史景阳
身份证号码：61042419850520****
摘要：针对西安地铁五号线太乙路站～兴庆路站暗挖区间土层为饱和软黄土呈软流塑状局部流塑有压缩变形大、沉降不均匀、厚度变化的特性，以及施工自承能力差，特别是降水施工时，压缩变形量大等问题，基于湿陷性黄土遇水变饱和软黄土的理论研究，运用力学理论研究揭示了黄土湿陷性作用机理，并采取无收缩注浆的方式对地铁暗挖正洞穿越湿陷性黄土的防水加固作用，结合工程实践，总结了无收缩注浆的施工工艺。结果表明：现场应用效果良好，有效的起到了防水加固的预期效果，并且为相似条件下的施工起到指导的作用。
关键词：地铁隧道；湿陷性黄土；无收缩注浆；注浆止水
1、无收缩注浆的机理作用
黄土产生湿陷的根本原因是骨架单元体之间松散排列形成的架空孔隙。针对黄土湿陷性的主要原因，采用无收缩注浆，注浆时在不改变地层组织的情况下，将砂层颗粒间存在的水强迫挤出，使颗粒间的空隙充满浆液并使其固结，达到改良土层性状的目的。注浆后，颗粒间隙中充满了不流动而且固结的浆液后，使土层透水性降低，而形成相对隔水层，使该土层粘结力（c）\内摩擦角比值增大，从而使地层粘结强度及密实，加固围岩，限制排水量，保证隧道洞室稳定。
无收缩注浆属于安全性，高渗透性的注浆材料，团结硬化时间可根据实际工程需要进行调整。其无收缩注浆液特点：
①凝结硬化时间容易调整，设计硬化时间长的注浆液也具有很高强度。
②渗透性良好，特别是对微细砂层的渗透性优易。
③地层中有流动水的情况下也具有很强的团结性能。
④浆液强度、硬化时间、渗透性能可根据现场实际需要任意调整。
⑤浆液不流失、团结后不收缩，硬化剂无毒，对地下水不会造成污染。
2、工程试验
2.1工程概况
西安市地铁五号线TJSG-11标太乙路站～兴庆路站区间矿山法隧道区间，暗挖正洞主要穿越4-1-2老黄土、4-2-2古土壤，部分拱顶涉及到3-1-3饱和软黄土，其中，3-1-3饱和软黄土在暗挖区间厚度12.8～15m，该地层呈软流塑状局部流塑，主要分布在暗挖隧道拱顶及以上部位，3-1-3饱和软黄土有压缩变形大、沉降不均匀、厚度变化的特性，施工时自承能力差，特别是降水施工时，压缩变形量大。
2.2无收缩注浆施工
区间F6地裂缝暗挖段结构形式为双线单洞形式，采用复合式衬砌，由初期支护、全包防水层和二次衬砌构成。初期支护由拱部超前小导管、网喷混凝土、格栅钢架构成，辅助措施为无收缩全断面注浆和进马头门超前大管棚。区间暗挖隧道采用矿山法进行施工，注重地层的和预加固和强支护。严格控制地表沉降，尽量减少隧道开挖对围岩的扰动为原则，并通过现场监控量测指导设计和施工。暗挖区间隧道施工时严格遵循“先治水、管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测、控下沉”的原则，确保施工质量和安全。
2.2.1深孔注浆施工工艺
（1）封闭掌子面：打设1m长钢筋或钢管、间距1m×1m菱形布置，挂网Φ8@150×150mm，喷射200mm厚C25砼。
（2）定孔位：根据孔位布置图，使用全站仪在掌子面放样出注浆孔位。
（3）钻机就位：钻机按指定位置就位，钻杆对准孔位，不同入射角度钻进，要求孔位偏差为±3cm, 入射角度偏差不大于1°。对准钻孔后，钻机不得移位，也不得随意起降。
（4）成孔：第一孔施工时，要慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的钻进速率。密切观察溢水出水情况，出现大量溢水出水时，应立即停钻，进行注浆止水，确保止水效果后，查明原因后再进行施工。
（5）注浆：注浆锚管顶入指定位置，注浆选择分段退后法注浆，当注浆压力达到设计值时，持续注浆10min后停止注浆，回抽注浆锚管，继续注浆，循环操作直至止浆盘。注浆过程经常检查，记录注浆压力、注浆量、凝结时间、掌子面附近支护状况、横通道上方地面及构筑物状况，并根据地质条件及时变换调整注浆参数。每循环注浆后，应做钻孔检查，检查合格后方可进行后续施工，否则应补注。
（6）封孔：注浆结束后用1:1水泥砂浆封堵掌子面注浆孔。
2.2.2注浆工法
（1）注浆范围：注浆部位为正洞初支轮廓外3m。
（2）注浆深度：每段注浆循环长度为9m，后续注浆段预留2m止浆盘。外环辐射孔，每个孔位根据注浆锚管外插角度不同设置8个注浆孔，由孔位向开挖方向呈辐射状打设，偏移方向径向垂直于开挖方向，外环辐射孔距离初支完成面20cm～42cm，整环均匀布置；水平孔，共五环，由孔位向开挖方向水平打设，环距1m，环向均匀布置。
（3）浆液类型：水泥-水玻璃双液浆，初拟配比为W:C=1:1，C:S=1：1（体积比）；水玻璃模数为2.4～3.4，浓度为（35～40）Be，凝胶时间为28.30S。注浆浆液及配比可根据现场实际注浆情况进行调整。
（4）注浆压力：初拟注浆压力为0.5～1.0MPa，考虑横通道上方管线安全及注浆效果，注浆压力通过现场进行注浆试验确定。
（5）注浆锚管回抽幅度：根据注浆试验确定扩散半径，回抽幅度小于2倍的注浆扩散半径。
2.2.3深孔注浆工法特点
（1）采用特殊的端点监控器和二重管注入方式，使注入系统设备简单，具有很高的可靠性、经济性。
（2）可以进行一次、二次注入切换，回路变换装置容易实行，所以能实行复合注入。瞬结性一次注浆液和浸透性二次注浆液的复合比率，在土层改良时可以自由的设定，从粘性土、砂质土到地下水非常多的砂砾层，以及更加复杂的复合地层都可以适用。
（3）二次注入材料是低粘性且凝胶时间长的浸透性注浆液，可以用压力喷射到均匀的土质颗粒之间，由于这样的操作方法，减少对周围建筑物的影响。
（4）由于一次注入是限制注浆，二次注入是渗透注浆，注浆液不会向注入范围外溢出，从而有利保护地下环境而不被污染。
2.3工程效果
1、一个注浆段完成全部孔位注浆后，掌子面不得有渗水，钻5个孔并取芯对注浆效果进行检验。如未达到止水加固效果，则进行补注。
1）加固后土体进行无侧限抗压试验，要求无侧限抗压强度不应小于0.8MPa。
2）加固后土体进行渗透系数试验，要求渗透系数不大于10(-6)cm/s。
3）取芯后观察孔内是否完整，是否涌砂、涌水、涌泥。
4）取芯后放置24h后是否塌孔、出现成股流水。
5）取芯后24h内对孔内出水量进行统计，单孔出水量以小于0.2L/m·min为标准。
2、加固前后开挖掌子面对比分析：
（1）未采用注浆加固前，湿陷性黄土遇水浸湿后，结构迅速破坏，发生突然的下沉变形，强度也随之大幅下降，大量的水涌入会使湿陷性黄土变为淤泥质土，开挖的过程中掌子面容易出现大面积掉块，施工作业危险性极大。
（2）项目部采用上述的方法对土体加固后，掌子面比较稳定且强度比较高。
3、开挖过程中降水引起地面沉降及周边建筑物沉降分析
.png)
开挖过程中随着水位的下降，黄土的湿陷变形随起始饱和度的减小而增大。而黄土单位高度的湿陷变形即湿陷系数随着初始饱和度的增加而减小。
3、结论
（1）湿陷性黄土遇水浸湿后，结构迅速破坏，发生突然的下沉变形，强度也随之大幅下降，大量的水涌入会使湿陷性黄土变为淤泥质土，完全失去力学性能，在此地质中采用矿山法施工，施工风险较大。
（2）受地面条件、地下管线及周边建筑物限制，矿山法施工过程中无法采用降水作业时，建议开挖掌子面可采用WSS注浆施工，结合开挖条件及现场施工情况计算工艺参数，保证隧道开挖过程的安全。
（3）施工的过程中加强监测，监理做好数据比对分析，发现异常及时组织会议分析原因。
（4）依据黄土强度特性与构度之间的变化关系，将强度指标随构度的变化关系引入太沙基围岩压力公式，建立了考虑湿陷性黄土随变形发展和含水率增长而结构性强度衰减变化的隧道围岩压力的分析方法。表明了黄土隧道围岩压力随湿陷性黄土结构性衰减而增大的变化规律。
（5）开挖过程中随着水位的下降，黄土的湿陷变形随起始饱和度的减小而增大。而黄土单位高度的湿陷变形即湿陷系数随着初始饱和度的增加而减小。