(shù)量2.9m3，實際注漿數(shù)量基本在3.5m3左右。 
3、超前導(dǎo)管施工 


　　超前小導(dǎo)管設(shè)置在車站、風(fēng)道、區(qū)間、出入口通道拱部，區(qū)間拱部超前小導(dǎo)管單根長L=3m，其余拱部超前小導(dǎo)管單根長L=2.5m. 
　�。�1）工藝流程（見圖2）。 
首先按設(shè)計測量定位，然后采用煤電鉆孔，成孔檢查后采用風(fēng)鉆頂進鋼管，噴射5cm厚混凝土封閉掌子面，最后進行漿液壓注。 
　�。�2）使用設(shè)備。 
　　鉆孔采用煤電鉆或氣動風(fēng)鎬、吹管（自制25mm鋼管），注漿采用UB-8型砂漿泵及KBY-50/70雙液注漿泵。 
　�。�3）工效。 
　　車站2.5m長小導(dǎo)管施工一根需6min，區(qū)間3m長小導(dǎo)管施工需7min.壓注一根小導(dǎo)管需6min.（4）管的布設(shè)參數(shù)。 
　　車站超前小導(dǎo)管沿起拱線上按0.3m間距環(huán)向布置，每環(huán)104根；縱向每兩榀鋼架布設(shè)一排，即每排小導(dǎo)管縱向間距1m.風(fēng)道、出入口、通道沿拱部120°范圍環(huán)向按0.3m間距布置，風(fēng)道拱部每環(huán)43根，結(jié)合部每環(huán)37根，縱向每兩榀鋼架布設(shè)一排，即每排小導(dǎo)管縱向間距1m.區(qū)間在拱部環(huán)向按0.3m間距布置，每環(huán)25根，縱向每兩榀鋼架布設(shè)一排，即每排小導(dǎo)管縱向間距1.5m.小導(dǎo)管采用Ф32×3.25mm鋼管，鋼管上縱向孔眼間距15cm，孔眼直徑8mm，頂部制作成錐型，尾部焊箍；上仰角控制在7°～10°。 
　�。�5）小導(dǎo)管注漿。 
　　區(qū)間砂層壓注化學(xué)漿液，配合比：稀硫酸∶水玻璃=1∶6～8.車站水泥砂漿配合比：水泥∶砂∶水=1∶0.5∶0.7.車站水泥～水玻璃雙液漿∶水泥漿水灰比1.25∶1～0.5∶1，水玻璃模數(shù)2.4～2.8，水玻璃濃度使用范圍30～45，水泥∶水玻璃=1∶1（體積比）。 
　　注漿壓力：0.5～0.8MPa.（6）注漿效果。 
　　拱部小導(dǎo)管注漿完成后，在拱部形成一個固結(jié)保護層，延長圍巖自穩(wěn)時間。保證下一循環(huán)開挖支護施工過程中不出現(xiàn)坍塌，使圍巖自穩(wěn)時間在4h以上。 
　　地面注漿起到填充加固地層不密實土體的作用，對掌子面封閉注漿起到加固圍巖的作用，保證在開挖時不發(fā)生坍塌，延長圍巖自穩(wěn)能力。 
4、拱背回填注漿拱背回填注漿主要對初期支護背后土體進行回填加固；回填注漿管采用Ф32×3.25mm鋼管。在距開挖封閉成環(huán)掌子面3m后進行拱背回填注漿。 
　　（1）工藝流程。 
（2）使用設(shè)備。 
　　UB-8型砂漿泵。 
　�。�3）工效。 
　　漿液壓注時間為10～60min不等。 
　�。�4）管布設(shè)參數(shù)。 
　　拱背回填注漿管采用Ф32×3.25mm鋼管，鋼管深入初期支護背后。 
　　區(qū)間每環(huán)設(shè)3根，L=0.5m，縱向間距6m，梅花型布置。 
　　風(fēng)道每環(huán)設(shè)7根，L=0.6m，縱向間距1m，拱部3根，兩側(cè)各2根。 
　　結(jié)合部每環(huán)設(shè)9根，L=0.6m，縱向間距1m，拱部3根，兩側(cè)各3根。 
　　車站每環(huán)設(shè)6根，L=0.9m，縱向間距1m.出入口及通道設(shè)5根，L=0.6m，縱向間距3m，拱部1根，兩側(cè)各2根，梅花型布置。 
　　（5）回填注漿。 
　　采用1∶1水泥砂漿；拱部注漿壓力0.8MPa，邊墻注漿壓力0.5MPa.（6）注漿效果。 
　　拱背回填注漿后相應(yīng)地段地表沉降及拱頂沉降明顯減緩。 
　　三、體會


1、超前支護及注漿加固存在的問題
（1）現(xiàn)場地質(zhì)探測布孔不規(guī)范，不能充分反映前方地質(zhì)情況；對前方地質(zhì)定性分析不足，不能充分指導(dǎo)后續(xù)施工。 
　�。�2）管棚注漿工藝落后，漿液擴散情況差，砂層中易發(fā)生溜空現(xiàn)象；傳統(tǒng)施作管棚的方式精度較差，單次施作長度太短，設(shè)備對現(xiàn)場環(huán)境要求高，在施作過程中，每次均須上挑形成工作室，存在較大的風(fēng)險。 
　�。�3）車站部分施工過程中，小導(dǎo)管的仰角普遍過大，小導(dǎo)管的作用發(fā)揮不充分；現(xiàn)場動態(tài)管理不夠理想，超前支護不能因地質(zhì)情況的改變而改變，常造成資源浪費；注漿工藝落后，漿液擴散不均勻，對注漿效果缺乏控制及驗證。 
　　（4）注漿管的布設(shè)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；現(xiàn)場回填注漿存在不夠及時的現(xiàn)象；注漿壓力無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，個別注漿壓力過高，易造成結(jié)構(gòu)破壞。 
2、建議
（1）從現(xiàn)場實際情況看來，對于北京這種地質(zhì)情況，采用洛陽鏟進行超前地質(zhì)探測是一種簡便可行且十分有效的方法。 
　　布孔：每工作面布置3個孔，拱頂一處，兩側(cè)拱腳以上1m拱腰各布置一處。 
　　打孔：采用洛陽鏟。 
　　探測長度：每次探測長度5m，每開挖3m探測一次。 
　　分析：采取定性分析。 
　�。�2）超前管棚。 
　　從管棚施工情況分析，對于受力情況復(fù)雜部位，通過重要建構(gòu)筑物時，對沉降要求較高的地方，超前長大管棚是一種十分有效的支護手段。 
　　1進一步研究改進長大管棚的注漿工藝，改善漿液的擴散效果，提高長大管棚對不同地層的適應(yīng)性；2推廣應(yīng)用新的先進的管棚施工工藝，提高管棚施工精度；3對車站等大斷面施工，由于其沉降較難控制，可推廣采用長管棚的支護方式；4有條件時管棚宜一次性貫通拱部，避免施工過程中多次挑高；5從經(jīng)濟角度考慮，150mm以上的大管棚應(yīng)慎用，150mm以下的管棚，其成本較為適中，可廣泛采用。 
　�。�3）超前導(dǎo)管。 
　　各標(biāo)施作小導(dǎo)管情況基本相同，小導(dǎo)管各項指標(biāo)建議如下：1小導(dǎo)管宜采用Ф32×3.25mm鋼管；2拱部小導(dǎo)管布置間距通常為環(huán)向0.3m，縱向搭接1～1.5m；3鋼管前端制作成錐形（長10cm），尾部焊箍，鋼管從尾部0.8m開始鉆Ф6～8的梅花型孔，孔眼間距0.15m；4注漿前宜先噴5cm厚噴射混凝土封閉掌子面，并在管口設(shè)止?jié){塞；5超前導(dǎo)管在砂層中宜壓注化學(xué)漿液；6注漿壓力宜控制在0.2～0.5MPa之間；7粘土層中可不施作注漿小導(dǎo)管，或改為施作鋼釬；8對于北京的地質(zhì)情況，采用煤電鉆和吹管施作小導(dǎo)管是合適的選擇。 
　�。�4）拱背回填注漿。 
　　拱背回填注漿是十分必要的，各項指標(biāo)建議如下：1拱背回填注漿管宜采用Ф32×3.25mm鋼管，鋼管可不鉆孔；2回填注漿管不宜深入初期支護背后土體，僅深入土體0.05～0.1m即可；3回填注漿漿液首選水泥砂漿，當(dāng)有滲水的情況下，可考慮采用水泥水玻璃雙液漿；4回填注漿壓力不應(yīng)太大，應(yīng)控制在0.2～0.3MPa左右；5拱背回填注漿應(yīng)及時，當(dāng)初期支護成環(huán)3～5m時，就應(yīng)進行第一次拱背回填注漿，同時應(yīng)結(jié)合監(jiān)測資料確定二次注漿時間；6拱背回填注漿應(yīng)反復(fù)進行，二次注漿必須重新打設(shè)注漿管；7回填注漿管的布設(shè)可考慮縱向間距3m左右，梅花形布置。