中铁上海工程局集团有限公司城市轨道交通工程分公司 辽宁大连 116000
摘要：随着国内大中型城市快速的发展，城市中车流量在不断的增加，随之而来的交通压力在逐渐增加。为使城市交通压力得到有效的缓解，自21世纪初以来地铁建设在大中型城市中被不断推广及发展。地铁的修建可有效的缓解路面交通压力，增加人们的出行方式，为人们的日常生活与工作提供便利。但实际地铁的施工由于不同因素的影响，施工难度较大。为了使地铁的安全性及施工质量得到显著提高，需采取更为科学有效的施工工艺及技术。如深孔注浆技术的应用，能有效的缓解暗挖施工中不良地质因素对施工的负面影响。本文就深孔注浆技术在大连地铁五号线富水软岩岩层中的应用进行阐述与分析。
关键词：深孔注浆 富水软岩 暗挖地铁
从近年来的地铁故障或事故来看，水是造成这些问题的主要因素，约占到总的事故发生因素比重的70%左右。在暗挖地铁施工过程中，地下水以及不良地质成为施工过程中最为棘手的问题。针对此问题需在施工中采取合理的解决方案，从而保证暗挖地铁的施工安全与工程质量。深孔注浆技术能够有效解决富水软岩开挖过程中水量较大以及岩层不稳定的问题。与其他注浆技术相比，该技术不仅有较好的浆液扩散性以及对岩层的快速固结性，且经济、节约无需大型机械设备配合，施工方便快捷，并能达到较好的施工效果。在暗挖地铁施工中得到了较为广泛的应用。
1 工程概况
1.1 工程简介
大连地铁五号线劳动公园站位于解放路与七七街交叉口处，沿解放路南北向敷设。车站范围内地面高程为33.37~35.92m，场地内地形较平坦，地势南高北低。车站周边为重点学校、高层居民楼及临街商铺等，周边环境复杂。
劳动公园站车站起始里程为K7+531.659~K7+722.859，长度191.2m，标准段宽23.3m。本车站为地下2层车站，站台有效宽度14m，车站拱顶覆土约18.7~24.0m。本站附属结构设置2个出入口，1个预留出入口，1个预留与7号线劳动公园站换乘通道，2组风亭。车站小里程端左右线为石葵路站至劳动公园站矿山区间，大里程端左右线为劳动公园站至青泥洼桥站矿山区间。劳动公园站设置2个风道，分别与车站2个施工竖井相连，以及1个临时竖井横通道，车站主体采用PBA暗挖法施工。
1.2 工程地质及水文条件
车站主体施工范围内地层根据时代成因以及工程性质主要分为：素填土、粉质粘土、碎石、强风化板（辉绿）岩、全风化板岩、中风化板岩（辉绿岩）。主体开挖范围内为中风化板岩、中风化辉绿岩，强风化板岩局部有全风化夹层。
（1）素填土（1-1）：灰褐色、黄褐色，松散，稍湿-饱和，主要由粘性土、碎石、角砾土组成，碎石粒径20~120mm，棱角状，碎石及角砾含量10%~20%。该层在整个场地均有分布，揭露层厚1.20~5.30m，层底埋深1.20~5.30m，层底标高28.33~34.50m，回填龄期10年。
（2）粉质粘土（4-21）：黄褐色、棕褐色，可塑-硬塑，含10%~20%左右碎石、角砾，切面稍有光泽，干强度中等，无摇振反应。该层在整个场地均有分布，揭露层厚0.80~5.30m，层底埋深3.50~13.10m，层底标高22.20~30.96m。
（3）碎石（4-41）：黄褐色，中密-密实，碎石含量约为40%~60%，粒径20~150mm，间隙充填粘性土及角砾，该层在整个场地均有分布，揭露层厚2.50~7.20m，层底埋深9.00~15.80m，层底标高20.80~26.30m。
（4）全风化板岩（11-11）：黄褐色，原岩结构基本破坏，仅外观保留岩石特征，岩芯呈土状，手可掰碎，遇水易崩解，属极软岩，岩体极破碎，岩体基本质量等级Ⅴ级。部分钻孔揭露，揭露层厚2.00~9.00m，层底埋深12.80~40.00m，层底标高-5.2~-23.5m。
（5）强风化板岩（11-12）：灰白色、灰黄色、灰色，变余泥质结构，板状构造，岩芯呈碎块状、碎片状，一般块径20~40mm，手可折断，遇水崩解软化，属软岩，岩体破碎，岩体基本质量等级Ⅴ级。该层在整个场地大部分钻孔均有揭露，揭露层厚1.60~24.30m，层底埋深15.00~43.00m，层底标高-6.40~20.66m。
（6）中风化板岩（11-13）：灰白色、灰褐色，变余泥质结构，板状构造，岩芯呈碎块状、柱状，一般柱长80~200mm，最大柱长350mm，块径40~60mm，饱和单轴抗压强度区间值29.6~67.3MPa，标准值37.3MPa，岩石RQD为25~55，属较硬岩，岩体破碎，岩体基本质量等级Ⅳ级。该层在整个场地均有揭露，层顶埋深1.90~36.00m，层顶标高-6.40~21.93m。
（7）强风化辉绿岩（6-12）：黄褐色，辉绿结构，块状构造，主要由辉石、角闪石组成，节理裂隙发育，岩芯呈碎块状，一般块径20~40mm，属软岩，岩体破碎，岩体基本质量等级Ⅴ级。揭露层厚1.50~8.90m，层底埋深11.00~18.40m，层底标高14.41~21.93m。
（8）中风化辉绿岩（6-13）：灰绿色，辉绿结构，块状构造，主要由辉石、角闪石组成，岩芯呈柱状，一般柱长50~200mm，饱和单轴抗压强度区间值48.60~86.20MPa，平均值67.65MPa，岩石RQD为55~80，属坚硬岩，岩体较完整，局部较破碎，岩体基本质量等级Ⅱ~Ⅲ级。揭露层顶埋深4.50~31.80m，层顶标高14.12~24.56m。
根据《大连地铁5号线工程陆域段劳动公园站（主体部分）岩土工程勘察报告（详勘阶段）》（大连市勘察测绘研究院有限公司，2018.08）中5.2.2，车站主体结构围岩级别划分如下：K7+531.659~K7+652.000综合围岩级别为Ⅵ级，K7+652.000~K7+695.000综合围岩级别为Ⅳ级，K7+695.000~K7+722.859综合围岩级别为Ⅵ级。
1.3 水文条件
本工程场地地下水类型为潜水，主要以孔隙水及基岩裂隙水为主。勘探期间稳定地下水位埋深4.70~6.90m，水位高程25.24~31.40m。
孔隙潜水主要赋存在素填土层、碎石层中，该土层贯通性较好，渗透性较强，水量中等-丰富。
基岩裂隙水主要存在于岩石裂隙中，略承压。由于基岩节理和裂隙大多封闭，基岩中地下水赋存少，径流条件差，水量小到中等。。由于辉绿岩侵入，辉绿岩及板岩交界部分区域岩体风化作用程度及差异性不断加剧，岩体破碎，通常为地下水进行富集地带，水量较为丰富。
地下水位的变化与地下水的赋存、补给及排泄关系密切，本场地西侧分布有一条2mX4m的暗渠，与本场地内地下水联系密切，对场地内地下水补给及排泄有一定影响。本场地地下水环境受到水文、气象、地形地貌、地质体结构、人工开采等多因素控制，年水位变幅约0.5~4m。
第四系松散层孔隙水主要接受大气降水垂直补给及周边丘陵的侧向补给，排泄途径主要是大气蒸发及向低洼处排泄。
基岩裂隙水补给来源主要来自上部的第四系松散层中的孔隙水、周边丘陵的侧向补给，排泄方式主要为人工抽汲和地下径流排泄。
1.4 不良地质
在位于车站小里程端头（K7+537.859-K7+531.859）范围内，施工过程中出现全风化板岩夹层，该岩层呈黄褐色，呈泥质状态，且赋水量大。从拱部上方约2米范围内发生滑塌现象，为避免滑塌现象加重，现场迅速对岩层掌子面进行混凝土回填封闭，并进行深孔注浆工作。
2 深孔注浆原理
深孔注浆是使用不同比例的水泥-水玻璃浆液通过注浆孔均匀地注入不良土体中，以填充、渗透等方式，将砂层和粘土颗粒间的水分和气体进行驱逐，并填充其位置，通过对所注浆液进行改良，使改良的浆液中所含矿物与不良土体发生水解、水化反应以及团粒作用等，在不良土体中形成悬浮胶体和团粒并硬化形成强度大、压缩性小和抗渗性高、稳定性良好的土体。同时改良的浆液凝固时间短，在不良地层进行施工时能更好、及时的加固并止水。
土体固结后，土体的孔隙率和含水率相对较低，密度不断加大，同时由于改性浆液挤压土体，使土体抗变形能力显著加强，土体变形模量得到提高，从而有效防止掌子面土体坍塌。
3 深孔注浆施工
3.1 施工准备
1）施工前需对掌子面采用C25喷射混凝土+双层钢筋网片形式进行封闭。
2）钻机就位前，先进行测量放线，对应施工图纸，将注浆孔依次使用红油漆在掌子面进行标注。
3）钻机就位，并严格按施工技术规程进行施工。
3.2 注浆孔布置及施工工序
1）注浆孔布置如下图3-1、3-2所示，在钻孔过程中遵循着先外后内，先上后下的钻孔方式，注浆采用后退式分段注浆。注浆孔深度12m，注浆孔直径Φ90mm，布孔间距500*500mm。深孔注浆加固土体，加固范围不小于隧道轮廓线外3m。
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3-1注浆孔平面布置图
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3-2深孔注浆加固平面布置图
2）钻孔按上下台阶拉开3-5m距离施工，每循环进尺10m，后一循环需预留前一循环2m已注浆段作为止浆盘，详见图3-3。
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3-3注浆孔纵断面布置图
3）具体施作方法工序示意如图3-4所示。
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3-4深孔注浆工序示意图
3.3 注浆材料的选择
经在前期施工过程中超前小导管注浆经验，确定在该岩层中使用注浆浆液为WSS无收缩双液浆。
1）注浆原材料
水泥：PO.42.5普通硅酸盐水泥
水玻璃：模数2.2～2.8，浓度40Be’
2）配合比
1.5：1水泥浆+30 be’水玻璃（水泥浆与水玻璃体积比1：1）
3.4 注浆压力的选定
1）根据注浆处地层深度计算
P=KH
式中，P——设计注浆压力（终压值）（MPa）
H——注浆处深度（m）
K——由注浆深度确定的压力系数
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2）根据地层渗透系数情况
根据地层渗透系数情况及浆液注入量情况，该岩层注浆压力选用0.5~1.5MPa。
3.5 注浆结束标准
注浆应先外注后内注，若在同一圈则应选择由下至上的间隔施工方式，注意在注浆过程中应逐步加密，以调整参数等。当注浆压力达到设计的最终压力值持续注浆10min后，并确认注浆过程中未发生跑浆及漏浆后，方可结束注浆。在注浆结束后，要通过取芯的方式对注浆范围内岩层的固结强度进行检验，通常情况下加固体达到1.5MPa以上为宜；若检验结果未满足要求，应观察是否有漏浆及跑浆的现象存在，并继续补充注浆，直至达到要求强度。
4 结束语
通过深孔注浆施工能够有效的避免富水软岩给施工带来的困难，从而保证施工的安全性以及工程质量。对深孔注浆技术的广泛研究和施工，为我国城市地铁施工质量及安全性的不断提高奠定了基础。深孔注浆技术成为富水软岩地层暗挖施工的重要手段，我国地铁建设的快速发展带动了加固注浆技术在暗挖地铁建设中的健康发展。更多加固注浆技术的应用，不但利于地铁建设的安全稳定性，而且对我国现阶段的现代化交通建设的发展具有重要的科学意义。
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