太原地铁2号线钟楼街站—府西街站明挖区间位于解放路与羊市街交叉口北侧,沿现状解放路路中布设,区间总长254m,标准段宽11.1m,结构总高13m,底板埋深16.0～17.5m。区间为地下双层单跨箱形框架结构,围护支撑体系为800mm厚地下连续墙+1道混凝土支撑+2道t=16mm、800mm钢支撑,连续墙幅间采用柔性锁口管接头。

基坑周边为20世纪80年代初期修建的6层砖混住宅(合计住户663户、商铺105户、3层商业楼1栋),均为37砖砌墙+预制板结构,有1层地下室,条形基础,现状裂纹较多。西侧房屋距离区间明挖段结构最小距离约20.8m,东侧房屋距离区间结构最小距离约12.9m(见图1)。原设计采用坑内降水,明挖顺作法施工。由于在开挖过程中出现涌水、涌砂现象,施工风险大,鉴于此,基坑开挖方式变为注浆封底止水。

基坑位置地质由上而下可分为:人工堆积层(Qml)、新近沉积层(Q4al)、第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)和第四系上更新统冲洪积层(Q3al+pl),地质复杂。地下水丰富,水位埋深1.6～5.7m。

基坑采取坑内降水,开挖阶段水位下降困难,开挖过程中分别于2017年4月25日,5月25日,6月26日在开挖至12m距基底还剩5m时出现涌水、涌砂现象,并引起地面沉降,管线破裂。

涌水涌砂现象出现后,经专家研究分析,重新在基坑内进行深井井点降水试验,降水井出水量大,地下水在降至12.5m距离设计17.5m水位5m位置时,基坑西侧距离基坑22.6m的36号楼累计沉降已达75mm,超30mm允许值。

在冠梁顶标高以下4m硬化1层20cm厚素混凝土作为注浆加固平台。基坑划分为11个区,每个区域间用2排注浆墙进行分隔,止浆墙注浆深度范围为硬化层到加固底标高(见图2)。区内注浆平台到基底及基底以下0～3m为空钻区、3～8m为加固区(见图3)。加固区域桩径1m,桩间距0.8m,呈梅花形布置,注浆浆液为水泥、水玻璃、酸三液化学浆。每立方米土体用水泥约300kg、水玻璃约400kg、酸约30kg。

深基坑钟楼街站—府西街站区间注浆堵水帷幕封底加固采用分区进行,每区域长度控制在25～35m,共分8块区域。施工顺序采用一个方向推进方案,每个区域采用模块式推进。区域之间采用3排高压旋喷桩形成连续墙,排距和孔间距为0.4m。

考虑到水头高度,封堵深基底板以下4m,底板以上2m范围。每个区域范围先浇筑30cm厚混凝土止浆盘。注浆孔采用梅花形布置,排距和间距为0.8m。

注浆采用渐进式差别化同步动态注浆工艺,同步注多孔(4～8孔),使地层形成一个整体,还能有效防止浆液流失,使注浆效果更好及效率更高,能满足施工进度要求。

双重管后退式注浆最前面安装注入前端装置专利,使双液浆搅拌均匀,凝固时间一致,还防止因地下压力大而引起的浆液反浆。浆液选择速凝且渗透性强的浆液,注浆时配备流量计,实时观测注浆过程中浆液的流量及压力,注浆压力控制在2.5～3.5MPa,严格控制注浆顺序,实时调整浆液凝固时间,做到最佳扩散半径。

钻孔采用大功率小型履带式液压钻机,钻头直径95mm、钻杆直径89mm的钻具,钻头直径适中,在粉细砂地层中成孔快,注浆时好封孔,有效防止浆液往上窜浆。

1)双重管后退式注浆施工工艺流程测量定位—钻机就位开始钻孔—安设双重管—投套壳料—封口—安装拔管器—配制浆液注浆—注浆完成。

2)注浆量计算加固土体孔隙率0.4,浆液损耗率0.1%,填充率0.9。

3)施工安排以实际进场时间为准,平均每天完成32个孔(钻孔、注浆),预计5个月完成。

1)严格按照设计参数进行钻孔,钻孔孔位及角度偏差符合相关规范规定,若现场钻孔孔位因为客观条件限制不能满足设计要求时,应进行移位并进行计算确定参数,必要时应进行补孔。

2)在钻孔施工过程中要稳定钻机,稳步钻进,要求有丰富经验的钻机手进行操作,杜绝无经验的新手贸然进行操作。

3)每班上班前对机械设备进行检查,严禁机械带病作业;同时对钻具进行检查,使用质量性能良好的钻杆和钻头,严禁使用有缺陷的钻具。

1)放点时孔位要求严格按设计孔位坐标测量放样。

2)终孔标准终孔深度为底板下12m。

3)钻孔要求所有钻孔采用水钻进行,钻孔孔径95mm。

4)孔斜要求孔斜应不大于1°,在钻进过程中应进行孔斜度的测量和校正,以保证钻孔垂直度,为正常注浆创造良好工作条件。

5)封孔注浆结束后采用水灰比0.8∶1的浓浆封堵所有钻孔。

成孔后,往钻杆内吊放双重管,吊放双重管时要检查密封圈,吊放结束后加盖防止堵管。

1)注浆加固范围内地质结构主要为砂层,所以采用水泥加添加剂与化学浆的混合液。A液:水泥浆采用普通硅酸盐P·O42.5水泥,配合比为水∶水泥=1.5∶1～0.8∶1。在水泥浆液中添加减水剂等添加剂;B液:水玻璃采用浓度42Be’,稀释成35Be’;C液:速凝剂,35kg固化剂能配置3 000L浆液。

注浆时根据现场情况决定注浆种类,压力小时采用B液与C液,压力大时选用A液,B液与C液配比为1∶1。配制双液浆浆液凝胶时间:B液与C液为2～10s,A液与B液为30～90min。为满足注浆固结的目的,需要按照一定的顺序进行浆液配制。

2)浆液搅拌在搅拌桶中按每次搅拌体加入所需水量,开动搅拌机,再加入水泥搅拌3min以上。

1)同时注4～6孔,且两侧对称,尽量做到同时同步同位注浆,控制好井筒两侧注浆量和压力平衡。

2)注浆段长0.2～0.5m。

注浆时先从井口开始往里,且先井上后井两侧,注两侧时从外往内,且跳孔注浆。

注浆流量控制在20～40L/min,达到慢慢渗透挤密的效果。

1)注浆泵试运转,确定注浆系统各部分连接无误后,开动注浆泵压水试验,检查注浆泵液压情况,系统管路有否漏浆,管路是否畅通。

2)注浆开始时先进行压水(取10个孔做注浆前压水试验),再逐步变换成静压注浆,注浆压力不大于3.5MPa。

通过流量计观察注浆压力,检查随注浆量的增加压力变化情况。注浆过程中采用压力控制,注浆压力达到3.5MPa时,止浆塞往上提0.5～1.0m后,继续注浆。

1)冒浆注浆过程中要认真观察地层变化情况,由于浆液的进入,引起地层变化,封闭强度较低的地方,可能首先会冒出浆液,这就需要在冒浆处加以堵塞,必要时采取间歇注浆方式,以保证浆液有效注入沙层。

2)注浆压力变化注浆过程中,压力要在控制范围内。如果压力过低应该检查是否有漏浆之处,或浆液通过地下某些管道流走;压力过高应检查管路或混合器是否被堵塞。注浆开始压力较低,随着围岩孔隙被填充,需要压力劈开裂隙才能继续进浆。施工时需要观察好注浆终压不能高于规定的注浆压力值。

3)注浆量调整观察地层注浆量是否满足加固效果,采用隔孔注入方式,这样既避免注浆孔互相影响,又使后注孔起到补充先注孔的作用,保证土体浆液扩散均匀,注浆效果好。

4)注浆泵异常在注浆过程中,注浆泵会由于管路故障而提高压力,机器发出异常声音,压力表指示压力上升,如果不及时处理会产生高压伤人危险。此时必须停泵卸下注浆高压软管,冲洗清理管路,或清理混合器,检查故障部位,并予以处理,冲洗干净后再继续工作。

注浆结束标准根据压力和设计注浆量双重控制。

1)注浆末期,泵压逐渐升高,当注浆压力达到设计终压,或注浆量达到设计单孔注浆量时,稳定15min注浆结束。

2)虽然注浆压力未超过控制压力,但当注浆量达到设计单孔注浆量时注浆结束。

随着我国各地地铁建设发展迅猛,但各区域水文地质情况差异大,在修建中存在很多问题。通过太原地铁2号线基坑采用注浆大面积封底止水施工的研究,让化学浆液在复杂环境下大面积封底止水施工技术在地铁建设领域得到更广泛的应用,可为今后在地铁深基坑开挖施工不具备降水的条件下提供参考。