1、1隧道劈裂注浆施工方案1. 工程概况北京地铁十号线#区间正线 2#竖井范围，#至#区间正线竖井以东区间正线，自开始施工以来，虽然采取了水平降水（2竖井）和超前注双液浆止水措施，但在开挖过程中仍然存在较大渗水，顶部一个洞室的渗水量最大达 3.5m3/h。隧道渗漏严重，掌子面多次突发涌水、涌泥现象而坍塌。为保证施工安全及隧道结构上方管线、道路及两侧建筑物的安全，目前#区间 2竖井 C 断面双侧导洞、E 断面南侧导洞、#区间向东左右线已暂停施工。1.1 工程地质及水文地质情况1.1.1 工程地质情况#区间 2竖井范围及#区间竖井以东隧道顶板穿越地层主要为粉质粘土层、粉土层，圆砾卵石层，局部夹有中粗砂
2、层、粉细砂层，顶板地层稳定性较差，无法形成自然应力拱，极易发生坍塌现象。1.1.2 水文地质情况区间隧道拱部开挖时主要受上层滞水的影响，区间隧道顶板上方分布有多层饱和的粉土层、砂土层，在渗透水压力作用下，易产生流土、流砂，对施工造成不利影响，甚至危及隧道上方管线、路面以及两侧建筑物的安全。根据实际施工情况，隧道穿越地层含地下水丰富，水源补给充分，隧道内渗水严重。另据雷达探测，该区域地层疏松，部分地段有空洞。1.2 管线及渗漏水情况隧道上方地层中管沟多且复杂，各种管沟中都有流动水和积存水。管线埋置相对较浅，距离结构较近，且部分管线年代久，施工中必须采取有效措施保证管线安全。管线见下表。表 1-1
3、 #区间地下管线明细表位置 管线名称 规格型号 材质 埋深 距主体结构间距 距竖井通道间距上水管 D1400mm 铸铁 1.76m 3.5m 1.47m电信管块 700500mm 混凝土 1.38m 6.3m 3.24m天然气 DN300mm 钢 1.63m 5.5m 3.34m自来水 DN300mm 铸铁 1.2m 5.9m 3.34m天然气 DN500mm 钢 1.63m 7m 3.22m雨水管 DN1000mm 混凝土 2.49m 6m 2m热力管沟 DN800mm 混凝土 1.27m 10m 5.3m污水管 DN500mm 混凝土 3.75m 11.5m 7.7m给水管 DN800mm
4、 铸铁 1.25m 10m 6m海淀南路电力管沟 18002300mm 混凝土 6.9m 9.3m 1.83m22. 前进式劈裂注浆施工方案2.1 总体思路:根据隧道穿越地层及地下水情况，隧道前期施工过程的治水情况，为达到“抑制涌水、涌泥及坍塌，改良地层，控制变形，保障安全”的目的，施工过程中采用前进式劈裂注浆止水帷幕施工方案。 2.2 方案的确立由于隧道内地下水异常丰富，根据 C 断面侧导洞施工中治水情况显示，出现涌水后封闭掌子面进行注浆，注浆后进行开挖，掌子面及拱顶注浆加固效果不明显，地层内没有形成有效的加固圈，分析原因主要为地下水丰富、地质条件差，多次调整注浆配比未能达到预期效果；根据前
5、段注浆分析以及以往工程洞内注浆止水经验，采用洞内前进式劈裂注浆形成止水帷幕的施工工艺，可达到改良地层，防止突水涌泥的目的。根据前段时期开挖揭露的地质情况，地层长期受地层游离水的侵蚀，特别是在粉土和砂土中，土体已形成软塑状甚至流塑状，增大了施工难度，直接威胁管线的安全。洞内止水帷幕主要以改善地层松散性及止水为目的，增强粉土与砂土的自稳能力，降低地层的渗透系数，防止开挖过程中土体流泥流沙及坍塌，保证施工和周边管线的安全。2.3 方案原理施工采用前进式劈裂注浆，它是在钻孔内施加液体压力于弱透水性地层中，当液体压力超过渗透注浆的极限压力时，土体产生水力劈裂，形成裂缝，进浆量突然增大。劈裂面发生在轴力最
6、小主应力面，劈裂注浆在钻孔附近形成网状脉络，通过浆液挤压土体形成浆液骨架作用。在注浆压力作用下，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起土体结构的局部扰动，使地层中原有的裂隙和空隙张开，浆液的可注性和扩散距离增大，从而达到加固的目地，由于注浆后浆液固结体在土体中呈脉络状，因此又称为脉状注浆。常适用于粘性土层或深层注浆。通过劈裂注浆使拱部松散饱和土形成具有一定强度、渗透系数较小的粘性土层，以达到稳定土体并止水的预期效果。2.2.3 施工工艺流程图注浆施工工艺流程如图 2-1 所示。2.2.4 施工方法2.2.4.1 造设止浆墙在掌子面造设 C20 喷砼止浆墙，止浆墙厚度为 30cm，以防止注浆过程
7、中冒浆。2.2.4.2 钻孔 （1）测量放线定出注浆孔孔位；3图 2-1 注浆施工工艺流程图（2）采用 K-100 型工程地质钻机按标出的孔位进行钻孔，精确度要求1；（3）钻孔过程中一般采用套管定位，钻孔直径采用 76mm，钻进 3m 后下入水囊式止浆塞； （4）在钻孔过程中应做好详细的钻孔记录，对钻孔进行地质描述，观察分析回水岩芯或弃碴状态，用以判断注浆质量和调整注浆参数，指导施工。2.2.4.3 安设孔口管用 CS（水泥、水玻璃）砂浆埋设 76mm 孔口管，在管口安装 76mm 球形闸阀，作为封闭钻孔中可能会出现的涌水。2.2.4.4 注浆作业1、双液注浆系统示意图图 2-2 双液注浆系统
8、示意图No Yes No Yes 配制浆液 质量检查 第一段注浆达到要求 监控量测 造设止浆墙 钻 孔 结束注浆 补 注 注第二段 注浆作业 安设孔口管 力 力力力力力力 力力力力力 力 42、浆液配制（1）水泥浆配制根据预配制浆液的体积，按配比参数计算出所需的水泥，水和缓凝剂的用量。在搅拌机内加入计算好的用水量，将计算好的缓凝剂加入，强力搅拌均匀；待缓凝剂完全溶解后，边搅拌边加入计算好的水泥用量，搅拌均匀后倒入储浆桶内以备注浆。（2）水玻璃浆液配制在拌浆桶中加入浓水玻璃，然后边搅拌边加水，同时用玻美计测量其浓度，直至稀释至需要浓度为止。3、注浆施工采用双液注浆泵进行注浆作业。注浆方式采取后退
9、式分段注浆工艺，每次注浆段长 0.6m，注完第一注浆段后，后退注浆芯管，进行第二注浆段的钻孔。如此循环，直至该孔结束。注浆过程中应注意：（1）止浆塞初始停放位置应根据注浆管长度及注浆管前端开孔位置以及止浆塞构造精确计算止浆塞初始停放位置。（2）分段后退式注浆如果采用机械式止浆塞应注意将带有止浆塞的芯管和顶管连接后插入到注浆管孔底，压紧止浆塞使之膨胀，以达到止浆效果。分段后退式注浆要特别注意止浆塞损坏程度，施工过程中若发现止浆塞存在问题，应立即更换，以免引起注浆管堵塞，造成芯管无法拔出。（3）注浆过程中如需暂停注浆时，必须先将水玻璃吸浆管拿出放入清水桶中，然后再拿出水泥管，并同时将注浆芯管拔出
10、0.6m，向孔内注清水后再停止注浆，这样既保持管路畅通，又保证注浆段不受注水影响。2.2.4.5 注浆顺序注浆顺序充分考虑水源影响因素采取前进式分段注浆，逐步向前推进封墙，这样有效地形成挤压、密实作用，达到注浆目的。同时达到控制注浆的目的，以防止浆液过远扩散，对管线造成危害或造成浆液浪费增加成本。2.2.4.6 注浆结束标准（1）一序孔（单号孔） ，采取定量定压相结合方式即当注浆量达到设计值或注浆压力达到设计值且注浆量达到设计值 80%时作为注浆结束标准。（2）二序孔（双号孔） ，采取定压方式即注浆压力达到设计值时作为注浆结束标准。5（3）注浆过程中漏浆严重，不得不停止注浆，但要详细记录，以便
11、采取补救措施。2.2.5 施工材料2.2.5.1 注浆材料特性要求根据工程特点，采用的浆液要具有以下特性：1）对地下水而言，不易溶解；2）对不同地层，凝结时间可以调节；3）高强度、止水；4）在粉土和砂土层可注性强；5）耐久性强。2.2.5.2 浆液材料配比根据以上材料特性要求，选用水泥-水玻璃双液浆，浆液配置参数见下表：表 2-1 注浆材料参数表 浆液种类 水泥品号原水玻璃浓度水灰比 （W:C）体积比(C:S)稀水玻璃浓度水泥水玻璃双液浆 水泥 40Be 11.5:1.8 1:1 35Be根据现场实际情况适当加入特种材料以增加可灌性和早期强度。2.2.6 注浆参数设计前进式劈裂注浆止水帷幕注浆
12、管采用 76mm 无缝钢管，壁厚 5mm，环向间距 0.4m，长度 10-15m，扩散半径 0.6m，由于结构施工未提供劈裂注浆施工工作室，施工时钻孔按58外插角进行。具体见下表。表 2-2 注浆参数表 序号 参 数 名 称 隧道富水段1 注浆管间距 0.4m2 注浆段长 1015m3 浆液扩散半径 0.6m4 注浆速度 4060L/min5 注浆终压 1.21.5Mpa6 注浆步距 3m7 止浆墙 C20 网喷混凝土，厚 30cm62.2.7 注浆机具配套主要注浆施工机械设备如下表所示。表 2-3 主要机械设备配套表 序号 机具名称 规格型号 单位 数量 备注1 注浆泵 KBY-50/70
13、台 62 高压胶管 D25mmQ16Mpa10 根 303 搅拌机 0.3m3,20 转/分 台 64 储浆桶 0.5m3、1.0m 3 个 65 注浆芯管 56mm5mm2m 根 306 止浆塞 水囊式 满足施工7 地质钻机 K-100 台 62.2.8 施工人员组织图 2-4 施工人员组织机构框图图 2-3 注浆 孔位布置图钻孔 3 人 配浆 3 人注浆 3 人注浆检查 4 人检验开挖定孔位观测3人布孔 3 人钻孔就位 5 人73. 注浆效果的检查 注浆结束后，必须进行注浆效果检查。其方法主要有以下几种方法。3.1 分析法注浆过程中 P-q-t 曲线，通过对钻孔、注浆记录进行整理，分析每个
14、孔段的注浆压力和注浆速度，以及串浆情况，找出可能存在的注浆盲区。3.2 钻检查孔法根据注浆记录，在注浆最薄弱的部位确定检查孔。对检查孔进行钻孔检查，检查孔无涌水、涌砂。对检查孔进行注水试验，通过测试其渗透系数综合评价。注浆结果分析必须及时与监测数据对照，分析差值原因，合理调整注浆施工参数。4. 监控量测4.1 监测目的区间隧道施工过程中必然会引起地表的沉降，而且由于此处开挖断面变大、管线埋深较浅、土质差、地下水丰富，区间隧道的开挖对地表沉降变形的影响也会增加，因此地表沉降作为该地段监测的重点；在施工期间准确掌握地表的沉降情况，及时对地表及洞内注浆参数进行调整，加强支护体系，保证地表和隧道施工的
15、安全。4.2 监测项目4.2.1 洞内监测1、拱顶下沉（1）监测目的拱顶下沉量测值是反映隧道安全和稳定的重要数据,是围岩和支护系统力学形态变化的最直接、最明显的反映，易于实现量测信息的反馈。（2）监测仪器苏光 DSZ-2 型精密水准仪及钢挂尺。（3）监测实施方法测点埋设根据设计图纸要求，拱顶测点埋设时，应在掌子面开挖出碴完毕后，拱架架立时，将预埋件焊接至钢架拱顶主筋上，待该环砼喷射完毕牢固后，将预埋件上砼清除干净后，即可进行量测。拱顶测点布设原则为重要量测地段间距为 5m 布设一组测点，特殊情况测点可适当加密。量测方法拱顶下沉量测主要采用精密水准仪，量测各测点与基准点之间的相对高程差，本次所测
16、8高差与上次所测高差相比较，差值即为本次沉降值，本次所测高差与初始高差相较，差值即为累计沉降值。数据分析与处理监测数据的填写、处理与地表下沉相同。如果拱顶下沉超限,可采取以下方法控制拱顶的下沉：改良拱顶岩体或土体的稳定性；改善开挖方法以减小开挖对拱顶围岩的扰动；加强支护等等，或采取以上几种方法进行综合处理。 2、隧道净空收敛（1）监测目的隧道开挖后，周边点的位移是围岩和支护力学形态变化的最直接、最明显的反映，净空的变化（收缩和扩张）是围岩变形最明显的体现。（2）监测仪器坑道收敛计（3）监测实施方法测点埋设根据设计图纸要求，收敛测线埋设时，应在掌子面开挖出碴完毕后，拱架架立时，将预埋件焊接至钢架
17、拱腰主筋上，应尽量使两预埋件位于同一轴线上。待该环砼喷射完毕牢固后，将预埋件上砼清除干净后，即可进行量测。测线布设原则同拱顶测点，且同拱顶测点布设在同一断面，为 10m 布设一组测点。收敛量测方法a、初次量测在钢尺上选择一个适当孔位，将钢尺套在尺架的固定螺杆上。孔位的选择应能使得钢尺张紧时支架与百分表（或数显表）顶端接触且读数在 025mm 的范围内。拧紧钢尺压紧螺帽，并记下钢尺孔位读数。b、再次量测，按前次钢尺孔位，将钢尺固定在支架的螺杆上，按上述相同程序操作，测得观测值 Rn。按下式计算净空变化值：Un=Rn-Rn-1Un第 n 次量测的净空变形值Rn第 n 次量测时的观测值Rn-1第 n
18、-1 次量测时的观测值数据的分析与处理：首先作出时间-位移及距离-位移散点图，对各量测断面内的测线进行回归分析，并用收敛量测结果判断隧道的稳定性。如果收敛值过大，应改善周围岩体或土体的稳定性，改变开挖方法，尽量减小开挖对周围岩（土）体的扰动；加强支护等，以确保收敛值在规范允许的9范围内。4.2.2 地表监测1、监测目的地表沉量测值是反映路面结构和管线、隧道结构安全和稳定的重要数据，构筑安全与否直接、最明显的反映，易于实现量测信息的反馈。2、监测仪器莱卡 NA 2002 电子水准仪，铟钢尺；3、检测实施方法布设原则根据设计图纸要求，在一般地段每 10m 一个，重要地段是视地质情况加密测点，每隔
19、35m 布设一个测点。经过在区间地表沉降槽的监测数据分析显示，隧道开挖影响地表沉降范围距离开挖中线15m 左右，受隧道开挖影响最大的一般是是中线位置。4、监测管理制度在信息化施工中，监测后应对各种数据进行及时整理分析，判断其发展变化规律，并及时反馈到施工中，以此来指导施工。根据以往经验，采用铁路隧道喷锚构筑法技术规则（TBJ108-92）的级管理制度作为监测管理方式。管理等级见下表。根据上述监测管理基准，调整监测频率：一般在级管理阶段监测频率可适当放大一些；在级管理阶段则应注意加密监测次数；在级管理阶段则应加强支护，并加强监测，密切关注工程过程，监测频率可达到 12 次/天或更多。图 4-1
20、洞内监测测点示意图10图 4-2 地表沉降测点布置示意图表 4-1 监测管理等级表管理等级 管理位移 施工状态 U0U 正常施工 U U 加强监测 U 加强监测并采取相应工程措施其中 U是监测控制标准。根据招、投标文件、有关规范和类似工程经验确定控制标准。图 4-3 监测组织机构图针对区间隧道工重要性，监测组由具有丰富施工经验、监测经验及有结构受力计算、分析能力的技术人员担任组长，在组长指导下进行日常监测工作及资料整理工作。为高效完成项 目经理 对 方案及监测结果作 决定项目 总工程 师监测负 责人监 测小组对 监测方案进行审核 ，对数据 进行分 析制 定监方案，负责数 据处理负 责测点布置及监测 工作
