淺析盾構(gòu)穿越蘇撫鐵路時(shí)管片背后注漿技術(shù)

齊新成 高 照

摘要:在富水砂層地質(zhì)中,通過(guò)優(yōu)化施工工藝,合理選擇管片背后注漿的技術(shù)參數(shù),減小地表沉降量,保證盾構(gòu)穿越蘇撫鐵路時(shí)列車的行車安全,將鐵路處的沉降量控制在10mm范圍之內(nèi)。文章對(duì)盾構(gòu)穿越蘇撫鐵路時(shí)管片背后注漿技術(shù)的施工工藝和技術(shù)措施進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞:沉降量;盾構(gòu);背后注漿技術(shù);蘇撫鐵路

中圖分類號(hào):U459文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)22-0016-03

一、工程概況

沈陽(yáng)地鐵二號(hào)線一期土建工程第13合同段(會(huì)展中心站～世紀(jì)廣場(chǎng)站)區(qū)間盾構(gòu)隧道工程起點(diǎn)里程DK17+708.163,穿過(guò)渾河大街及蘇撫鐵路,至終點(diǎn)世紀(jì)廣場(chǎng)站,終點(diǎn)里程為DK18+912.395,區(qū)間線路全長(zhǎng)1204.232m。盾構(gòu)掘進(jìn)地層主要為粉質(zhì)粘土、中粗砂。根據(jù)地下水的賦存條件、水理性質(zhì)、水力性質(zhì)和含水層結(jié)構(gòu)特征,單井單位涌水量1816.67～3665.02m3/d·m,盾構(gòu)區(qū)段屬水量豐富區(qū)。

盾構(gòu)穿越富水砂層地質(zhì),砂性土透水性強(qiáng),容易出現(xiàn)涌水和流砂現(xiàn)象,從而引起開(kāi)挖面失穩(wěn)和地面下沉。在穿越局部含有礫卵石的中粗砂、礫砂層時(shí),容易出現(xiàn)由于被切削頭帶動(dòng)而擾動(dòng)地層造成的超挖和地面下沉。注漿過(guò)程中,由于管片背后的水量大,對(duì)注漿的難度增加很多,施工中如沒(méi)有控制好,容易造成管片背后填充不密實(shí),容易出現(xiàn)地表沉降和管片漏水。

盾構(gòu)穿越的主要地面建筑物為蘇撫鐵路。蘇撫鐵路分為上、下行兩條鐵道,24小時(shí)行走列車共23對(duì)(貨車和客車),車流非常密集。鐵路處于會(huì)～世區(qū)間里程為K18+123.395～K18+135.395 段內(nèi),右線排環(huán)在647環(huán)～657環(huán),該處隧道埋深為16.3米。

二、背后注漿主要施工工藝

(一)管片襯砌背后注漿目的

管片襯砌背后注漿是盾構(gòu)施工中的一項(xiàng)十分重要的工序,其目的主要有以下三個(gè)方面:

1.及時(shí)填充盾尾建筑空隙,支撐管片周圍巖體,有效地控制地表沉降。

2.凝結(jié)的漿液作為盾構(gòu)施工隧道的第一道防水屏障,增強(qiáng)隧道的防水能力。

3.為管片提供早期的穩(wěn)定并使管片與周圍土體一體化,有利于盾構(gòu)掘進(jìn)方向的控制,并能確保盾構(gòu)隧道的最終穩(wěn)定。

注漿工藝是實(shí)現(xiàn)注漿目的、保證地面建筑物、地下管線、盾尾密封及襯砌管片安全的重要一環(huán),因此必須嚴(yán)格控制,并依據(jù)地層特點(diǎn)及監(jiān)控量測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整各種參數(shù),確保注漿質(zhì)量和安全。

(二)管片背后注漿施工工藝流程圖

為了使環(huán)形間隙能較均勻地充填,并防止襯砌承受不均勻偏壓,同時(shí)對(duì)盾尾預(yù)置的4個(gè)注漿孔進(jìn)行壓注,在每個(gè)注漿孔出口設(shè)置分壓器,以便對(duì)各注漿孔的注漿壓力和注漿量進(jìn)行檢測(cè)與控制,從而獲得對(duì)管片背后的對(duì)稱均勻壓注。同步注漿施工工藝流程如圖1所示:

(三)二次補(bǔ)強(qiáng)注漿

同步注漿使盾尾建筑空隙得到及時(shí)填充,地層變形及地表沉降得到控制,在漿液凝固后,強(qiáng)度得到提高,但可能有局部不夠均勻或因漿液固結(jié)收縮產(chǎn)生空隙,因此為提高背襯注漿層的防水性及密實(shí)度,必要時(shí)再補(bǔ)充以二次補(bǔ)強(qiáng)注漿,進(jìn)一步填充空隙并形成密實(shí)的防水層,同時(shí)也達(dá)到加強(qiáng)隧道襯砌的目的。

二次補(bǔ)強(qiáng)注漿一般在管片與巖壁間的空隙充填密實(shí)性差而致使地表沉降得不到有效控制或管片襯砌出現(xiàn)較嚴(yán)重滲漏的情況下才實(shí)施。施工時(shí)采用地表沉降監(jiān)測(cè)信息反饋,結(jié)合洞內(nèi)超聲波探測(cè)管片襯砌背后有無(wú)空洞的方法,綜合判斷是否需要進(jìn)行二次補(bǔ)強(qiáng)注漿。

(四)主要參數(shù)

1.注漿壓力。同步注漿時(shí)要求在地層中的漿液壓力大于該點(diǎn)的靜止水壓力及土壓力之和,做到盡量填補(bǔ)同時(shí)又不產(chǎn)生劈裂。注漿壓力過(guò)大,管片周圍土層將會(huì)被漿液擾動(dòng)而造成后期地層沉降及隧道本身的沉降,并易造成跑漿;而注漿壓力過(guò)小,漿液填充速度過(guò)慢,填充不充足,會(huì)使地表變形增大,本標(biāo)段即0.2～0.5MPa,二次注漿壓力為0.3～0.6MPa。

2.注漿量。同步注漿量理論上是充填盾尾建筑空隙,但同時(shí)要考慮盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中的糾編、漿液滲透(與地質(zhì)情況有關(guān))及注漿材料固結(jié)收縮等因素。注漿量采用下式進(jìn)行計(jì)算:

Q=Vλ

式中:Q——注漿量(m3)

λ——注漿率(取1.2～1.8,曲線地段及②3b地層段取較大值,其它地段根據(jù)實(shí)際情況選定);

V——盾尾建筑空隙(m3);

V=π(D2-d2)L/4

式中:D——盾構(gòu)切削土體直徑(即刀盤直徑6.27m);

d——管片外徑(6m);

L——管片寬度(1.2m);

V=π[(6.272-6.02)×1.2÷4=3.14m3。

根據(jù)本標(biāo)段的地質(zhì)及線路情況,注漿量一般為理論注漿量的1.2～1.8倍,并應(yīng)通過(guò)地面變形觀測(cè)來(lái)調(diào)節(jié)。二次補(bǔ)強(qiáng)漿量根據(jù)地質(zhì)情況及注漿記錄情況,分析注漿效果,結(jié)合監(jiān)測(cè)情況,由注漿壓力控制。

3.注漿速度及時(shí)間。注漿速度結(jié)合注漿泵性能及單環(huán)注漿量綜合確定,應(yīng)與掘進(jìn)速度相適應(yīng),如注漿過(guò)快易造成盾尾漏漿,如注漿過(guò)慢則注漿充填效果不易達(dá)到。盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)開(kāi)始注漿,推進(jìn)完畢注漿結(jié)束。

4.注漿順序。同步注漿通過(guò)盾尾預(yù)留注漿孔在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的同時(shí)壓注,在每個(gè)注漿孔出口設(shè)置壓力傳感器,以便對(duì)各注漿孔的注漿壓力和注漿量進(jìn)行檢測(cè)與控制,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)管片背后的對(duì)稱均勻壓注。為防止注漿使管片受力不均產(chǎn)生偏壓導(dǎo)致管片錯(cuò)位造成錯(cuò)臺(tái)及坡?lián)p,同步注漿時(shí)必須對(duì)稱均勻的注入。補(bǔ)強(qiáng)注漿應(yīng)先壓注可能存在較大空隙的一側(cè)。

5.同步注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)及注漿效果檢查。(1)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)以注漿壓力與注漿量進(jìn)行雙重控制,正常情況下要求每環(huán)注漿量不得小于5.2m3,以下情況應(yīng)例外:1)在砂土地層,注漿壓力很小而注漿量較大時(shí),增加注漿量直至注漿壓力達(dá)到注漿壓力的下限;2)盾構(gòu)機(jī)位于曲線段,考慮超挖,適當(dāng)增加注漿量;3)自穩(wěn)能力差的粘土地層,注漿量很小而注漿壓力較大時(shí),可能是由于盾殼周圍巖土發(fā)生坍塌,影響了漿液的流動(dòng)。在注漿壓力達(dá)到注漿壓力的上限時(shí)停止注漿,隨后應(yīng)進(jìn)行二次補(bǔ)強(qiáng)注漿。(2)根據(jù)監(jiān)測(cè)情況判斷是否需要繼續(xù)注漿。注漿效果檢查主要采用分析法,即根據(jù)P-Q-t曲線,結(jié)合洞內(nèi)超聲波探測(cè)管片襯砌背后有無(wú)空洞、地表及周圍建筑物變形監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合分析判斷,對(duì)未滿足要求的,及時(shí)進(jìn)行二次補(bǔ)強(qiáng)注漿。

三、盾構(gòu)穿越蘇撫鐵路時(shí)管片背后注漿的技術(shù)措施

(一)同步注漿壓力及漿液組成

由于管片背后的水量大,容易造成管片背后填充不密實(shí)。將同步注漿壓力調(diào)整為規(guī)范底線0.2MPa,并在漿液中適度增加微膨脹劑,減少同步注漿漿液凝固后的收縮。注漿壓力設(shè)定在0.2MPa,則每環(huán)的注漿量達(dá)到5.1～5.2m3,達(dá)到設(shè)計(jì)的162%。

同步注漿的漿液組成成份、理論配合比見(jiàn)下表:

(二)二次注漿壓力及漿液組成

前期施工時(shí),二次注漿的漿液為單液漿,組成成分為水泥、水。在注漿后,該單液漿初凝速度較慢,受地下水影響,流失較多。因此,在盾構(gòu)穿越蘇撫鐵路時(shí),采用雙液漿,很好的固結(jié)同步注漿漿液,減少二次注漿漿液的流失。實(shí)行在同步注漿24小時(shí)后立即進(jìn)行二次注漿。

前、后二次注漿的漿液組成成份、理論配合比對(duì)比見(jiàn)下表:

四、盾構(gòu)穿越蘇撫鐵路時(shí)監(jiān)測(cè)措施

右線區(qū)間盾構(gòu)于2008年11月3日順利穿越蘇撫鐵路。在該里程范圍內(nèi)共設(shè)了3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,每個(gè)斷面設(shè)7個(gè)觀測(cè)點(diǎn),監(jiān)測(cè)頻率為1次/2小時(shí),直到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定。地表累計(jì)沉降量最大的斷面觀測(cè)趨勢(shì)圖如圖2所示:

說(shuō)明:觀測(cè)每日為累積沉降數(shù)據(jù),單位以mm計(jì)。

五、結(jié)論

根據(jù)趨勢(shì)圖1的數(shù)據(jù)顯示,盾構(gòu)穿越蘇撫鐵路時(shí)的累計(jì)沉降量最大值為4.13mm。沈陽(yáng)這種富水砂層中采用盾構(gòu)法施工,通過(guò)優(yōu)化施工工藝,合理選擇管片背后注漿的技術(shù)參數(shù),減小了地表沉降量,沉降量控制在設(shè)計(jì)的10mm范圍之內(nèi),保證了鐵路的行車安全。沈陽(yáng)地鐵二號(hào)線13標(biāo)工程通過(guò)科學(xué)研究,順利、快速完成會(huì)～世區(qū)間的掘進(jìn),施工質(zhì)量?jī)?yōu)良,監(jiān)測(cè)信息準(zhǔn)確,數(shù)據(jù)分析科學(xué)及時(shí),2008年12月8日實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)雙線隧道貫通。通過(guò)本次研究,取得以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn):

1.盾構(gòu)在同步注漿后,在合適的時(shí)間使用雙液漿進(jìn)行二次注漿是完全有必要的,既能快速的固化壁后注漿的漿液,填充空隙,又能很好的起到防水作用,而且可避免管片的蛇行運(yùn)動(dòng),促進(jìn)管片的快速穩(wěn)定。因此,必須根據(jù)地面沉降數(shù)據(jù)作好洞內(nèi)二次注漿準(zhǔn)備。每塊管片上均有1個(gè)注漿孔,可以根據(jù)監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行注漿,控制地表沉降。

2.針對(duì)地質(zhì)的特殊性,需要制定一定的特殊措施,及時(shí)解決相應(yīng)問(wèn)題。若不考慮地質(zhì)的特殊性,死搬硬套,很多問(wèn)題就會(huì)出現(xiàn),甚至負(fù)面影響巨大。

3.盾構(gòu)穿越鐵路施工時(shí),不能只靠控制沉降來(lái)確保行車安全,在穿越鐵路之前,通過(guò)走訪調(diào)查鐵道養(yǎng)護(hù)工人了解該處的前期地表狀況、對(duì)盾構(gòu)機(jī)所有設(shè)備進(jìn)行檢修、在施工過(guò)程中跟蹤注漿情況、在地面進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)等都是必須的,絕不能麻痹大意。

4.同步注漿要做到真正的與掘進(jìn)同時(shí),嚴(yán)禁在沒(méi)有同步注漿的情況下掘進(jìn)。同步注漿漿液配比不僅要有一定的強(qiáng)度,并且凝結(jié)時(shí)間需控制在5～6小時(shí)。同步注漿的量控制在理論注漿量的1.5～1.8倍,同步注漿壓力控制比地層水土壓力大0.01～0.02MPa。

參考文獻(xiàn)

[1]周文波.盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2004.

[2]地盤工學(xué)會(huì)著,牛清山,等譯.盾構(gòu)法的調(diào)查·設(shè)計(jì)·施工[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2007.

[3]地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范(GB50299-1999)[S].

作者簡(jiǎn)介:齊新成(1966-),男,江西婺源人,中國(guó)中鐵四局集團(tuán)第五工程有限公司工程師,研究方向:土木建筑工程。