淺埋暗挖隧道下穿建筑物洞內(nèi)注漿精確控制技術(shù)研究

冉貴猴

中鐵十一局集團(tuán)城市軌道工程有限公司 湖北 武漢 430074

1 前言

地下工程修建過程中經(jīng)常揭露第四系富水砂層，該地層具有含水豐富、膠接強(qiáng)度低、自穩(wěn)能力差的顯著特點(diǎn)，在工程擾動(dòng)及地下水作用下，極易誘發(fā)塌方、涌水潰砂等工程災(zāi)害事故[1]。注漿是加固最常用方法，通過注漿可有效提高砂層的整體力學(xué)性能及抗?jié)B性能。

目前國內(nèi)外對(duì)于暗挖隧道下穿既有建筑物注漿已取得了一些成果，張連震等[1]以青島地區(qū)含黏性土砂層為典型被注介質(zhì)，開展了砂層劈裂–壓密注漿模擬試驗(yàn)，揭示了注漿擴(kuò)散過程中劈裂通道形態(tài)、注漿壓力、應(yīng)力場(chǎng)以及位移場(chǎng)隨時(shí)間變化規(guī)律，獲得了試驗(yàn)條件下的砂層劈裂–壓密注漿影響范圍；李俊杰[2]針對(duì)新建隧道近接既有隧道施工引起的結(jié)構(gòu)及地表沉降變形問題，以成都地鐵8號(hào)線新建暗挖區(qū)間隧道近接交叉下穿既有7號(hào)線地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道施工為背景，提出了既有線注漿加固土體、新建暗挖段施作超前支護(hù)、嚴(yán)格控制施工工藝、以監(jiān)測(cè)預(yù)警手段反饋施工的綜合控制措施；王聯(lián)平[3]以深圳地鐵7號(hào)線下穿既有地鐵4號(hào)線福民站為工程背景，研究了深孔注漿加固、回填及補(bǔ)償注漿等關(guān)鍵技術(shù)。李小雨等[4]總結(jié)了區(qū)間暗挖隧道下穿橋樁施工過程中建筑物的影響。 對(duì)于已有研究，由于暗挖隧道和既有結(jié)構(gòu)之間相互影響的情況比較復(fù)雜，且地質(zhì)情況、周圍環(huán)境以及施工特點(diǎn)差異很大，現(xiàn)有施工經(jīng)驗(yàn)不能夠直接運(yùn)用。本文依托廈門2號(hào)線東建區(qū)間暗挖隧道下穿外貿(mào)大廈為背景，對(duì)注漿量控制進(jìn)行了研究。

2 工程概況及注漿遇到的問題

2.1 工程概況

廈門市軌道交通2號(hào)線一期工程?hào)|渡路站～建業(yè)路站區(qū)間起止里程為YDK21+434.400～YDK22+436.341，共設(shè)兩個(gè)臨時(shí)豎井，2#施工豎井中心里程為YDK22+125.000，其中2#豎井～建業(yè)路站區(qū)間隧道出狐尾山后，向東轉(zhuǎn)入湖濱北路敷設(shè)，并下穿廈門外貿(mào)中心大廈裙樓。外貿(mào)中心大廈為25年以上建筑，裙樓基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)處于亞黏土層，承載力為250KPa，部分地下室為無梁樓蓋形式，大廈裙樓地下室距離隧道頂為11.12m，隧道施工對(duì)地表變形影響較大。

2.2 注漿過程出現(xiàn)的主要問題

隧道全斷面位于強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化凝灰熔巖地層，圍巖等級(jí)以Ⅴ級(jí)為主，地下水豐富，設(shè)計(jì)采用全斷面帷幕注漿加固。現(xiàn)場(chǎng)施工采用WSS工法后退式帷幕注漿加固土體，漿液為水泥-水玻璃雙液漿（250kg水泥配備雙液漿0.94m3，水玻璃水泥凝結(jié)速度23～25s），鉆機(jī)鉆孔至預(yù)定深度后開始后退注漿，當(dāng)采用最慢檔位注漿時(shí)，由于強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖層孔隙比較小，初始注漿壓力已達(dá)到2.0～2.2MPa，且大廈地下室監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)隆起和地面輕微開裂，地下室原有滲漏水量也變大，暫停現(xiàn)場(chǎng)注漿加固，經(jīng)分析，通過調(diào)整注漿終壓[3]來控制地表建筑隆起的方法不可取，然而，結(jié)合當(dāng)時(shí)土層特點(diǎn)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次壓漿試驗(yàn)和總結(jié)，研究了運(yùn)用每根注漿桿延米注漿量來控制注漿，根據(jù)地表建筑物監(jiān)測(cè)情況調(diào)整注漿量大小，保證建筑物的安全。

3 注漿控制關(guān)鍵技術(shù)

3.1 注漿原理

利用其液壓在地層中產(chǎn)生劈裂孔隙，改善地層的可注性，從而達(dá)到注漿加固的要求。在透水性差的土層注漿加固中，通過調(diào)整每個(gè)注漿孔的延米注漿量，改變劈裂孔隙的大小，從而改變漿液對(duì)土體的擠壓程度。多個(gè)注漿孔對(duì)土體擠壓效果的疊加效應(yīng)造成對(duì)隧道上方土體的擠壓和上抬，從而傳導(dǎo)到地表和地面構(gòu)筑物。

3.2 初始注漿試驗(yàn)階段

全新地層注漿加固時(shí)，土層的某些性質(zhì)，如孔隙比及滲透系數(shù)等可以從理論上把握，但在注漿加固方面的特性需通過初始注漿試驗(yàn)來獲取，有時(shí)需從第一個(gè)孔或者4-5m長(zhǎng)度的注漿加固過程總結(jié)出該地層的大概臨界延米注漿量，這是整個(gè)注漿加固控制的第一步，尤為關(guān)鍵，在這一試驗(yàn)階段注漿量和注漿速度不宜過大過快，應(yīng)該重點(diǎn)監(jiān)測(cè)和記錄每一處注漿點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)地面變形隆起情況，甄別出臨界延米注漿量。

3.3 注漿參數(shù)修正

初始注漿階段得出臨界延米注漿量后，需根據(jù)下一步的注漿過程及地表反應(yīng)進(jìn)一步確認(rèn)臨界延米注漿量的準(zhǔn)確性，且根據(jù)地表反饋的變形隆起情況進(jìn)一步修正該數(shù)據(jù)[5]，確定適應(yīng)該地層的臨界延米注漿量。后續(xù)注漿加固過程中，需對(duì)突變和異常情況進(jìn)行記錄，用于后期的總結(jié)和分析。

3.4 注漿過程記錄分析

注漿過程記錄和分析對(duì)比分兩種方式，即同一孔位不同深度記錄對(duì)比分析和不同孔位的記錄對(duì)比分析，在初始試驗(yàn)階段，前者記錄分析方式實(shí)用性相對(duì)強(qiáng)，而同一類型最終的數(shù)據(jù)總結(jié)分析可以選用第二種記錄分析方式。注漿孔位布置圖如圖1所示，注漿加固剖面圖如圖2所示，不同孔位單孔累計(jì)變化量統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

圖1 注漿孔位布置圖

圖2 注漿加固剖面圖

表1 不同孔位單孔累計(jì)變化量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3.5 注意事項(xiàng)

3.5.1 地表監(jiān)測(cè)與注漿同步

為避免地面和地表建筑物因注漿隆起而受到損壞[6]，注漿加固時(shí)需盡快找到與當(dāng)前加固地層匹配的臨界延米注漿量，因而，在注漿加固初始試驗(yàn)階段，需地表監(jiān)測(cè)與注漿基本保持實(shí)時(shí)同步，并重點(diǎn)監(jiān)測(cè)注漿點(diǎn)位置地面的5-6m范圍隆起變形情況，及時(shí)對(duì)變化情況進(jìn)行反饋，注漿作業(yè)面操作人員根據(jù)隆起變化同步調(diào)整注漿量，確保在最短的時(shí)間內(nèi)總結(jié)出臨界延米注漿量。地表測(cè)量監(jiān)測(cè)要杜絕全覆蓋撒網(wǎng)式監(jiān)測(cè)，因注漿的隆起反應(yīng)不會(huì)傳遞到很遠(yuǎn)的位置，且全覆蓋撒網(wǎng)式監(jiān)測(cè)會(huì)使測(cè)量周期變得很長(zhǎng)，而導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果和注漿不同步，使臨界延米注漿量產(chǎn)生較大誤差。注漿加固時(shí)地表監(jiān)測(cè)如圖3所示。

圖3 注漿加固時(shí)地表監(jiān)測(cè)

3.5.2 均勻回抽注漿

注漿時(shí)嚴(yán)格控制延米注漿量和提升幅度，每步不大于15-20cm，保證勻速回抽并觀察注漿參數(shù)變化情況。注漿孔開孔直徑不小于45mm，密切關(guān)注注漿量和注漿壓力，當(dāng)壓力突然上升或從孔壁、斷面砂層溢漿時(shí)，立即停止注漿，查明原因后采取調(diào)整注漿參數(shù)或移位等措施重新注漿。

3.5.3 雙液漿配比及調(diào)整

漿液有三種[7]，即A液（水玻璃）、B液（磷酸）、C液（水泥漿），A液先后與B液、C液通過二重管端頭的漿液混合器充分混合成AB液（水玻璃與磷酸混合液）、AC液（水玻璃與水泥漿混合液）。AB混合液中：水玻璃:磷酸（體積比）=1:1；AC混合液中：水玻璃:水泥漿（體積比）=1:1；水泥漿液水灰比：水:水泥（重量比）=1:1；水玻璃的凝結(jié)時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整原則：若注漿過程中地表隆起較快或出現(xiàn)冒漿情況，則先適當(dāng)調(diào)高AC混合液中的水玻璃量，以縮短凝結(jié)時(shí)間（調(diào)整至20s以內(nèi)即可），再適當(dāng)調(diào)高 AC 混合液中的水泥漿量，減小漿液的流竄距離來減慢隆起和變形。

3.5.4 注漿全過程動(dòng)態(tài)調(diào)控

下穿過程中，土層的性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，不同位置，不同深度對(duì)應(yīng)的加固注漿對(duì)地表的反應(yīng)也不盡相同[8]，所以地表的隆起變化量必須全程監(jiān)控測(cè)量，并根據(jù)反饋監(jiān)測(cè)的結(jié)果及時(shí)調(diào)整注漿參數(shù)，待確定當(dāng)前加固土層匹配的臨界延米注漿量后，后續(xù)注漿時(shí)需保持地表監(jiān)測(cè)與注漿實(shí)時(shí)同步，整個(gè)注漿過程基本處于“反饋-調(diào)整”動(dòng)態(tài)過程。

4 應(yīng)用效果

該技術(shù)成功應(yīng)用于廈門軌道交通2號(hào)線東建區(qū)間暗挖隧道下穿外貿(mào)大廈，通過采用該方法解決了淺埋隧道在孔隙比很小的密實(shí)土層中注漿加固時(shí)，地表及臨近建筑物隆起超限不容易精確控制的問題，避免了因隧道斷面注漿加固造成地面及臨近建構(gòu)物發(fā)生上抬和開裂的風(fēng)險(xiǎn)，提高了施工速度，保證了工期；該技術(shù)被公司指定為推薦使用技術(shù)，現(xiàn)已在其他項(xiàng)目推廣應(yīng)用。另外，與傳統(tǒng)運(yùn)用注漿壓力來控制注漿過程相比，采用延米注漿量更加精確，直觀，避免了因注漿導(dǎo)致地面發(fā)生較大隆起而影響地面建構(gòu)筑物安全的風(fēng)險(xiǎn)，確保了施工進(jìn)度，在保證注漿加固的效果前提下，水泥的消耗量定量化，避免了水泥漿的超注和浪費(fèi)，且間接地減少了建筑物維修和賠償?shù)馁M(fèi)用。

5 結(jié)束語

該注漿控制技術(shù)適用于淺埋暗挖隧道中孔隙比很小的密實(shí)土層或者淤泥層地層、且對(duì)地表或者隧道上方建筑物隆起變形控制十分嚴(yán)格的地層加固注漿施工。技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：

⑴ 精確控制。采用每根注漿桿延米注漿量這一指標(biāo)控制注漿，與傳統(tǒng)注漿壓力控制相比，可更加精確地控制地表及建筑物隆起變形，且經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，采用該控制方法，地表建筑物隆起變形在注漿加固前后變化量控制在0.6-1.0mm之內(nèi)。

⑵ 操作簡(jiǎn)單。采用注漿量來控制現(xiàn)場(chǎng)注漿加固施工，操作人員便于施工和調(diào)節(jié)控制注漿。

⑶ 安全性高。傳統(tǒng)技術(shù)依靠“注漿壓力”控制現(xiàn)場(chǎng)注漿施工，調(diào)整注漿壓力不能實(shí)現(xiàn)精確控制注漿加固過程，且對(duì)隆起量控制具有一定的滯后性，而該注漿方法可實(shí)現(xiàn)及時(shí)控制，安全可靠。