袖阀管注浆原理即被注浆泵加压处理后的浆液经由连接管、注浆枪头进入注浆管内;由于注浆枪头深入袖阀管内, 在外力作用下可自由活动, 注浆是在注浆压力的作用下, 注浆枪头两端橡胶皮头膨胀挤压袖阀管, 从而使注浆枪头与枪头范围内的袖阀管形成密闭管段;浆液出口位于注浆枪头中部, 不断加注的浆液会逐渐汇聚到袖阀管注浆管段, 压力值的不断增高会使袖阀管的承受能力不断被激发出来, 当其承受的压力超过了袖阀管预留注浆孔保护皮套的承载压力值时, 浆液会从袖阀管预留孔流出;不断加压的浆液顺着地层结构不断流动, 进而填充地层的缝隙, 凝固而成的浆液使原本的地质结构发生了改变, 变得坚硬起来, 起到止水加固的效果。

某工程区间起点里程为右 (左) K18+621.452, 终点里程为右 (左) K19+709.945, 左线长1袖阀管;注浆加固;暗挖区间隧道088.493m, 右线长1 071.672m, 左线区间短链16.821。平面上区间线路由3条R-450的曲线组成, 右线纵断面上区间线路为-10‰, 28‰的“V”字坡, 左线纵断面上区间线路为-10‰, 29.82‰的“V”字坡, 隧道顶最小埋深约11m, 最大埋深约21m, 均为单洞单线马蹄形断面, 区间隧道采用矿山法施工。本里程段区间隧道上半断面位于富水砂层中, 下半断面位于岩层中, 属于典型的上软下硬地层, 考虑到施工的安全指数, 需对富水砂层进行止水加固, 使用了袖阀管注浆技术来完成区间隧道的修建。

对于富水砂层的地段, 在开挖时要进行袖阀管超前注浆来加固地层, 注浆材料采用水泥与水玻璃双浆液。注浆孔在每一循环开始部位的掌子面上按扇形布置, 同时保证孔的末端间距控制在1m的范围内, 并保证每一断面拱部、侧墙5.0m范围内砂层被加固, 单孔浆液扩散半径为600mm。

1) 注浆范围拱部外扩5.0m范围;洞内上半断面超前预注浆采用袖阀管注浆工艺, 隧道开挖轮廓外侧注浆管采用刚性袖阀管, 掌子面采用PVC袖阀管。

2) 注浆材料42.5级普通硅酸盐水泥浆及水玻璃浆液。

3) 循环注浆长度长度为13m, 注浆工作面封堵初始注浆段采用1.0m厚喷混凝土止浆墙, 后序注浆段均预留5.0m已注段作为止浆岩盘。

4) 孔间距初始注浆孔间距为0.4m, 保证孔的末端间距控制在1m范围内, 单孔浆液扩散半径为0.6m。

5) 注浆压力控制在0.5～0.8MPa。

6) 作业顺序先外圈, 后内圈, 间隔转孔注浆。

其注浆孔的布置如图1, 2所示。

1) 材料42.5级普通硅酸盐水泥及40Be'～45Be'水玻璃。

2) 配合比要求水灰比为0.8∶1;水泥与水玻璃混合浆液的质量比为 (0.8～1) ∶1, 体积比为1∶1;设备配置为ZDY-1500钻机1台, KBY-50/70注浆泵1台。

1) 施工放样、进行定位在建立好的坐标轴上标出定位的布设点, 采用拉线和卷尺测量数据相结合的方式找准孔位, 并做好标记。

2) 钻机钻孔在初次钻孔时选用89mm的钻头完成钻孔。钻机就位时, 操作人员需反复检测钻机平放的位置是否处于平稳状态。在开启钻机前, 需测算出钻机的角度。在使用过程中还需及时调整钻机, 维持其平稳状态。在钻孔操作过程中, 需时刻确保平面的竖向误差≤50mm, 钻孔角度的误差值在1°左右。此外还需注意, 若在钻孔过程中遇到坚硬的石层, 为避免出现塌孔现象, 需借助套管完成钻孔施工。当注浆管安装完毕后, 要拔出套管。

3) 安设袖阀管在指定位置安装好袖阀管。每节袖阀管长3m, 若要将其连成一个整体, 需使用螺纹套管将接头连接。在袖阀管非接头那端添加闷盖进行密封处理, 在其接头处需做好密封处理。每完成1组袖阀管拼接, 就将其下放到孔内, 在下放过程中需确保袖阀管的中心与钻孔中心在1条直线上。此外, 对于裸露在掌子面外0.1～0.2m处的袖阀管需用套头拧紧, 以免混入杂质影响注浆效果。

4) 清孔用清水对袖阀管进行清洗, 并对其进行检查, 查看泄浆孔能否正常工作。

袖阀管注浆采用后退式分段注浆, 注浆泵采用双液注浆泵, 其具体施工工艺如下: (1) 将连接好的内管和双塞管固定在袖阀管底部。 (2) 固定好内管顶部与液压注浆泵出浆一端的接口, 之后完成压力表安装。 (3) 将配好的水泥浆注入容器内, 再调到合适浓度的水玻璃溶液。 (4) 将液压注浆泵进浆的1端分别与2个容器相连。 (5) 接通注浆泵, 确保容器内注浆操作体积比为1∶1。 (6) 观测压力表的压力变化, 若其达到1MPa时开始计时, 持续灌注5min后, 拔出注浆的内管。

控制好注浆量和注浆压力是确保袖阀管注浆施工顺利开展的重要衡量指标。在这一过程中, 操作人员需时刻关注注浆量的变化, 将其作为控制注浆进度的主要参照标准, 与此同时, 还要关注注浆压力值的变化情况, 并将其记录下来。值得注意的是, 在注浆过程中, 要严格控制每节袖阀管的注浆量, 确保每节0.5m长的袖阀管的注浆量变化保持在0.1～0.2m³。一旦注浆压力值上升到1MPa时, 要保持在此压力状态下注浆5min。

在注浆完成后, 开挖前需对其加固效果进行检测。首先利用地质雷达对施工地区进行探测, 探明掌子面前方水囊、空洞及地层的裂隙发育情况等, 如有水囊和空洞, 则需继续注浆。

地质雷达探测完成后, 还需对掌子面注浆效果进行具体检测。对掌子面采用地质钻机进行岩芯取样, 观察浆液填充情况, 对取出的岩芯进行抗渗、强度等技术参数检测, 符合设计规范要求后才能进行开挖。掌子面钻5个检查孔, 检查孔位置为断面中间1个、隧道拱腰两侧各1个、左右拱肩位置各1个, 检查孔长度为本循环注浆长度。在取芯过程中, 要对钻机有无卡钻、卡钻位置、有无渗水等情况进行详细记录, 以备分析;取出的岩芯要放置在留样盒内, 对岩芯的位置、深度用标签做好记录, 将岩芯送往检测中心检测, 若强度<0.4MPa, 则对掌子面进行补充注浆。

在本工程开挖过程中, 掌子面无渗水现象, 浆脉清晰, 注浆强度达到设计要求, 注浆效果良好。

该地铁暗挖区间有着相对复杂的水文地质条件, 主要以砂砾岩为主, 地下水丰富。为了进一步确保施工效果, 采用了袖阀管注浆技术。经实践表明, 该技术具有良好的使用效果, 不仅加固了施工现场的地层结构, 还对地下水起到了有效的止水效果, 极大提升了暗挖施工的安全系数和工程的安全性能。鉴于上述分析, 在暗挖区间采用袖阀管注浆技术具有重要的推广意义。