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TSS注浆技术在天津地铁工程中的应用T锐”张文强（中铁隧道集团有限公司，河南洛阳471009）摘要:研究目的:在天津地铁逬行暗挖法施工时，由于降水对周边环境影响比较大，不宜降水，所以注浆堵水是一个主要辅助工法。在地层中必须进行分段注浆可以保证注浆效果，为了解决分段注浆中的成孔难钻机机械体积较大、PVC塑料注浆管易受压变形价格较高等缺点，所以研究TSS注浆技术是十分必要的。研究方法:通过对TSS型注浆管及其配套系统的研制，以及注浆参数的选择和工艺流程注浆工艺的控制，结合天津地铁营口道车站1号风机房暗挖隧道施工中的应用进行研究。研究结果:成功地解决了单向袖阀式小口径注浆管工艺（TSS注浆工艺）。研究结论:TSS具有分段可控操作简便的特点，这样地层加固均匀，止水效果好，TSS注浆技术在天洋地铁中的应用，大大地提高了工程进度，降低了造价。尖键词:TSS注浆工艺;暗挖隧道;加固地层中图分类号:U231文献标识码:AApplicatbnofTSSGrouthgTechnologyhTfanjhMetroDINGRuiZHANGWen・qbng(TunnelEngineeringGioupCqLtdofChinaRaitvay,Luoyang,Henan471009,China)Abstract:Researchpurposes:Duetothegreatadverseinpactonthesurroundingenvironment,itisnotsuitableloa2doptdewateringilltheconstructbnofthemincdtunnelsofTianjinMctmTherefore,gmutingisoneofthemajorassis2tingconstructbnmethodsadoptedinTianjinMetinHowever,step-by-stepgroutingmustbeadopted80asloensurethequalityofthegroutingconstructbnhordertoovercomesuchdisadvantagesasdifficultgroutingholedrilling,lai^esizeofthedrillingmachines,easydefonnatbnofthePVCgroutingductsandhighcostofstep・by-stepgrouting,TliereforethestudiesofTSSgroutingtechnobgyisextremelyessentialResearchmethods:TSSgmutingductsandaccompanyingequipmentarcdevebpedandpiopcrgroutingparameters，groutingprocessandgroutingtechniquesaredeteiminedResearchiscarriedonbymeansofapplicationofTSSgioutingtechnobgyintheconstructionoftheminedtunnelofNa1ventilationloomofYingkoudaostatbnofTianjinMetiuResearchresults:Thetechniquesofsingle-directionsleeve-valvegioutingductsofanalldiameteraremasteredResearchconclusbns:Duetosuchadvantagesasstep-by-stepandcontioliablegioutingandsnipleoperatbnofTSSduets,unifoinigroundconsolidatonsandexcellentwatersealingeflfectsareachieved,applicatbnofTSSgioutingtechznobgyinTianjinMetroresultsinhigherconstructbnprogressandreducedconstructbncostKeywords:TSSgroutingtechnobgy;minedtunnel;gioundconj»lidatbnTSS注浆技术是在小导管注浆的基础上经过改进层的加固及堵水，近年来通过在广州深圳杭州等地研制而成的一种新型注浆技术,适用于富水粉细砂土铁及市政工程中的应用实践，该技术得到了进一步的Z收稿日期：2005-10-18 三三作者简介:丁锐，1968年9月出生■男，高级工程师；张文强，1973年10月出生，男■工程师＜ 推广及改进,并取得了成功，同时增强了其对于不同地层的适用性。天津地区地层多以淤泥质粘土粉土粉砂细砂为主，地层软弱含砂量高地下水丰富,暗挖施工难殘极大,大型暗挖工程在天津应用尚无先例，目前天津地区暗挖工程仅限于地铁车站附属结构。而暗挖施工中如采用降水，则会产生较大的地表沉降，不利于环境稳定。因此暗挖隧道施工应保证在不降水条件下采用地层预注浆等措施保证工作面及周边环境的稳定，而TSS注浆技术则由于其操作简便灵活效果好的特点而成为比较有效的一种洞内注浆方法,也通过本工程实践首次在天津得到了成功应用。1工程概况天津地铁营口道站为双层明挖车站，地铁1号线与3号线交汇于此，地处天津闹市区南京路与营□道、赤峰道的交叉口，交通繁忙，周边建筑物密集，地下管线纵横。营口道车站采用明挖基坑施工,1、2号风机房及2、3号出入口电缆通道均采用暗挖法施工，其中1号风机房埋深最浅跨度最大长度最长。营口道站1号风机房位于导行后的南京路下方，导行前该段地表为城市绿地，未经过碾压密实处理，南京路为天津市内交通主干道，交通繁忙，夜间重型运输车辆较多;隧道覆土较浅，仅有0.8〜25m,断面宽度1474m,高度68m,长度约70m,在隧道上覆地层中有通讯电缆自来水煤气及电缆等各种市政管线穿越，且管线周围回填土中含有较多石屑及砂，稳定性较差。工程场址位于冲积平原，地形较平坦，区间隧道及风道主体均位于第四系全新统人工填土层(Qml)第I陆相层(Qal)第I海相层(Qm)中，基底位于第I海相层(Qm)中，岩性为杂填土淤泥质填土粉质粘土及粉土，杂填土成分复杂，厚度不均，粘性土多呈软塑〜流塑状，土质松软，结构松散。地下水位埋深在0.8〜24ni,水位变幅1.0〜20m,暗挖时易发生涌水涌砂及坍塌现象。2施工方案简介根据1号风机房断面大埋深浅地质差的特点同时考虑经济性及工期要求，采用分部法分两台阶十部进行洞室开挖，同时辅以大管棚超前支护注浆预加固等辅助措施。初期支护采用格栅钢支撑+钢筋网彳喷射混凝土支护体系，中隔墙和临吋仰拱采用工字钢+钢筋网+喷射混凝土作为临时支护,开挖完成后拆除临时支护，分部施作二次衬砌，施工过程中通过监测反馈系统及时指导施工。由于隧道施工难度大，周边环境复杂，因此在隧道开挖之前的地层预加固尤为重耍，本工程主要采用TSS注浆技术进行地层预加固止水，通过全断面分段注浆对隧道开挖面及周围地层进行固结，同时封堵地下水，避免施工中因水土流失带来地表沉降及工作面失稳。3TSS注浆系统及特点A1TSS注浆管及其配套系统TSS注浆系统包括注浆管体及TS・A顶管、TS・B芯管、TS-C顶杆螺母、TS-D止浆塞等几部分@1)o注浆管体一般采用焊接钢管，管壁梅花型钻设溢浆孔，外覆单向止浆片，顶管为无缝钢管，前端与止浆塞相抵，后端为顶杆螺母，注浆芯管在管口处与输浆管路连接，前端套至止浆塞,注浆时通过顶管作用止浆塞，封闭浆液回流通道,浆液在压力作用下通过注浆芯管进入注浆管体后沿止浆片向外进入地层，同时通过止浆塞位置的移动进行分段控制。图1TSS注浆装置示意图A2TSS注浆工艺特点TSS注浆工艺突破了袖阀管小导管等其它注浆工艺的局限性，具有如下显著特点：(1)施工中不需要大型钻孔机械，给施工配套带来方便；(2)采取风钻或风镐顶进技术布设注浆管，并可避免地层中砂土进入管内；(3)布设后可实现多孔注浆平行作业，提高施工进度；(4)相对于洞内水平袖阀管注浆，布孔时间及材料大大减少；(5)易于操作，施工空间小，灵活性高；(6)周边注浆管可起到超前支护作用，有利于稳定地层。4注浆施工41注浆孔布设营口道站1号风机房采用TSS注浆工艺进行全断面预注浆，注浆管由CBV32钢管加工制作，长度为3m,加工示意图2如图所示。周边注浆孔沿隧道轮廓线布设，环向间距20cm, 图2TSS注浆管加工示意图纵向间距150on,搭接长度50an,外插角为1〜2；工作面孔梅花型布设，间距为80cm>80an。分部注弟孔布设如图3所示。超前大管棚)000^00000oooooo周边注浆孔OOC>工作面注浆孔图3注浆孔分部布设图42注浆参数选择根据天津地区地质条件的特殊性及工程要求，曉道开挖预注浆扩散半径宜控制在0.4〜Q6m范围内否则易对地表及结构产生破坏。为确定适宜于天津地区及本工程的浆液参数，钊对天津地区地质特点及注浆目的，对水泥-水玻璃弟液固结体强度及配比等指标进行试验，试验结果如表1表2所示。表1浆液结石率及抗压强度试验结果名称序号水灰比水玻璃浓慝(Be)浆玻秩泥水体比水一囂结石率/%1d抗压强度/Mpa3d抗压强度/Mpa7览压强度/Mpa1Q83211100Q4252804.02Q8351199.94Q4253.204.331.0321199.64Q4256104.341.035119994Q3104.002151.5321199.76Q025Q71.861.53511100Q010Q5L1普通水泥•水玻璃双液浆结石率固结强度及凝胶时间试验表明，浆液水灰比越大浆液固结强度越低同时浆液早期强度上升较快，对于隧道开挖是非常圭利的。而浆液的凝胶时间除受水灰比的影响外，还旻水玻璃浓度的影响。根据以往经验，凝胶时间可通为水灰比和水玻璃浓度控制在30s〜3millo浆液结疋率一般认为可达到95%以上，通过实验进一步证明双^名称水灰比水玻璃浓度水泥浆与水凝胶时间序号、(Be)玻璃体枳比/SI(184011552Q83511523Q830114841.040116651.035116361.030116071.540117881.535117591.5301170液浆结石率很高，对保证地层的抗渗系数非常有利。表2普通水泥•水玻璃双液浆凝胶时间试验结果结合室内试验结果,确定适宜浆液配比为:w:c=0.8:1〜］:1质量比),c:s=1:1(体积比)，水玻璃浓度为30〜35Be：43TSS注浆施工步骤及工艺流程1号风机房采用TSS型注浆工艺在洞内进行全断面注浆，具体施工步骤为：(1)封闭工作面,加工注浆管；(2)机具设备检查，注浆泵作压水试验并检查输浆管路；(3)按标定的开孔位置通过风钻布设注浆管；(4)布设完成后，采用棉纱+速凝水泥砂浆将注浆管周围封填，以免注浆中返浆；(5)注浆管全部布设完毕后，开始后退式分段注浆作业，注浆顺序按由下至上由外至内的原则。TSS注浆工艺流程如图4所示。图4TSS注浆工艺流程图44注浆工艺控制措施为确保注浆效果，注浆过程中需进行全程动态挖制,严格按照工艺标准要求进行：(1)为防止注浆施工过程中工作面冒浆，应对工作面进行喷磴封闭，厚度不小于50cm。为适应注躱 孔位的定位方便，应将工作面喷成平面,同吋通过在边墙上定位拉线的方法来保证混凝土的喷射厚度。(2)将带有止浆塞的芯管和顶管连接后插入到注浆管孔底，采取后退式分段注浆工艺，分段长度一般为0.6m°(3)分段后退式注浆要特别注意止浆塞损坏程度,施工过程中若发现止浆塞存在问题，应立即更换，以免引起注浆管堵塞，造成芯管无法拔出。(4)注浆宜按约束TT放型注浆顺序进行设计和施工，其注浆顺序原则如下：首先将群孔的三周进行注浆，从而达到约束的目的，以防止浆液过远扩散;采取开放型注浆，由一侧向另一侧平行推进，以达到排水的目的。(5)在软土地层施工，可能会发生突发性的涌水和涌砂现象，给施工及地面设施安全造成危害。因此必须事先准备好抢险防涌材料,如棉纱草袋方木等。5注浆效果评价经过TSS注浆预加固，隧道开挖范围内地层明显改善,开挖过程中未出现大的涌砂涌泥现象，施工期间地层变位及环境影响均较小。监测结果表明，地表沉降最大为3223mm,位于隧道中线附近，而附近建筑物最大沉降仅为&36mm,注浆有效地保证了结构安全及环境稳定。通过开挖后工作面观察，地层中可见脉状浆液固结体，工作面土体自稳性增强，且无较大渗水突泥现象，局部渗漏水可通过补孔注浆封堵。开挖后至初支前及拆除临时支撑期间洞内结构及洞外地表均未出现变形异常。另外，为进一步保证注浆效果，根据注浆施工记录数据及各项注浆参数反算地层填充率，并绘制注浆过程P-Q-t曲线(图5)，通过理论分析评价注浆效果。图4中可以看出，开始阶段注浆施工采取低压力灌注，注浆压力控制为0.5〜0.7Mp“,随着注浆的进行，浆液有效地填充了地层的空隙，为了使浆液继续注进地层，注浆泵压力逐渐提高,为保护地下管线的安全，在满足注浆加固要求的基础上,经过力学计算，以及现场多次试验,我们采取注浆终压为L0〜1.2Mpao在注浆过程中，通过调整注浆孔布距注浆初始压力、注浆流量，从而达到在注浆量满足设计要求时,注浆终压也基本为设计终压。根据注浆泵的性能特点，在注浆开始时,我们采用较大的注浆流量即20〜30L/min进行注浆,随着注浆工作的进行，浆液流量逐渐减小，最后注浆流量减小为5〜10L/min,这充分证明了在注施工实测变化区注浆时间/min施工实测变化区注浆时间/min图5注浆过程P・Q・t曲线浆过程中，注浆材料有效地填充了砂层的空隙,达到了注浆固结堵水的目的要求。6结束语通过本工程注浆过程中的参数调整及理论实跌分析表明，TSS注浆工艺在天津地区暗挖工程中的应用取得了成功，基本达到了固结堵水及环境保护的目的，是一种较适合于富水软弱地层的新型洞内注浆方法，克服了采用其它大型机械设备施工所存在的弊端通过实践证明了TSS注浆工艺的灵活性和适用性，同时也为天津地铁乃至天津市政工程进一步采用暗挖注施工提供了技术储备。参考文献：[11程骁,张风祥，等.土建注浆施工与效果检测[M]•上海:同济大学出版社,1997.12]杜嘉鸿•国外化学注浆教程[M1.北京冰利电力出版社，1987.建筑工程防水设计与施工手册编写组•建筑工程防水设131计与施工手册N].北京:中国建筑工业出版社1999•高怀志，等•暗挖法隧道施工法在天津地铁中的应用[4][R|.河南:中铁隧道集团有限公司，2005.张民庆.城市地下工程采用c・S双液浆注浆导致地面[5]隆起效应研究N].北京:中国科学技术出版社，2001."编辑王英娜)