城鎮地鐵下穿老舊建筑沉降控制技術

阮 超

(中鐵十四局集團第五工程有限公司,山東 濟寧 272117)

1 工程概況及背景

為方便施工，節約工期，設計利用原有風道作為施工通道，風道進洞后，經19 m直線段后轉直角彎，下穿地表后堡房屋區。房屋區多為20世紀80年代修建的老舊建筑物，基礎為條形板式基礎，埋深2.5 m；受開挖擾動，房屋區地層易發生不均勻沉降，進而會導致房屋開裂。因此密集房屋區的沉降控制工作非常重要。

2 現場監測及分析

2.1 沉降情況

經第三方評估單位數值模擬計算，當累計沉降量達到27.5 mm時,房屋可能會開裂。為了保證地表房屋區的安全，在地表房屋區設置若干監測點。其中，風道下穿房屋監測點如圖1所示。

圖1 監測點平面布置簡圖

風道施工至房屋區下方以后，房屋監測點(JGC-11-4點)開始出現沉降。盡管及時采取了超前和回填注漿加固措施，但隨著施工的繼續進行，該點沉降仍以0.5～1.3 mm/d的速率遞增；風道施工至11 m(穿過房屋基礎2 m)時，累計沉降量達到10.64 mm，沉降情況如圖1所示。

2.2 原因分析

監測點沉降曲線見表1。

表1 監測點沉降曲線 單位：mm

1)風道穿過房屋一角，埋深14 m，拱頂距房屋基礎11.5 m，埋深淺荷載大；加之施工擾動，使得地層容易產生不均勻沉降，使房屋受拉變形。

2)車站穿越的巖層主要為砂巖和砂質泥巖，且巖層傾角較平緩；風道拱部主要沿砂、泥巖界面延伸；在施工過程中，拱部圍巖的容易發生砂、泥巖脫落現象，造成超挖，進而導致地層土體損失，使地表發生沉降。

3)根據洞內監測數據，洞內變形量不大，分析地表沉降的原因是施工擾動和初期支護的收斂變形影響。

在圈定的注漿加固范圍之內，以1×1m的間距對注漿孔進行布置，呈梅花形布置。孔位布置完成后，監理工程師應對其進行檢查，確認無誤后進入下一道工序。

3 加固處理方案

3.1 地表加固方案

由于地表房屋區建筑物密集，作業空間小，無法全面展開房屋區的加固工作；加之加固的范圍較小，控制作用有限，直接對地表房屋區基礎進行加固工作的方案難以實現。

在參考以往施工經驗的基礎上，研究決定實施在豎井上方布設管棚及注漿管，對整個房屋區基礎進行加固的方案。具體操作為：在通道上方，向房屋區基礎下部土體打入兩排長管棚，然后進行注漿作業。這種方案的優點有：一方面，通過注漿加固了房屋區基礎下方受擾動的土體，有效控制現有沉降；另一方面，通過管棚的棚架作用，加固和提升了房屋區基礎地層的剛度，有效控制后續施工引發的繼續沉降。

3.1.1 管棚施工

1)管棚參數。為有效發揮棚架的作用，管棚覆蓋整個房屋基礎底層。管棚采用的鋼管直徑為89 mm，壁厚為5 mm，長度25 m；一共設置兩排，自上而下梅花形布置；第一排布設于地下4 m，第二排布設于地下3 m，如圖2所示。

圖2 管棚布置和鉆孔順序圖

2)成孔方法。鉆孔作業主要采用XY-2型管棚鉆機。具體工作實施如下：先使用陀螺儀確定鉆孔仰角，鉆直徑為130 mm的孔；然后安裝直徑為89 mm鋼管，每節鋼管長3 m，兩節鋼管之間用絲扣連接。

3.1.2 管棚注漿施工

1)注漿管加工。先用壁厚5 mm、直徑89 mm的鋼管加工成花管，然后接直徑42 mm變徑鋼管。加工形式如圖3所示。

圖3 注漿管加工示意圖

2)水泥漿。水泥漿的水灰比為0.8∶ 1～0.6∶ 1。在施工過程中，先稀后稠，根據注漿量和注漿壓力適時調整水灰比。

3)注漿量。注漿量根據式(1)確定。

Q=ηαA

(1)

式中,η為地層加固孔隙率，%；α為填充率，%；A為地層加固的體積。

本文工程中，房屋區地基土層主要是黏土，地層加固孔隙率η為60%，填充率α為30%，擴散半徑為0.5 m，總注漿量4 m3。

4)注漿管封口。管棚施工過程中，鉆孔直徑為130 mm。為了使注漿起到有效作用，保證管口不漏漿，需要進行注漿管封口。為達到理想的封口效果，口端3 m不打孔，在距口端2.8 m的位置處焊接直徑為130 mm的鋼板，鋼管從鋼板中間穿過，如圖4所示;在鋼管上方設置直徑為4 mm的排氣管；鋼管安裝完成后，先用麻絲和水泥漿堵塞鋼板與鉆孔間的縫隙，然后從鋼板處壓注水泥砂漿，堵塞注漿管與孔壁之間的空隙；最后在風道的襯砌處用C20的細石混凝土做封堵墻封堵。

圖4 鋼板開孔加工示意圖

5)作業順序。為節約工期，鉆孔和注漿平行業。為避免管棚串漿，注漿作業按照先外圍后內部、跳孔間隔的注漿順序進行。第一排施工完成以后再進行第二排施工。

6)注意事項。注漿過程中，注意排氣。在開始時，把泄氣閥門打開，直到連續冒漿后，再關閉閥門，進行封閉注漿。

在注漿過程中加強地表觀察，加強對地表和洞內的監測，根據監測數據的變化情況，動態控制注漿壓力，并對注漿量進行了控制，防止漿液流失。發現異常時，停止注漿并分析原因。

3.2 洞內加固方案

為了控制風道隧洞初期支護的收斂變形和底層受擾動的松動變形，根據施工經驗，對風道隧洞采取徑向和系統錨管注漿加固方案。在開挖地段的拱部和側墻部位，沿開挖面垂直方向徑向打入直徑42 mm，長度6 m的注漿導管；導管呈梅花型布置，間距1 m×1 m，然后進行高標號水泥漿注漿工作。

為有效控制后續施工引起的沉降，保證后續施工的順利進行，對風道隧洞的后續開挖采用超前導管注漿加固方案，每2 m施作一環，環間距為0.2 m,每根導管長2 m;同時在施工過程中，縮短開挖支護時間，及時注漿加固土層，控制超挖，控制沉降。

4 加固結果

注漿加固過程中，單孔最大注漿量4.3 m3，平均注漿量3.6 m3，實際注漿量與預期設計相一致。在地表和洞內加固作業實施完成后，對地表和隧洞進行監測，監測結果顯示監測點JGC-11-4沒有繼續沉降，其余各監測點的沉降也得到了有效控制，說明加固作業作用明顯。在風道后續的施工過程中，各監測點的沉降速率沒有再出現報警的情況；至風道施工通過房屋區為止，各監測點位的累計沉降量都在可控范圍，累計沉降量最大值僅有17 mm，現場巡查也未發現細微裂縫，房屋安全狀況良好。加固方案的實施有效增強了地層的剛度，有效控制了地表沉降，保證了施工的順利進行。

5 結束語

管棚注漿加固技術具有工藝簡單、價格低廉、加固范圍廣等優點，地表注漿對因施工而受到擾動的土體起了加固作用，而洞內的注漿則對初期支護產生的變形起了加固作用；在雙重作用下，有效提高了土層的剛度，進而使得體層的整體穩定性得以提升，從而控制了房屋區的沉降量。

南濱路車站工程采用這種技術進行施工加固，有效控制了沉降，使得下穿回填土密集房屋區的淺埋隧道施工順利完成，有效保證了房屋區建筑物的安全，為后續的地鐵施工提供了條件,為類似工程的施工提供了借鑒和參考。

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