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【摘要】 由于地层条件千变万化，地铁暗挖中隧道拱部往往处于无粘结、自稳能力差的砂层及砂砾（卵）石层，给开挖带来极大安全隐患，作为暗挖施工的首要工序——超前注浆显然成为施工过程中防塌限沉的重要控制环节。本文以某地铁站点区间工程为例详细介绍超前小导管加工与安设、注浆材料的选取，以及注浆过程控制等。
【关键词】 地铁暗挖；超前小导管；注浆施工
【中图分类号】 TU755.63 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727—5123（2012）04—035—02
某地铁站点区间工程起点里程为K18+484.7，终点里程为K19+808.6，全长1323.9米。主要工程项目包括一站、一区间，区间隧道左右线双线全长1134米。区间采用台阶暗挖法施工，施工中严格遵照“管超前，严注浆；短开挖，强支护；早封闭，勤量测”的原则进行。
作为区间开挖的首要步骤——超前小导管注浆完成后，在拱部可以形成一个固结保护层，提高围岩自稳性，保证下一循环开挖支护施工过程中不出现坍塌，除此以外注浆还有支护、堵水等多种作用，所以注浆在暗挖施工中尤为重要，对超前注浆技术的研究和总结也十分必要，以下将对苜～小区间注浆技术进行详细介绍。
1 小导管的加工及安设
首先是小导管的加工，小导管加工合适与否会直接影响超前注浆的效果。苜～小区间主体标准断面采用马蹄形断面，小导管采用外径Ф25，t=2.75，1=2.0m钢焊管，按照纵间距0.75m，环间距0.3m，特殊地段加密，超前预注浆加固地层。其加工图如图1.1所示，一般前端加工200mm尖锥，距尾部1000mm不开孔，剩余部分每隔200mm梅花形布设Ф6～8的溢浆孔。加工中还要注意以下细节：①在尾部焊接Ф6钢筋箍，提高小导管刚度，避免风钻将小导管顶入土层时造成钢管压裂，注浆时容易出现漏浆现象。②前端尖锥必须予以封焊严实，否则大部分浆液会由前端直接渗出，引起中间段注浆量的减少，造成注浆效果极差，从而给开挖带来风险。③距离导管尾部一定距离不能开孔，喷锚后靠近尾部的溢浆孔不能被初支封闭，这样注浆时浆液容易从初支外溢浆孔漏出。
小导管安设一般采用引孔顶入法：砂卵层可用高压吹管将砂石吹出成孔安设导管；若地层较硬或地层情况较差不易吹孔，可提前预埋导管，待喷锚完成后用风钻一一顶入。小导管外插角控制在8～15°（小导管安设如图1.2、1.3所示），仰角过小影响下循环格栅的安装，仰角过大则小导管的作用发挥不充分。导管安设完成以后，用塑胶泥封堵导管周围缝隙，并用棉纱将孔口堵塞。
图1.1 小导管加工示意图（单位：mm）
图1.2 小导管纵断面布置图 图1.3 小导管横断面布置图
2 注浆材料的选取
合理选择注浆材料也是注浆技术的关键部分，隧道开挖前根据地层条件和围岩特性，注浆目的等诸多因素的不同，注浆材料的选择也有所不同。
目前最为常用的注浆材料大体可以分为两大类：①水泥单液浆，此类浆液可以永久性留在围岩和钢管中，稳定土体和增强钢管刚度加强支护，但达到注浆效果对时间要求相对其他注浆材料较长，施工中可以加入食盐、三乙醇胺等促凝剂缩短凝结时间。单液水泥浆适用于无水粗砂及砂砾（卵）石地层。其中固沙剂Ⅱ号就是一种经过改进的高强度速凝水泥，按照水灰比4：1～6：1配兑浆液，配制过程简单，注浆效果良好，终凝时间一般不超过30分钟，还可以通过水灰比来调控凝结时间，施工中较为实用。②水泥—水玻璃双液浆、改性水玻璃浆等化学浆液。其主要原理为：浆液通过高压风压注到岩体裂隙中发生化学作用，能够将松散颗粒在短时间内胶结成整体，增强土体稳定性，为开挖提供安全保障；除此以外，浆液填充了地层中土体空隙，阻断水分子的渗入，起到堵水防水的作用。
其中，改性水玻璃是无水中砂及粉细砂地层最为常用的一种注浆材料，该材料特点就是凝结时间快，注浆设备一般采用自制牛角泵，注浆施工简单方便。浆液配比在施工中应根据实际情况随时调整。苜小区间由现场试验采用以下配比：98%浓硫酸按照1：10比例稀释；40Be′水玻璃按照1：2比例稀释；将稀释后的水玻璃倒入硫酸溶液中，按照硫酸与水玻璃1：3的体积比配制，凝结时间为3min左右。采用该配比现场效果较好，由于支护到位，区间拱顶砂土塌落现象得到了有效控制。
另外，水泥—水玻璃双液浆也是一种非常理想的化学注浆液，适用于有水的粗砂及砾石地层，它集中了水泥单液浆和改性水玻璃两种浆液的特点，在地层、施工条件相同的情况下，凝结时间更快、注浆效果更为明显。双液浆的配比也应根据不同地层由现场试验确定。苜小区间综合比较多种配比后，采取如下配比效果较好：水泥浆水灰比为1：0.8，40Be′水玻璃稀释至20Be′，水泥浆与水玻璃比例为1：2.5，配兑后的双液浆凝结时间在2min左右。（现场试验见图2.1、2.2）
由于水泥—水玻璃双液浆凝胶速度快，容易发生堵管，要求现场注浆人员操作熟练，注浆完成后必须及时洗管。除此之外，还可以采取以下两种措施避免发生堵管现象，提高注浆效率：通过加入磷酸氢二钠等缓凝剂来延长凝胶时间；分别加长两种浆液出浆管长度，使浆液从三通混合后直接注入小导管，最大限度缩短两种浆液注浆前混合反应时间。如上两种措施在苜小区间主体暗挖超前注浆中得到普遍采用，经现场实践验证，堵管现象明显减少，注浆效率也大大提高。
图2.1 双液浆在砂卵层中凝结效果 图2.2 双液浆3分钟后自凝效果
3 注浆施工控制
以上为施工中常见几种浆液，注浆过程还应该严格控制注浆压力。注浆压力是促使浆液在岩土层裂隙中流动扩散的一种动力，必须有足够的压力来克服地层裂隙阻力，才能使浆液充分扩散填充。压力过低，浆液扩散不充分，不能达到达到理想注浆效果；压力过高，亦会劈裂岩土体，因此注浆压力一般控制在0.2～0.5MPa。当注浆压力达到规定时不易马上停止注浆，应待压力稳定一段时间浆液进一步渗透后方可结束注浆过程。 注浆施工中还有许多控制要点，各个要点环环相扣，只有严格控制每一环节，才能达到最理想的注浆效果。注浆开始前应先喷射5～8cm厚混凝土封闭掌子面，待初喷层有一定强度时方可注浆，防止浆液从工作面裂隙中反渗。此外，还要进行压水或压稀浆试验，检查管路的密封性和地层的吸浆情况，发现漏浆和串浆，要及时进行封堵。确定一切正常后，按照由下向上隔孔注浆的顺序进行注浆。当注浆终压达到设计终压，注浆量达到设计注浆量的80%以上；或虽未达到设计终压，但注浆量已达到设计注浆量，并无漏浆现象，即可结束本孔注浆。注浆过程要做好注浆记录（见表3.1），每隔5min详细记录压力、流量、凝胶时间等，并记录注浆过程中的情况。
表3.1 注浆记录表
填表说明：①备注栏填漏浆、串浆情况；②改性水玻璃（SS）配合比填PH值；③C—S浆填凝胶时间，其他不填。
记录： 注浆负责人： 年 月 日
随着科学技术高速发展和进步，注浆技术尽管有了很大提高，可仍然存在问题。施工过程中，动态管理不到位，超前注浆不能因地层情况的改变而改变；对注浆效果缺乏统计及验证，无法指导后续施工；实验配比过于理想，不适合现场施工生产。针对这些问题，提出以下几点建议：在两侧起拱线位置和上供中部用洛阳铲挖出三个探测孔，及时得到前方地层情况，根据反馈信息来选择最合理的注浆材料；现场技术人员做好注浆记录，坚持注浆试验和成果总结，确定最优配合比；选择配比应服务现场尽量减少浆液配兑工序，提高工人工作效率。
作为防塌限沉的主要手段，超前小导管注浆在地铁暗挖中得到广泛运用，在施工中必须引起高度重视。随着地层的不断变化，小导管注浆工艺的设计参数也是多种多样。具体施工时只要把握各个要点，做好质量和过程控制，一定可以减少地层扰动，达到固结围岩和止水效果。同时，深入研究注浆技术，通过实际注浆量和理论计算值的比较可以有效评估注浆质量，也可以成为成本控制的有力依据。因此，现场技术人员需要随时关注最前沿注浆技术，在现场施工中积累各种经验，采用与时俱进又适合自身工程特点的新材料、新设备、新工艺对注浆进行进一步探索和革新。
参考文献
1 梁炯鋆.锚固与注浆技术手册
2 王自清.勤水利水电工程地层注浆堵水与施工新技术及标准规范实用手书
【关键词】 地铁暗挖；超前小导管；注浆施工
【中图分类号】 TU755.63 【文献标识码】 A 【文章编号】 1727—5123（2012）04—035—02
某地铁站点区间工程起点里程为K18+484.7，终点里程为K19+808.6，全长1323.9米。主要工程项目包括一站、一区间，区间隧道左右线双线全长1134米。区间采用台阶暗挖法施工，施工中严格遵照“管超前，严注浆；短开挖，强支护；早封闭，勤量测”的原则进行。
作为区间开挖的首要步骤——超前小导管注浆完成后，在拱部可以形成一个固结保护层，提高围岩自稳性，保证下一循环开挖支护施工过程中不出现坍塌，除此以外注浆还有支护、堵水等多种作用，所以注浆在暗挖施工中尤为重要，对超前注浆技术的研究和总结也十分必要，以下将对苜～小区间注浆技术进行详细介绍。
1 小导管的加工及安设
首先是小导管的加工，小导管加工合适与否会直接影响超前注浆的效果。苜～小区间主体标准断面采用马蹄形断面，小导管采用外径Ф25，t=2.75，1=2.0m钢焊管，按照纵间距0.75m，环间距0.3m，特殊地段加密，超前预注浆加固地层。其加工图如图1.1所示，一般前端加工200mm尖锥，距尾部1000mm不开孔，剩余部分每隔200mm梅花形布设Ф6～8的溢浆孔。加工中还要注意以下细节：①在尾部焊接Ф6钢筋箍，提高小导管刚度，避免风钻将小导管顶入土层时造成钢管压裂，注浆时容易出现漏浆现象。②前端尖锥必须予以封焊严实，否则大部分浆液会由前端直接渗出，引起中间段注浆量的减少，造成注浆效果极差，从而给开挖带来风险。③距离导管尾部一定距离不能开孔，喷锚后靠近尾部的溢浆孔不能被初支封闭，这样注浆时浆液容易从初支外溢浆孔漏出。
小导管安设一般采用引孔顶入法：砂卵层可用高压吹管将砂石吹出成孔安设导管；若地层较硬或地层情况较差不易吹孔，可提前预埋导管，待喷锚完成后用风钻一一顶入。小导管外插角控制在8～15°（小导管安设如图1.2、1.3所示），仰角过小影响下循环格栅的安装，仰角过大则小导管的作用发挥不充分。导管安设完成以后，用塑胶泥封堵导管周围缝隙，并用棉纱将孔口堵塞。
图1.1 小导管加工示意图（单位：mm）
图1.2 小导管纵断面布置图 图1.3 小导管横断面布置图
2 注浆材料的选取
合理选择注浆材料也是注浆技术的关键部分，隧道开挖前根据地层条件和围岩特性，注浆目的等诸多因素的不同，注浆材料的选择也有所不同。
目前最为常用的注浆材料大体可以分为两大类：①水泥单液浆，此类浆液可以永久性留在围岩和钢管中，稳定土体和增强钢管刚度加强支护，但达到注浆效果对时间要求相对其他注浆材料较长，施工中可以加入食盐、三乙醇胺等促凝剂缩短凝结时间。单液水泥浆适用于无水粗砂及砂砾（卵）石地层。其中固沙剂Ⅱ号就是一种经过改进的高强度速凝水泥，按照水灰比4：1～6：1配兑浆液，配制过程简单，注浆效果良好，终凝时间一般不超过30分钟，还可以通过水灰比来调控凝结时间，施工中较为实用。②水泥—水玻璃双液浆、改性水玻璃浆等化学浆液。其主要原理为：浆液通过高压风压注到岩体裂隙中发生化学作用，能够将松散颗粒在短时间内胶结成整体，增强土体稳定性，为开挖提供安全保障；除此以外，浆液填充了地层中土体空隙，阻断水分子的渗入，起到堵水防水的作用。
其中，改性水玻璃是无水中砂及粉细砂地层最为常用的一种注浆材料，该材料特点就是凝结时间快，注浆设备一般采用自制牛角泵，注浆施工简单方便。浆液配比在施工中应根据实际情况随时调整。苜小区间由现场试验采用以下配比：98%浓硫酸按照1：10比例稀释；40Be′水玻璃按照1：2比例稀释；将稀释后的水玻璃倒入硫酸溶液中，按照硫酸与水玻璃1：3的体积比配制，凝结时间为3min左右。采用该配比现场效果较好，由于支护到位，区间拱顶砂土塌落现象得到了有效控制。
另外，水泥—水玻璃双液浆也是一种非常理想的化学注浆液，适用于有水的粗砂及砾石地层，它集中了水泥单液浆和改性水玻璃两种浆液的特点，在地层、施工条件相同的情况下，凝结时间更快、注浆效果更为明显。双液浆的配比也应根据不同地层由现场试验确定。苜小区间综合比较多种配比后，采取如下配比效果较好：水泥浆水灰比为1：0.8，40Be′水玻璃稀释至20Be′，水泥浆与水玻璃比例为1：2.5，配兑后的双液浆凝结时间在2min左右。（现场试验见图2.1、2.2）
由于水泥—水玻璃双液浆凝胶速度快，容易发生堵管，要求现场注浆人员操作熟练，注浆完成后必须及时洗管。除此之外，还可以采取以下两种措施避免发生堵管现象，提高注浆效率：通过加入磷酸氢二钠等缓凝剂来延长凝胶时间；分别加长两种浆液出浆管长度，使浆液从三通混合后直接注入小导管，最大限度缩短两种浆液注浆前混合反应时间。如上两种措施在苜小区间主体暗挖超前注浆中得到普遍采用，经现场实践验证，堵管现象明显减少，注浆效率也大大提高。
图2.1 双液浆在砂卵层中凝结效果 图2.2 双液浆3分钟后自凝效果
3 注浆施工控制
以上为施工中常见几种浆液，注浆过程还应该严格控制注浆压力。注浆压力是促使浆液在岩土层裂隙中流动扩散的一种动力，必须有足够的压力来克服地层裂隙阻力，才能使浆液充分扩散填充。压力过低，浆液扩散不充分，不能达到达到理想注浆效果；压力过高，亦会劈裂岩土体，因此注浆压力一般控制在0.2～0.5MPa。当注浆压力达到规定时不易马上停止注浆，应待压力稳定一段时间浆液进一步渗透后方可结束注浆过程。 注浆施工中还有许多控制要点，各个要点环环相扣，只有严格控制每一环节，才能达到最理想的注浆效果。注浆开始前应先喷射5～8cm厚混凝土封闭掌子面，待初喷层有一定强度时方可注浆，防止浆液从工作面裂隙中反渗。此外，还要进行压水或压稀浆试验，检查管路的密封性和地层的吸浆情况，发现漏浆和串浆，要及时进行封堵。确定一切正常后，按照由下向上隔孔注浆的顺序进行注浆。当注浆终压达到设计终压，注浆量达到设计注浆量的80%以上；或虽未达到设计终压，但注浆量已达到设计注浆量，并无漏浆现象，即可结束本孔注浆。注浆过程要做好注浆记录（见表3.1），每隔5min详细记录压力、流量、凝胶时间等，并记录注浆过程中的情况。
表3.1 注浆记录表
填表说明：①备注栏填漏浆、串浆情况；②改性水玻璃（SS）配合比填PH值；③C—S浆填凝胶时间，其他不填。
记录： 注浆负责人： 年 月 日
随着科学技术高速发展和进步，注浆技术尽管有了很大提高，可仍然存在问题。施工过程中，动态管理不到位，超前注浆不能因地层情况的改变而改变；对注浆效果缺乏统计及验证，无法指导后续施工；实验配比过于理想，不适合现场施工生产。针对这些问题，提出以下几点建议：在两侧起拱线位置和上供中部用洛阳铲挖出三个探测孔，及时得到前方地层情况，根据反馈信息来选择最合理的注浆材料；现场技术人员做好注浆记录，坚持注浆试验和成果总结，确定最优配合比；选择配比应服务现场尽量减少浆液配兑工序，提高工人工作效率。
作为防塌限沉的主要手段，超前小导管注浆在地铁暗挖中得到广泛运用，在施工中必须引起高度重视。随着地层的不断变化，小导管注浆工艺的设计参数也是多种多样。具体施工时只要把握各个要点，做好质量和过程控制，一定可以减少地层扰动，达到固结围岩和止水效果。同时，深入研究注浆技术，通过实际注浆量和理论计算值的比较可以有效评估注浆质量，也可以成为成本控制的有力依据。因此，现场技术人员需要随时关注最前沿注浆技术，在现场施工中积累各种经验，采用与时俱进又适合自身工程特点的新材料、新设备、新工艺对注浆进行进一步探索和革新。
参考文献
1 梁炯鋆.锚固与注浆技术手册
2 王自清.勤水利水电工程地层注浆堵水与施工新技术及标准规范实用手书