南水北调北京西四环暗涵工程特殊地层加固处理技术

维普资讯 http://www.cqvip.com 水利水电技术第３８卷２００７年第７期　南水北调北京西四环暗涵工程特殊地层加固处理技术　金良智　（中国人民武装警察部队水电第一总队一支队，河北唐山０６３００４）　【关键词】南水北调工程；暗涵；浅埋暗挖；特殊地层；加固处理；双液浆　中图分类号：ＴＶ６７２、９　文献标识码：Ｂ　文章编号：１０００．０８６０（２００７）０７－００３４－０２　１　工程简介及加固方案　２　注浆原材料及施工　西四环暗涵是穿越北京市城区的大型建筑物，采　２．１　原材料　用浅埋暗挖法修建，正台阶法开挖，复合式衬砌结　水泥：新鲜的普通硅酸盐水泥，强度等级不低于　构，初期支护为格栅钢架＋３０　ｃｍ厚喷射混凝土，二　３２．５　ＭＰａ。　衬为３０　ｃｍ厚Ｃ３０模筑钢筋防水混凝土，初期支护与　水玻璃：因北京地下水含碱性较高，注浆一般采　二衬之间铺设连续防水板，辅助施工措施为上半拱　用酸性水玻璃，胶凝体的渗透系数为１０　ｃｍ／ｓ，固结　１８０。４，２５超前小导管注浆预加固地层。在暗涵穿过的　砂层的抗压强度一般可达０．２～０．３　ＭＰａ。施工中最　地层范围内，自上而下地层分布情况是：人工填土及　常用的方法是将普通水玻璃用硫酸进行酸化处理。酸　第四系冲洪积壤土／砂壤土（厚２．０～４．０　ｍ）、冲洪积　性水玻璃灌浆材料具有粘度低、可灌性好，能在中性　圆砾（卵）夹砂（厚４．０～７．０　ｍ）、圆砾夹壤土／砂壤　或弱酸性范围内发生凝胶而不发生ＳｉＯ　的溶脱现象，　土及细砂透镜体（厚４．０～８．０　ｍ）。地下水多数处于　从而大大提高了耐久性，碱溶出量极少不产生碱性污　设计洞底高程之下，但局部地层可能会遇到上层滞　染的问题，而且价格低廉，是一种理想的灌浆材料。　水。为防止在施工过程中开挖面上的细砂、圆砾层发　施工中所用水玻璃浓度为４０Ｂｅ　，模数２．２～２．８，硫　生大面积坍塌、流砂、液化等失稳现象，有必要对特　酸由浓度为９８％，密度１．８４　ｋｇ／Ｌ的工业硫酸稀释而　殊的地层进行加固处理。　成。灌浆时首先将硫酸稀释，然后边搅拌边加入稀释　鉴于现有的道路运行状况和工程情况，拟选用钻　过的水玻璃，达到所需的ｐＨ值，再与配制好的水泥　孔注浆方法加固，该方法具有处理地层适应性强、施　浆液在孑Ｌ口混合，灌人地层中。从灌浆施工结果表　工灵活、早期加固效果好等特点。考虑到在地层加固　明，所用配比材料性能稳定，操作方便，对地层有较　处理后只要不渗不坍就进行混凝土喷护，注浆材料应　好的灌人性，能起到止水和加固作用。　在保证地层不失稳的前提下尽量采用低强度指标易破　表达水玻璃的化学和物理性质主要有以下两项参　除的廉价材料，据此注浆材料拟选用水泥和水玻璃　数：（１）模数，表示水玻璃含二氧化硅（ＳｉＯ　）的克分　系列。该材料在一定的注浆工艺下较适合于渗水、　子数与氧化钠（Ｎａ　Ｏ）的克分子数的比值，模数的高　圆卵（砾）地层的灌注，也是目前应用于这类地层加　低对浆液的凝结时间和结石强度具有一定的影响，灌　固的最廉价材料。将分别配制具有胶凝性和流动性　浆用水玻璃溶液的模数一般宜为２．２～２．８；（２）玻美　的水泥浆和水玻璃浆按照一定的浆材配比，借用注　度，表示水玻璃浓度，代号为＆　，浓度表示方法与　浆泵施加压力，通过钻孔或预埋管，将孔口进行混　密度ｄ之间的关系为ｄ：１４５／１４５Ｂｅ　。　合的浆液注入地层、岩体孔隙或裂隙，用以改善灌　缓凝剂：工业用磷酸氢二钠。　浆对象的物理力学性能，以适应地下工程开挖需要　的一种施工工艺。具有凝结速度快、早期强度高等　收稿日期：２００７—０４—０６　特点。　作者简介：金良智（１９７１一），男，助理工程师。　，ｄ　ｒＲ￣ｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄＦｌｙｄｒｏｐｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ　Ｖｏ１．３８Ｎｏ．７、　维普资讯 http://www.cqvip.com 金良智∥南水北调北京西四环暗涵工程特殊地层加固处理技术　水泥浆液搅拌机桶　２．２注浆施工　力大小密切相关，注浆压力小，达不到地层止水加固　注浆开始前，正确连接管路非常重要，双液注浆　强度的要求，所以在保证基础不被抬动的前提下，提　管路如图１所示。每隔５　ｍｉｎ或变更浆液配比时，要　高注浆压力有助于提高可灌性和注浆效果，但压力过　在孔口量测浆液凝结时间，并根据实际情况进行调　高，会造成道路结构的破坏，为此注浆压力控制在　整。凝结时间过快将会产生凝胶而堵塞管路，凝结时　０．３～０．５　ＭＰａ范围之内。　间太长浆液会随水流流出，又起不到止水加固的作　３．２卵砾石堆积地层　用。为避免浆液的渗入距离过远，造成材料浪费和成　地层结构总体特征呈上部为人工填土及第四系冲　本增加，应缩短灌注时间，施工中采用定流量、定压　洪积砂壤土、粉细砂、中粗砂、卵砾石层，其中含砾　力、边灌注边搅拌的灌浆工艺，灌浆泵采用双液注浆　卵量达５０％～６０％，含水量１０％～２０％，最大砾径　泵。　２００　ｍｍ，同时有些部位完全由卵砾石堆积，地层自　３特殊地层双液注浆加固处理　稳性较差。　卵砾石地层一般采用打设超前小导管，再灌注　３．１上层滞水地层　水泥水玻璃双液浆进行加固。小导管长度一般为　经勘察，地下水埋身多处于设计洞底高程之下，　１．７　ｍ，头部削焊成锥体，管身四周布设溢浆孔，　但也不排除砂卵（砾）石层中有粘土夹层，因地表渗　采用手风钻、风镐、气动矛等多种手段按设计的角　水，积水汇集于粘土夹层之上，造成开挖过程中发生　度打入，然后在掌子面喷混凝土封闭，灌注双浆　地下水泄漏，给施工带来不便，一旦处理不当，势必　液，每开挖进尺５０　ｃｍ就注浆一次。为提高固化效　造成洞室坍塌，不但引发人员伤亡事故，而且会造成　果，一般采取不控制流量只控制压力的原则，注浆　西四环道路的交通中断。　压力严格控制在０．３０　ＭＰａ以内，注浆结束标准为　列举工程事例：９　竖井在开挖到１０．０　ｍ区域范　不吸浆后再灌注５　ｍｉｎ结束。　围内出现上层滞水，且全断面处于砂卵（砾）石层，　经过灌前试验，最终使用适用卵砾石地层的配合　地层极不稳定，采取超前小导管注浆效果不理想。为　比如下：（１）水泥浆：水灰比为１～１．５：１（重量比），　了保证施工安全，需要对该透水层（高程４３．９５～　缓凝剂掺量１％～３％（根据凝胶时间而定）；（２）水　４４．４５　ｍ）进行止水加固处理。拟采用沿竖井四周边　玻璃浆稀释为３５Ｂｅ　；（３）双液浆配合比：水泥浆：水　墙外部放射型机钻超前钻孔，对竖井渗水面全断面注　玻璃浆＝１：１～１：０．６。　浆的方法进行止水加固处理。　注浆工艺采用地质钻机水平钻孔、孔口封闭灌注　结合本工程的实际情况和效果检查，在渗水和卵　形式，同时在井壁和井底钻设排水孔。注浆范围为竖　砾石地层中采用了适宜的水平钻孔工艺、选用凝结速　井井壁全断面外扩３．０　ｍ，注浆孔的深度为６．０　ｍ，孔距　度可调节的水泥水玻璃双浆液，较好地对渗水地层进　采用１．０　ｍ，排距为１．０　ｍ，平面布孔采用交联等边　行了止水，对卵砾石地层进行了加固，开挖强度适　三角形布置，从上到下顺序逐孔进行灌注。　中，在开挖过程中没有坍塌、流砂失稳等现象发生，　注浆材料为水泥水玻璃按１：１比例配制而成的　没有出现安全事故或交通事故，保证了在开挖过程中　双浆液。注浆时，将根据现场实际情况适当调整配合　掌子面的结构稳定和上部构作物的稳定，顺利完成了　比，并适当加入特种材料以增加可灌性。根据地质现　暗涵初期开挖支护，达到了预期的加固效果。　状和地层的密实度，浆液的扩散能力与浆液灌注的压　（责任编辑陈小敏）　水利水电技术第３８卷２００７年第７期