盾構(gòu)隧道二次深孔注漿技術(shù)對周邊建筑物保護(hù)的研究與應(yīng)用

任益飛

（中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，河北燕郊065201）

盾構(gòu)隧道二次深孔注漿技術(shù)對周邊建筑物保護(hù)的研究與應(yīng)用

任益飛*

（中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，河北燕郊065201）

接 要：以北京地下直徑線工程為例，介紹了盾構(gòu)在穿越沿線建構(gòu)筑物過程中，通過管片預(yù)留注漿孔進(jìn)行二次深孔注漿實現(xiàn)對建筑物、地層變形的控制進(jìn)而實現(xiàn)對建構(gòu)筑物保護(hù)，對于今后類似工程可提供相關(guān)參考。

盾構(gòu)；二次注漿；建筑物；保護(hù)

1 概述

由于城市化進(jìn)程對交通的需求和地面空間的限制，使得近年來國內(nèi)城市地下交通的進(jìn)展與建設(shè)不斷加速。盾構(gòu)工法因為其施工效率度高、施工安全可靠性高、對地層擾動小等優(yōu)點(diǎn)，在城市地下空間修建的過程中應(yīng)用所占比重不斷提升[1]。但在城市中心修筑地下隧道不可避免臨近或穿越不同建構(gòu)筑物施工，由于各類建構(gòu)筑物的現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)以及與隧道關(guān)系的差異化，也造成其可允許沉降或變形存在較大差異，一般的盾構(gòu)施工所采用的保護(hù)方法主要有地面隔離樁保護(hù)、地面同步注漿或地面深孔注漿加固建筑物基礎(chǔ)等方法，但當(dāng)?shù)孛娼?gòu)筑物與隧道因平面關(guān)系限制、地下管線影響或受制于地面交通占地等條件限制時，上述方法很難實現(xiàn)。北京地下直徑線由于地處北京市中心城區(qū)，沿線各類建構(gòu)筑物近200多處，在施工中除利用復(fù)合式泥水平衡盾構(gòu)自身的特點(diǎn)外，通過管片預(yù)留二次注漿孔進(jìn)行二次深孔注漿實現(xiàn)了沿線建筑物的變形控制在允許范圍之內(nèi)，有效地保護(hù)了周邊建筑物，本文就相關(guān)施工技術(shù)予以介紹。

2 工程概況

2.1 項目簡介

北京地下直徑線線路全長9151m，其中隧道全長7230m，盾構(gòu)隧道長度5175m，管片外徑11.6m，采用復(fù)合式泥水平衡盾構(gòu)施工，刀盤開挖直徑12.04m。線路自北京站起，在崇文門大街十字路口東側(cè)進(jìn)入地下，沿前三門大街向西行經(jīng)前門、和平門、宣武門、西便門、天寧寺，最后于小馬廠出地面到達(dá)北京西站。線路平面圖見圖1。

圖1 線路平面圖

2.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

隧道穿越地層?xùn)|西兩端差異性大。西端（天寧寺至和平門）主要穿越的地層為卵石層、圓礫層，局部為粉質(zhì)粘土層、粉土層和粉質(zhì)粘土層等土層，一般粒徑20～60mm，大于20mm的顆粒含量約占總重的65%，亞圓形，中粗砂充填，并且存在最大強(qiáng)度約30MPa的砂層與卵石層的膠結(jié)層。東端（和平門至崇文門）穿越的地層主要為粉質(zhì)粘土層、粉土層和砂層等土層。地下水主要為層間潛水，滲透系數(shù)K＝150m/d，涌水量Q= 37200m3/d。

2.3 周邊主要建構(gòu)物及允許變形

隧道沿線兩側(cè)地面建構(gòu)筑物密集，煤氣、熱力、電力、污水等大型地下管線繁多；下穿西便門橋、天寧寺橋、護(hù)城河和4號線宣武門站等構(gòu)筑物；近鄰箭樓、正陽門等重要文物；與地鐵2號線平行近4km，其中最近距離不足2m。其中沿線主要建筑物允許變形統(tǒng)計見表1。

表1 隧道沿線主要建筑物允許變形值統(tǒng)計表

3 盾構(gòu)施工沉降機(jī)理分析及主要影響因素

隧道施工所引起地表沉降及周圍建構(gòu)筑物變形主要是由于地層損失、排水固結(jié)、土體壓縮變形、結(jié)構(gòu)整體下沉及結(jié)構(gòu)本身變形引起[2]。而對于盾構(gòu)隧道而言，其中地層損失、土體壓縮變形是其中的關(guān)健。而對地層損失而言，根據(jù)以往施工經(jīng)驗統(tǒng)計，各部分所占比重見表2[3]。

表2 盾構(gòu)掘進(jìn)地層損失比重統(tǒng)計表

4 盾構(gòu)二次加強(qiáng)注漿保護(hù)技術(shù)

4.1 方案確定思路

根據(jù)隧道施工沉降機(jī)理分析及盾構(gòu)掘進(jìn)地層損失統(tǒng)計，由于盾構(gòu)掘進(jìn)過程對地層擾動以及同步注漿漿液的凝固收縮所形成空隙而產(chǎn)生的固結(jié)，導(dǎo)致即使在盾構(gòu)隧道通過建筑物后仍因為這部分地層損失而產(chǎn)生大的位移，因此為確保施工對周邊環(huán)境的保護(hù)，須對該階段的空隙以及擾動的土體變形予以補(bǔ)償。由于北京地下直徑線地處北京市中心城區(qū)，受施工占地、隧道上方管線影響，很難全部在地面通過隔離樁、注漿加固地基等措施實現(xiàn)對環(huán)境風(fēng)險的保護(hù)。因此經(jīng)綜合考慮，在管片上預(yù)留二次注漿孔在漿液凝固后進(jìn)行二次補(bǔ)償回填及建構(gòu)筑地基進(jìn)行相關(guān)加固。

4.2 管片二次加強(qiáng)注漿設(shè)計

在管片設(shè)計中，管片上預(yù)留有注漿孔，注漿孔預(yù)埋件如圖2所示。在特級風(fēng)險點(diǎn)地段，每環(huán)管片上預(yù)留25個注漿孔（除K塊預(yù)留1個注漿孔外，其余預(yù)留3個注漿孔）；其他地段，每環(huán)管片預(yù)留9個注漿孔（每塊管片預(yù)留1個注漿孔）。

圖2 二次注漿孔預(yù)埋件示意圖

在盾構(gòu)下（側(cè)）穿風(fēng)險點(diǎn)地段時，利用管片上預(yù)留的注漿孔，向管片背后的地層中鉆孔并插入注漿管進(jìn)行深孔注漿，即二次深孔加強(qiáng)注漿，具體如圖3所示。根據(jù)隧道與各建（構(gòu)）筑物的位置關(guān)系，確定各部位的注漿深度。注漿管采用?42mm袖閥管，壁后3.5mm；注漿材料采用普通水泥漿，水灰比1∶1。

圖3 二次加強(qiáng)注漿施工示意圖

4.3 二次加強(qiáng)注漿實施

4.3.1 鉆孔及注漿管的安裝

盾構(gòu)管片預(yù)留孔開孔時，易出現(xiàn)卡鉆、塌孔或地下水涌入等問題。施工時主要采取下述措施應(yīng)對：

（1）在地層條件較好的情況下，鉆孔作業(yè)可以取消，鑿穿二次注漿孔后直接將注漿花管用風(fēng)鎬頂進(jìn)地層當(dāng)中，可應(yīng)對塌孔對注漿管安裝的影響。

（2）為防止二次注漿孔鑿穿后地層中的地下水涌入隧道，二次注漿孔套管內(nèi)設(shè)計有可安裝的逆止閥，該逆止閥的功能與單向閥功能相似，可封堵地層中的地下水，但鉆桿和注漿管能夠正常穿過，漿液也可通過逆止閥最直接注入地層當(dāng)中。逆止閥結(jié)構(gòu)形式及安裝形式如圖4、圖5所示。

圖4 逆止閥結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

圖5 逆止閥安裝示意圖（單位：mm）

（3）注漿管安裝完成口立即在孔口安裝一個帶有球閥的孔口管，孔口管采用絲扣連接在二次注漿孔上，便于快速按拆，關(guān)閉球閥后再進(jìn)行注漿管連接，注漿前打開球閥，可有效封底地下水。

4.3.2 注漿工藝參數(shù)及注漿實施

漿液采用普通水泥漿，水灰比0.8∶1。

注漿管采用?36mm的鋼管，加工形式如圖6所示，管片注漿孔內(nèi)外露10～20cm即可，外露端設(shè)球閥。

圖6 二次加強(qiáng)注漿管加工示意圖

注漿壓力：根據(jù)隧道埋深計算注漿處靜止水壓及土壓力之和，一般情況二次加強(qiáng)注漿壓力比此數(shù)值大0.3～0.5MPa。

注漿量：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)測情況，由注漿壓力控制二次加強(qiáng)注漿量。

5 實施效果分析

通過盾構(gòu)管片上預(yù)留注漿孔進(jìn)行二次深孔注漿，北京地下直徑線順利穿越了護(hù)城河、天寧寺橋、西便門橋、北京地鐵2號線環(huán)線及長椿街至前門4車站、4號線宣武門車站、前門箭樓、正陽門火車站等沿線14個特級風(fēng)險點(diǎn)，43項其它各類一、二級風(fēng)險點(diǎn)。地面最大沉降僅15mm，其中2號線運(yùn)營地鐵結(jié)構(gòu)最大沉降2.3mm，小于評估確定的允許沉降3mm；4號線地鐵結(jié)構(gòu)最大沉降1.62mm，小于評估確定的允許沉降2mm。

6 結(jié)語

（1）根據(jù)沉降階段及比重分析，利用二次深孔注漿可以有效控制盾構(gòu)掘進(jìn)的土體變形及周邊建構(gòu)筑物變形，對于建筑物的保護(hù)能起到有效的作用。

（2）采用逆止閥可以有效地避免二次深孔注漿過程中的涌水現(xiàn)象。

（3）由于最終的沉降值屬于多種措施的疊加效果，對于每種措施尤其是二次深孔注漿單項措施對于沉降的控制效果及所占比重有待進(jìn)一步分析。

[1]陳饋，洪開榮，吳學(xué)松.盾構(gòu)施工技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2009.

[2]地盤工學(xué)會.盾構(gòu)法的調(diào)查·設(shè)計·施工[M]中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[3]趙寶華.富水砂卵石地層大直徑泥水盾構(gòu)施工地表沉降規(guī)律[J].中國工程科學(xué)，2010（12）：94-97.

U455.43

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1004-5716(2015)03-0175-04

2015-01-15

2015-01-15

任益飛（1973-），女（漢族），浙江東陽人，工程師，現(xiàn)從事隧道施工、檢測相關(guān)技術(shù)工作。