微擾動雙液注漿糾偏技術(shù)在南京地鐵盾構(gòu)隧道病害治理中的應(yīng)用

高 永

(南京地鐵資源開發(fā)有限責(zé)任公司，210012，南京∥工程師)

南京河西地區(qū)軟土地層分布較廣，地鐵隧道多數(shù)采用盾構(gòu)法施工。盾構(gòu)隧道因自身多縫的特點(diǎn)，很容易發(fā)生滲漏和不均勻變形［1-3］，同時(shí)在沿線周邊物業(yè)開發(fā)下，若發(fā)生嚴(yán)重的變形，將直接影響地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全及運(yùn)營安全。上海地鐵運(yùn)用微擾動雙液注漿技術(shù)對隧道保護(hù)及不均勻沉降治理已經(jīng)取得了成功經(jīng)驗(yàn)［4-7］，近幾年針對隧道糾偏也取得了成功案例。然而，因南京地鐵盾構(gòu)隧道采用錯(cuò)縫拼裝，不同于上海地鐵盾構(gòu)隧道的通縫拼裝，且南京地質(zhì)條件更為復(fù)雜、隧道埋設(shè)更深，故該技術(shù)是否適用南京地鐵隧道的糾偏，尚缺乏相應(yīng)的施工技術(shù)參數(shù)。本文通過對試驗(yàn)段的成果分析，討論微擾動雙液注漿技術(shù)是否適應(yīng)南京地鐵錯(cuò)縫拼裝的盾構(gòu)隧道，并對施工參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，希望該技術(shù)能為今后南京地鐵盾構(gòu)隧道的病害治理發(fā)揮作用。

1 項(xiàng)目背景

南京河西地區(qū)某物業(yè)開發(fā)項(xiàng)目被地鐵運(yùn)營線路(該段地鐵隧道為曲線段，最小曲線半徑375 m)及地面河道分割成4 個(gè)區(qū)域，見圖1。9 萬m2的地面密集開發(fā)10 幢超高層建筑，建筑高度為100～200 m;地下設(shè)滿堂4 層地下室，最大開挖深度達(dá)22.75 m，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)采用“兩墻合一”，即地下連續(xù)墻作為基坑圍護(hù)體。地下連續(xù)墻厚度為1.0～1.2 m(臨近地鐵側(cè)為1.2 m)，深度約65 m，且切入中風(fēng)化巖層不少于1.0 m，以切斷坑內(nèi)外水力聯(lián)系;基坑內(nèi)部設(shè)5 層鋼筋混凝土支撐，為增加地鐵側(cè)被動區(qū)土體抗力，對地鐵側(cè)的地下連接墻內(nèi)外采用φ850 mm@1 200 mm 三軸水泥土攪拌樁加固，坑內(nèi)加固體厚度為8.65 m，坑外加固體厚度為2.65 m。

1.1 地質(zhì)概況

已運(yùn)營的地鐵隧道主要穿過全新世沉積土地層，其中②-3d2-3 層為粉細(xì)砂，②-3c2-3 層為粉土，②-3b3-4 層、②-2b4 層為流塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土地層。②-2b4 層、②-3b3-4 層的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土含有機(jī)質(zhì)及少許腐植質(zhì)，且具有高含水量、高壓縮性、大孔隙比、低強(qiáng)度等特點(diǎn)，易產(chǎn)生土體流動及開挖面失穩(wěn)等現(xiàn)象。隧道通過區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定，無斷層通過，屬基本穩(wěn)定場地;地下水上部屬孔隙潛水，深部砂層中的地下水具一定的承壓性。

圖1 南京河西地區(qū)某物業(yè)開發(fā)項(xiàng)目平面圖

1.2 地鐵隧道結(jié)構(gòu)病害概況

該項(xiàng)目段上下行盾構(gòu)隧道共有幾十環(huán)出現(xiàn)滲漏點(diǎn)，主要出現(xiàn)在盾構(gòu)隧道兩腰部的環(huán)縱縫處，偶有頂部滴漏。除個(gè)別環(huán)外，滲漏量總體相對不大，未出現(xiàn)夾帶泥沙的情況，后經(jīng)封堵后，滲漏明顯改善。上行485 環(huán)～590 環(huán)、下行 510 環(huán)～585 環(huán)隧道封頂塊連接管片形成了連續(xù)裂縫，最多處1 環(huán)內(nèi)存在8 條縱向貫通裂縫。物業(yè)開發(fā)項(xiàng)目施工過程中，共發(fā)現(xiàn)12塊管片出現(xiàn)破損，其中拱頂4 塊、腰部8 塊，崩角主要為壓損性破損;物業(yè)開發(fā)項(xiàng)目Ⅰ區(qū)基坑土方開挖期間，地鐵道床與管片剝離發(fā)展較迅速，剝離段連續(xù)長度約400 m，最寬處達(dá)到35 mm，下行較上行嚴(yán)重，道床底部有一定的脫空量，約在5 mm 左右。

2013年10月底，地鐵隧道的最大附加沉降，上行線達(dá)60.6 mm，下行線達(dá)60.0 mm，上下行線隧道豎向附加變形曲率半徑均高于15 000 m。2013年10月底，物業(yè)開發(fā)項(xiàng)目段的隧道收斂，上行線最大達(dá)93.1 mm(相對于標(biāo)準(zhǔn)圓)，下行線最大達(dá)86.9 mm，上下行線隧道收斂有95 環(huán)超8 cm(詳細(xì)分布詳見圖1 地鐵隧道黑色背景標(biāo)記環(huán))，136 環(huán)在7～8 cm 之間，收斂超0.5%D(D 為地鐵隧道外直徑)的比例達(dá)52.9%。因地鐵隧道橫向變形，已造成接觸網(wǎng)高度調(diào)整余量僅剩余22.7 mm。

2 微擾動雙液注漿

2013年10月底，物業(yè)開發(fā)項(xiàng)目Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)基坑的地下結(jié)構(gòu)已基本施工完成，Ⅲ區(qū)基坑仍處于土方開挖階段，第3 層鋼筋混凝土支撐尚未形成閉合體系。Ⅲ區(qū)基坑后續(xù)開挖必須進(jìn)行坑內(nèi)降水，但前期施工經(jīng)驗(yàn)表明，坑內(nèi)降水對地鐵隧道變形影響較為顯著，如何保證運(yùn)營隧道的結(jié)構(gòu)安全與運(yùn)營安全，是困擾物業(yè)開發(fā)項(xiàng)目建設(shè)單位與地鐵經(jīng)營單位的現(xiàn)實(shí)問題。于是已經(jīng)在上海地鐵隧道糾偏中取得成功的微擾動雙液(水泥漿、水玻璃)注漿技術(shù)被引入項(xiàng)目中。考慮到上海地鐵隧道拼裝方式、地質(zhì)、覆土埋深與南京地鐵存在較大差異，且施工缺少試驗(yàn)參數(shù)。為檢驗(yàn)該技術(shù)運(yùn)用于該項(xiàng)目的可行性，同時(shí)也避免注漿施工因缺少實(shí)地施工參數(shù)而造成地鐵隧道收斂進(jìn)一步擴(kuò)大的風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際施工進(jìn)度及場地位置，選擇既有地鐵隧道收斂在7～8 cm 之間的580～587 環(huán)作為本次試驗(yàn)段，并于2013年10月30日至11月10日進(jìn)行了試驗(yàn)段的注漿施工。

2.1 微擾動雙液注漿施工工藝

在地鐵隧道外的土層打設(shè)注漿管至設(shè)計(jì)要求的深度，再進(jìn)行“微擾動”注漿加固。其單孔注漿工藝如圖2所示。

圖2 單孔注漿工藝流程圖

1)放樣:實(shí)測每環(huán)隧道兩側(cè)內(nèi)壁坐標(biāo)及拱頂高程，并將實(shí)測成果放樣至地面，以確保每一孔位及覆土深度的精確性。

2)鉆取導(dǎo)孔:用專業(yè)設(shè)備鉆取注漿導(dǎo)孔，鉆孔深度至隧道頂部位置。

3)安裝套管:注漿導(dǎo)孔鉆孔完成后，放置套管以防塌孔、方便注漿管的打設(shè)。

4)打設(shè)注漿管:用專用設(shè)備將注漿管打設(shè)至隧道底部標(biāo)高位置。

5)連接注漿管路:通過注漿管路將注漿泵、流量儀、混合器與注漿管等連接，開回流檢查注漿管路是否通暢。

6)配制漿液:用拌漿裝置按水灰比0.6～0.7拌制水泥漿。

7)邊注漿、邊拔注漿管:采用雙泵雙液注漿方法進(jìn)行“微擾動”注漿，利用專用拔管設(shè)備邊注漿邊拔注漿管，緩慢地連續(xù)均勻地進(jìn)行，拔管速度與注漿流量、注漿單節(jié)高度、注漿量相匹配約為每30 s 拔5 cm(根據(jù)實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)以調(diào)整拔注漿管提升速度)。

8)拔除注漿管:按要求完成注漿，注漿管停滯10 min 左右，待漿液初凝后，利用專用拔管設(shè)備將注漿管全部拔出，單次注漿完成。

2.2 施工的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)

上海通縫拼裝盾構(gòu)隧道施工的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)如下:

1)注漿范圍:隧道底部標(biāo)高以上5.2 m 范圍。

2)注漿壓力:注漿壓力根據(jù)實(shí)際監(jiān)測情況確定。

3)注漿流量:水泥漿泵流量為14～16 L/min;水玻璃泵流量為5～10 L/min。

4)注漿孔布置:按隧道兩側(cè) 3.0 m、3.6 m、4.2 m 布置，并根據(jù)施工監(jiān)測情況調(diào)整。

5)注漿順序:①同一排內(nèi)按照做1 跳5～10 環(huán)施工;②相鄰孔注漿間隔不少于2 d。應(yīng)根據(jù)監(jiān)測情況即時(shí)調(diào)整。

6)注漿拔管:由下而上均勻拔管，每30 s 拔5 cm(可根據(jù)實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整拔管提升速度);注漿量為每孔1 100 L 左右漿液。

7)雙液參數(shù):A液為水灰比0.6～0.7的拌制水泥漿，水泥采用 PO 42.5 級;B 液為 35°Be'中性水玻璃，模數(shù)為 2.85。A 液與 B 液的體積比為(2～3)∶1。

8)注漿終止條件:①注漿量達(dá)到每次注漿的要求;②單次注漿管片變形接近或達(dá)到允許值。預(yù)警值為≥3 mm，變形值為5 mm 則停止注漿。

2.3 南京地鐵試驗(yàn)成果

2013年10月30日至11月10日，本次南京地鐵試驗(yàn)段共完成20 個(gè)注漿孔，其中583、587 環(huán)注漿4 孔，其余各環(huán)均注漿2 孔。注漿孔剖面圖見圖3，注漿施工及監(jiān)測成果記錄見表1。

圖3 南京地鐵試驗(yàn)段注漿孔剖面圖

表1 注漿施工及監(jiān)測成果記錄

2.3.1 注漿效果

南京地鐵試驗(yàn)段在微擾動雙液注漿過程中，因注漿壓力辟裂注漿孔周圍土體，對隧道形成一個(gè)定向推力，迫使隧道發(fā)生回縮;但注漿結(jié)束后，由于注漿形成的復(fù)合土體側(cè)向強(qiáng)度較低，不能完全抵抗隧道收斂擴(kuò)張變形，使注漿形成的隧道回縮量出現(xiàn)回彈。從圖4 可以明顯看出，試驗(yàn)段的地鐵隧道表現(xiàn)出明顯的糾偏及回彈兩個(gè)階段。

1)糾偏階段:歷時(shí) 12 d 的注漿，580～587 環(huán)隧道糾偏量達(dá) 15.2～21.2 mm，且糾偏量在兩側(cè) 10 環(huán)范圍內(nèi)逐漸衰減，糾偏效果較為明顯。

2)回彈階段:注漿結(jié)束后，試驗(yàn)段及兩側(cè)影響范圍內(nèi)隧道收斂出現(xiàn)明顯的反彈，約20 d 回彈變形基本穩(wěn)定(考慮到兩側(cè)基坑仍在施工，隧道變形僅能達(dá)到相對穩(wěn)定狀態(tài))，其中前10 d 回彈量約為總回彈量的80%，總回彈量約為回縮量的29%。

圖4 南京地鐵試驗(yàn)段隧道收斂監(jiān)測成果

2.3.2 注漿范圍

根據(jù)上海地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，注漿范圍為隧道底標(biāo)高以上5.2 m。南京地鐵試驗(yàn)段由于放樣失誤導(dǎo)致覆土厚度偏小2.7 m，造成 10月30日至 11月6日施工的14 個(gè)孔注漿深度有誤，實(shí)際注漿深度在隧道底標(biāo)高以上2.7 m，應(yīng)注漿區(qū)域未進(jìn)行注漿，隧道頂標(biāo)高以上不應(yīng)該注漿區(qū)域卻進(jìn)行了注漿。監(jiān)測數(shù)據(jù)反應(yīng)覆土厚度錯(cuò)誤的注漿段(10月30日至11月6日)，每孔注漿基本都是前半時(shí)段隧道糾偏明顯，后半時(shí)段注漿隧道糾偏基本無效果;覆土厚度修正后的注漿段(11月7日至11月10日)，每孔注漿全時(shí)段內(nèi)隧道糾偏較為明顯，詳見圖5。

圖5 不同監(jiān)測點(diǎn)的單孔注漿時(shí)效圖

此外，11月1日與11月5日，注漿孔影響范圍內(nèi)的盾構(gòu)隧道拱頂管片出現(xiàn)崩角、腰部出現(xiàn)滲漏的結(jié)構(gòu)性病害，其主要原因?yàn)樗淼拦绊斏戏降淖{造成。結(jié)合南京地鐵試驗(yàn)段隧道收斂監(jiān)測結(jié)果與隧道結(jié)構(gòu)病害巡視結(jié)果，為避免注漿對隧道結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步損傷，在后期注漿施工時(shí)，注漿范圍應(yīng)選用上海的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。

2.3.3 注漿孔布置

南京地鐵試驗(yàn)段設(shè)計(jì)了離隧道兩側(cè)凈距為3.0 m 與3.6 m 兩種注漿孔布置(見圖3)。選擇11月7日至11月10 試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究(此階段覆土厚度正確)，在選取上海經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的前提下，11月7日僅在距離隧道凈距3.0 m 處進(jìn)行注漿試驗(yàn)，從隧道底向上只注漿4.2 m 范圍(標(biāo)準(zhǔn)注漿范圍為從隧道底向上5.2 m)時(shí)當(dāng)日回縮量已經(jīng)達(dá)到了5.6 mm;后續(xù)注漿試驗(yàn)將注漿孔調(diào)整至離隧道側(cè)凈距為3.6 m，則后續(xù)注漿過程數(shù)據(jù)變化就較為平緩，注漿效果良好。后期施工時(shí)應(yīng)優(yōu)先在離隧道側(cè)凈距為3.6 m處進(jìn)行注漿，注漿量按常規(guī)進(jìn)行，然后根據(jù)注漿效果和回彈情況確定后續(xù)施工是否在離隧道側(cè)凈距為3.0 m 或 4.2 m 處再進(jìn)行注漿。

2.3.4 注漿順序

11月7日單孔注漿試驗(yàn)數(shù)據(jù)(詳見圖6)表明，微擾動注漿不只對施工對應(yīng)環(huán)的隧道有影響，對應(yīng)環(huán)相鄰5 環(huán)的隧道都有較明顯的糾偏效果。后期注漿施工時(shí)，為了更好地協(xié)調(diào)各環(huán)隧道糾偏效果，避免局部隧道環(huán)片的糾偏較大，造成隧道結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步損傷，應(yīng)根據(jù)單孔注漿影響前后5 環(huán)的試驗(yàn)成果，同一排內(nèi)按照做1 環(huán)跳不低于5 環(huán)進(jìn)行施工。

11月1日對580 環(huán)兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行注漿時(shí)，造成隧道內(nèi)578 環(huán)、582 環(huán)拱頂封頂塊出現(xiàn)崩角現(xiàn)象，正式施工時(shí)，應(yīng)避免對一環(huán)隧道兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行注漿。

2.3.5 注漿終止條件

南京地鐵盾構(gòu)隧道采用錯(cuò)縫拼裝，隧道剛度要明顯大于上海地鐵通縫盾構(gòu)隧道，其優(yōu)點(diǎn)是抗變形能力較強(qiáng)，但伴隨的缺點(diǎn)是變形釋放能力較低，微小的變形都有可能造成隧道內(nèi)部應(yīng)力的激增。后期注漿施工時(shí)，在參考上海經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的基礎(chǔ)上，若注漿孔影響范圍內(nèi)的隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)病害，應(yīng)立即終止注漿，以確保隧道結(jié)構(gòu)不會出現(xiàn)進(jìn)一步的損傷。

圖6 試驗(yàn)段某單孔注漿時(shí)隧道收斂監(jiān)測成果

3 結(jié)論

通過南京地鐵試驗(yàn)段注漿結(jié)果分析，在選用上海經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的前提下，隧道糾偏效果顯著，可得出結(jié)論如下:

1)微擾動雙液注漿技術(shù)適用于南京地鐵錯(cuò)縫拼裝的盾構(gòu)隧道糾偏。

2)雙液漿參數(shù)、注漿范圍、單孔注漿量、注漿流量、拔管時(shí)機(jī)與速度等的上海經(jīng)驗(yàn)參數(shù)可運(yùn)用于南京地鐵隧道糾偏。

3)南京地區(qū)注漿孔與隧道的較合適凈距為3.6 m，不宜選用3 m 凈距的注漿孔布置。

4)南京地區(qū)注漿順序宜為做1 換跳不低于5 環(huán)，且應(yīng)避免對一環(huán)隧道同時(shí)進(jìn)行注漿。

5)南京地鐵錯(cuò)縫拼裝的盾構(gòu)隧道剛度較大，注漿終止條件在上海經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的基礎(chǔ)上，尚需結(jié)合隧道結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)新增病害，若出現(xiàn)新增病害則應(yīng)終止注漿。

［1］王如路.上海軟土地鐵隧道變形影響因素及變形特征分析［J］.地下工程與隧道，2009(1):1.

［2］王如路，劉建航.上海地鐵監(jiān)護(hù)實(shí)踐［J］.地下工程與隧道，2004(1):27.

［3］劉建航，侯學(xué)淵.盾構(gòu)法隧道［M］.北京:中國鐵道出版社，1991.

［4］劉建航，王如璐，汪小兵.上海軌交運(yùn)營隧道檢修制度和沉降治理技術(shù)難題對策［J］.地下工程與隧道，2013(1):1.

［5］吳小建.基于隧道保護(hù)的微擾動加固技術(shù)［J］.建筑施工，2011(1):4.

［6］溫鎖林.運(yùn)營地鐵隧道上方基坑施工技術(shù)及保護(hù)措施［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2011(7):1465.

［7］鄧指軍.雙液微擾動加固注漿試驗(yàn)研究［J］.地下空間與工程學(xué)報(bào)，2011(7):1344.

［8］GB 50299—1999 地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范(2003年版)［S］.