摘  要 采用高压喷射注浆工艺设置止水帷幕，能够确保矿山法施工要求的无水作业条件。通过实例，说明止水帷幕注浆施工工艺简单，有利于地下水资源的保护，在地铁泵房工程施工中成功应用，为地下水的处理提供一种新的有效途径。

关键词 城市轨道交通 止水帷幕 注浆 地铁施工

 

      地下工程采用矿山法施工均要求在无水条件下作业，当拟施结构底板标高位于地下水位以下时需采取处理措施，常规措施有管井降水和冷冻法。管井降水，地表需具备设置降水井及降水井施工的作业条件，同时地下水的抽排不利于地下水资源的保护，目前已有城市开始严格限制降水施工; 冷冻法工艺复杂，投入的设备多，能源消耗大，施工周期长。而采用止水帷幕注浆工艺进行地下水处理，施工工艺简单，无需抽排地下水，同时通过科学、合理的浆液配合比设计，施工对地下水基本无污染，既保证了结构施工的无水作业条件，又有利于地下水资源的保护。笔者以北京地铁4 号线区间泵房施工为例，介绍了止水帷幕注浆设计与施工，可供类似工程参考。

 

      北京地铁 4 号线角门北路站—北京南站区间在右线里程 K2 +972 处设置泵房，泵房结构包括泵房间和废水池两层结构，采用矿山法施工。泵房处地表为万芳亭公园会议室、燃气调压站等永久建筑物，泵房平面见图1。

      拟建 场 区地形起伏不大，土层 以 第 四 纪冲、洪积土层为主。按 照 沉 积年代、成因类型及岩性，场区地层自 上 而 下 依次为 粉 土 填 土①层、粉土②层、粉细砂②₃层、中粗砂②₄层、圆砾②₅层、中粗砂⑤₁层、圆砾⑤层、粉土⑥₂层、中粗砂⑦₂层、卵石⑦层。泵房结构位于卵石⑦层，场区地质剖面见图 2。

      在 42 m 勘察深度范围内实际量测到 2 层地下水，第 1 层为上层滞水，第 2 层为层间潜水，在整个区间线路稳定分布，各层水具体情况如表 1 所示。

      泵房采用矿山法施工，原设计泵房结构施工前采取地面管井降水措施。因降水施工场地位于万方亭公园内，占地、地上物拆迁、树木伐移等补偿费用较高。根据现场实际情况，对泵房施工区域实施二重管喷射注浆止水帷幕工艺处理，代替原设计地面管井降水，利用帷幕将水体隔离于结构之外，保证矿山法施工的无水作业条件。

 

      喷射注浆通过高压喷射流对土体的破坏作用，使注浆浆液在喷射流作用范围内扩散、充填和置换，并与土体颗粒掺混搅拌形成凝结体。通过选择适当的浆液材料、合理的配合比设计，可以使凝结体的渗透系数小于1 × 10^{－ 6}cm / s，并具有良好的防渗性能和较高的强度，从而在注浆区域内构筑一道能切断渗流的连续止水帷幕，并能够抵抗一定高度的地下水头压力。同时，通过控制注浆角度和深度，在需处理的区域底部形成水平隔水底板，并能够承受一定的水头压力，与周边的止水帷幕紧密连接，形成封闭的箱型隔水体系，保证无水作业条件。

      将注浆处理区域划分为底板位置垂直注浆处理区域( 形成底板止水帷幕，即隔水底板) 和侧壁斜向注浆处理区域( 形成侧壁止水帷幕) 。根据泵房结构的设计情况及现场施工条件，底板止水帷幕注浆孔采取垂直布置，侧壁止水帷幕注浆孔采取辐射式布置。因注浆止水帷幕对于周围形成不透水的地层，隔绝地下水体，帷幕注浆体将承受一定的水头压力，因此侧壁与底板注浆均要达到一定的厚度。注浆孔位布置如下:

      1) 垂直注浆处理区域。在泵房底板 ( 废水池顶板) 的标高位置布设垂直注浆孔，钻孔孔径 Ф42，间距1． 0 m × 1． 0 m，梅花状排布注浆孔，孔深约 9． 4 m，确保底板注浆体厚度达 5． 0 m。从上而下全程压力注浆形成废水池的隔水底板，注浆孔位 32 根。

      2) 侧壁斜向注浆处理区域。在泵房底板( 废水池顶板) 标高脚部布设斜孔 1 排，孔深 5．0 ～12． 0 m。每个孔内按照一定的倾角斜向注浆，钻孔孔径Ф42，间距1． 0 m × 1． 0 m，从上而下进行全程压力注浆形成废水池的隔水帷幕，注浆孔位24 根，注浆孔位布置如图3 所示。

      1) 止水帷幕施工采用二重管高压喷射注浆工艺。

      2) 根据地勘资料，泵房废水池位于砂卵石地层，渗透系数大，地下水具有一定的流动性。为确保注浆止水效果，采用化学双液浆。具体材料配合比以以下两种配合比方案为基础。

      ( 1) 配合比一: 适用于洪积砂层、改良前缝隙大的松散冲积砂层与砂砾层，浆液凝固时间控制在0 ～30 s，如表 2 所示。

      ( 2) 配合比二: 适用于松散冲积砂复合层( 高强型) ，浆 液 凝 固 时 间 控 制 在 30 ～ 60 s，如 表 3所示。

      在注浆初始阶段，为防止浆液随地下水的流动而流失，浆液选用配合比一，后期采用配合比二，以提高注浆体的强度及抗渗性。

      为确保废水池在无水条件下施工安全，对止水帷幕设计采用 Plaxis 8．2 软件进行数值模拟验算。

      1) 验算基本假设条件: 一是泵房与废水池围岩受力及变形视为弹塑性平面应变问题; 二是屈服准则采用 Mohr-Coulomb 准则; 三是围岩采用 Mohr-Coulomb 弹塑性材料模拟和三角形单元划分，泵房与废水池的初期支护结构采用杆单元和线弹性材料模拟; 四是把止水帷幕注浆体视作一增强土体。

      2) 计算参数见表 4。

      3) 有限元计算模型见图 4。

      4) 计算结果。根据计算结果，废水池开挖施工过程中，初期支护结构侧墙底部水平位移最大，为2． 54 mm( 见图 5) ; 竖向最大位 移 为 1． 38 mm ( 见图 6) ，均小于允许位移控制值。计算结果表明，该止水帷幕设计方案可行。

      采用 TXU-75A 型钻机双管单动回转钻机进行钻孔。钻机就位后，钻头对准孔位，同时钻机平面应调放平稳、水平，钻孔应与施放孔位一致。钻进时钻杆应保持垂直，与设计偏差不应大于 1． 5%，并应准确地钻到设计要求的地层和设计深度。成孔后对孔深、孔位进行验收。

      开始注浆时，根据地层情况采用小压力慢速注浆。注浆时严格控制回抽幅度，每步不大于 20 cm，匀速回抽，注意钻机参数变化。

 

      注浆施工完成后，对注浆处理区域的注浆体钻孔取芯检测结果表明，注浆体止水效果良好。注浆体无侧限抗压强度达到0．5 ～1． 0 MPa，渗透系数达到 10^{－ 7}cm / s，满足废水池无水作业条件。在废水池开挖过程中，周边及底板均无渗漏情况发生，初期支护结构变形、地表沉降均满足施工要求，表明止水帷幕注浆工艺是成功的。