近海TBM始发井侧壁渗漏水注浆治理技术研究

赵明春，李树光，李锁在，王凤刚，王凤伟

（1.中铁三局集团第四工程有限公司，北京 102300；2.济南力稳岩土工程有限公司，济南 250000）

1 引言

近年来，随着城市的快速发展，人口密度激增，公共交通系统运输压力逐渐增大，地面交通方式趋于饱和，地下交通成为缓解公共交通压力的重要途径，各大城市地铁进入了大规模建设时期。TBM 作为一种高效、安全的开发方法，已经被广泛应用于地铁隧道开挖[1]。TBM 始发井作为TBM 进入隧道正线的重要工程之一，需先期开挖至设计深度后，在始发井内部完成TBM 组装，进而实现TBM 进入正线施工，后期作为渣土、管片等材料的重要运输通道，将伴随隧道开挖施工的全过程[2-3]。为保证TBM 组装具有良好工作环境，始发井侧壁长期稳定，既需要支护强度满足要求，还需要保证侧壁具备良好防渗性能，不受地下水威胁。然而，由于始发井侧壁长期暴露，上部因材料运输，动荷载反复加载，且地下地质环境条件复杂，尤其在地下水资源丰富区域，地下水位较高，容易引发TBM始发井渗漏水，造成井内湿度过高，锈蚀金属部件，影响TBM设备组装质量，同时，长期大量渗漏水可能造成周围地面沉降，影响始发井与周围建筑物安全。

TBM 始发井试验注浆止水技术是治理始发井侧壁及基坑渗水常用方法之一。选择合适的注浆材料，合理的注浆方式和注浆参数，是保证治理效果的关键[4]。本文基于青岛地铁2号线某TBM 始发井渗漏水注浆治理工程，开展近海裂隙岩体渗漏水注浆治理研究，并选取TBM 始发井北侧为注浆现场试验区段，通过现场注浆试验，开展注浆孔、注浆材料、钻孔设计、注浆量等关键参数研究，最终形成适用于近海裂隙岩体注浆治理方案，应用于始发井其他区域，实现基坑渗漏水治理，保证基坑和周围建筑安全。

2 工程概况

TBM 始发井位于竖井位于区间线路正上方，线路为直线段。竖井平面图形为矩形，竖向深度32.66 m，上部钻孔灌注桩部分内净空尺寸长31 m，宽28 m，下部钢管桩内部净空尺寸长28 m，宽25 m，距离海岸最近距离约150 m。始发井已施工至底板，但是基坑侧壁出现大量渗漏水，始发井排水量达到1 400 m3/d，已经严重影响TBM 组装作业，通过地下水pH 值和Cl-检测，渗漏水多为海水，对机械设备、侧壁初支锚杆、锚索腐蚀严重，威胁基坑安全。

TBM 始发井浅部的素填土层、淤泥质层等软弱地层，深部为强、中风化花岗岩地层，如图1 所示。场区地下水主要类型为第四系孔隙潜水与基岩裂隙水，二者间无稳定的隔水层，具有一定的水力联系。第四系孔隙潜水主要分布于滨海岸滩地貌单元，基岩裂隙水主要分布于剥蚀斜坡地貌单元。地下水稳定水位埋深1.50～7.50 m。第四系孔隙潜水：地下水赋存于第②层粗砂、第④层淤泥质粉细砂、第⑧层粗砾砂中。富水性好，属于中等-强透水层。基岩裂隙水：在场区主要以层状、带状赋存于基岩强风带、节理密集发育带中，由于节理发育不均匀，其富水性不均匀。强风化带中，透水性较差；节理发育带及构造破碎带中，裂隙张开性好，导水性较强，富水性中等。根据青岛地区凿井抽水试验资料，基岩裂隙水单井用水量一般小于20 m3/d。渗透系数k 小于4m/d，影响半径几米到十几米。在汇水条件较好的地段，地下水一般较丰富。竖井开挖过程中，常形成点状或线状涌水。始发井浅部软弱土层区域，已采用等厚水泥土连续墙（TRD）[5-8]作为止水帷幕，效果较好，无明显渗漏水点，但是，进入强风化岩层后，TBM 始发井未采取可靠有效的止水措施，造成该区域侧壁出现大面积渗漏水现象。

图1 青岛地铁2 号线某TBM始发井地质剖面图

3 治理难点分析

1）pH=10.5，Cl-=9 875 mg/L，海水补给充沛，且海水破坏施工环境，腐蚀支护系统和机械设备。

2）地下水主要为第四系孔隙水（富水好，透水能力强），基岩裂隙裂缝开张性好，导水性强，还可能存在导通裂隙。

3）基坑渗水主要为海水，具有腐蚀性，普通水泥无法长期封堵。

4）TBM 始发井上部出水点距离井底深度达到了20 m，且始发井已进入TBM 设备吊装施工阶段，井内径向注浆存在交叉作业，安全风险高。

5）岩石裂隙小，常规注浆压力很难将水泥浆液注入裂隙，需要找到合适的注浆压力和注浆液。

4 试验注浆方案设计

因TBM 始发井深度为32.66 m，上部出水点距离井底深度达到了20 m，且该始发井进入TBM 设备吊装施工阶段，因此，采用井内径向注浆施工存在交叉作业，且安全风险高。同时，结合青岛地区施工经验，针对该类裂隙岩体注浆治理，因岩石裂隙较小，常规注浆压力很难将水泥浆液注入裂隙，需适当提高注浆压力，高注浆压力引起深部（＞20 m）浆液时空运移规律发生改变，现有技术无法控制浆液在深部地层中运移，注浆效果难以保证，且基坑渗漏水为海水，具有一定腐蚀性，因此，普通硅酸盐水泥无法满足长期封堵渗漏水要求[9]。

为保证施工安全和注浆治理效果，结合现场施工条件，协调现场各施工环节有序进行，提高施工效率，选取TBM 始发井北侧（近海侧）为注浆试验区段，且为减少施工安全风险，注浆范围为第一道锚索以下区域，该区域也是集中渗漏水区域。为保护竖井锚索不被地表钻孔破坏，影响竖井安全，采用径向注浆工艺[10]。考虑基岩裂隙较小，且海水具有一定腐蚀性，为保证注浆止水效果，注浆材料宜选用硫铝酸盐水泥[11]。

4.1 注浆设计

通过现场踏勘，锚索、锚杆出水为基坑深部侧壁渗漏水的主要出水形式，因此，注浆孔设计在锚索、锚杆以上0.5 m 处，注浆孔水平间距为1 m，孔深2 m，垂直排间距为2.5 m，如图2 所示。

图2 TBM始发井径向注浆孔平面布置图

4.2 注浆参数

4.2.1 浆液类型

注浆材料采用普通硅酸盐水泥、超细水泥、硫铝酸盐水泥，浆液浓度应根据隧道围岩条件加以调整。超细水泥平均粒径4 μm，最大粒径10 μm，较普通硅酸盐水泥，能够注入更细小裂隙，但是，注浆工程中需采用高速搅拌，并添加减水剂，需加大水灰比。硫铝酸盐水泥含有SO4-2，可抵抗海水对水泥浆液侵蚀，具有抗腐蚀特点，硫铝酸盐水泥结实体具有微膨胀的特点，注入岩层裂隙后，止水效果较好；硫铝酸盐水泥凝胶时间短，具有一定的抗动水分散的能力，可用于大流水导水通道封堵，因此，本工程选用硫铝酸盐水泥为注浆材料。

4.2.2 注浆量估算

本工程注浆量预计采用“三系数”计算法，按地层孔隙率、地层空隙充填率及浆液损失率3 个系数进行总注浆量的计算。对注浆加固体内的空隙进行充填加固。计算公式如下：

式中，∑Q 为总注浆量，m3；v 为注浆加固体体积，m3；n 为地层孔隙率；α 为地层空隙充填率；β 为浆液损失率。

4.2.3 注浆压力

注浆压力根据水文地质及工程地质条件确定，施工中需严格控制注浆压力[12-13]，拟定控制在2～3 MPa；实际情况根据现场试验及实际效果确定。现场实施过程中根据各段埋深、地质情况可进行调整。

4.2.4 注浆结束标准

单孔注浆压力达到设计终压并连续注浆10 min 以上，且注浆量不小于设计注浆量的80%、进浆速度为初始速度的1/4，可结束本孔注浆；单孔注浆量大致与设计注浆量相同，结束时的进浆量10～15 L/min 以下可以结束本孔注浆。

注浆施工前须确认管线位置及标高，并核实注浆管与管线相互位置关系，保证注浆管与管线净距不小于1.5 m；拱顶上方最外侧注浆管需根据管线实际情况进行调整，必要时可缩短注浆管，且第一次注浆压力应不大于0.5 MPa。施工过程中应注意对该管线的保护，加强监控量测，确保管线安全。

5 注浆效果

试验区域通过上述注浆治理，仅有少量湿渍，无明水。存在少量湿渍主要由于该竖井为临时结构，仅施工挂网喷射混凝土的初期支护，支护厚度较薄，不具备防渗性能，且湿渍均位于混凝土开裂区域，如对开裂混凝土修补治理，将耗费大量的人力、物力等资源，且经过治理后，已基本无明水流入始发井，因此，上述治理方案已经达到治理效果，后期将对整个始发井侧壁开展注浆治理。

6 结论

1）为减少施工安全风险，注浆范围为第一道锚索以下区域，该区域也是集中渗漏水区域。为保护竖井锚索不被地表钻孔破坏，影响始发井安全，采用径向注浆工艺。

2）基岩裂隙较小，且海水具有一定腐蚀性，为保证注浆止水效果，注浆材料选用普通硅酸盐水泥、超细水泥、硫铝酸盐水泥等。

3）试验区域通过上述注浆治理，仅有少量湿渍，无明水，已经达到治理效果。