某工程注漿加固對(duì)地鐵隧道收斂影響的分析

黃亞德，李文佳，陳 濤，李更召，范鵬程

(1.天津市勘察院， 天津 300191； 2.天津東晟圖地理信息技術(shù)有限公司， 天津 300000)

某工程注漿加固對(duì)地鐵隧道收斂影響的分析

黃亞德1，李文佳2，陳 濤1，李更召1，范鵬程1

(1.天津市勘察院， 天津 300191； 2.天津東晟圖地理信息技術(shù)有限公司， 天津 300000)

某工程施工過(guò)程中在地鐵隧道上方形成大量堆載，造成隧道出現(xiàn)一定程度變形，從而影響地鐵的正常運(yùn)營(yíng)。為了抑制堆載對(duì)地鐵隧道造成的變形，通過(guò)雙側(cè)注漿施工工藝，在隧道兩側(cè)距離隧道壁不同距離處分次進(jìn)行注漿，對(duì)隧道兩側(cè)土體進(jìn)行加固和擠壓，以達(dá)到對(duì)周圍土體微擾動(dòng)的效果。在注漿過(guò)程中使用激光測(cè)距儀對(duì)隧道收斂情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)注漿后隧道的變形情況進(jìn)行量化跟蹤，以掌握地鐵隧道的注漿效果。通過(guò)對(duì)各次注漿后收斂監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析可以看出，隨著距離地鐵隧道由遠(yuǎn)及近逐排注漿，其收斂累計(jì)變化量逐漸增大，地鐵隧道因上部堆載造成的不利變形得到了有效的控制，注漿效果明顯，可為類似工程提供借鑒和參考。

地鐵隧道；收斂；注漿；微擾動(dòng)；監(jiān)測(cè)

巖土工程具有地質(zhì)條件的不確知性、土性參數(shù)的不確定性以及荷載條件的多樣性等特點(diǎn)[1]，加之現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境復(fù)雜多變，從而使得巖土工程具有很強(qiáng)的不可預(yù)見(jiàn)性，對(duì)于實(shí)際工程中可能遇到的多種問(wèn)題，很難單純從理論上進(jìn)行預(yù)測(cè)，此時(shí)，在理論指導(dǎo)下有計(jì)劃地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工程的監(jiān)測(cè)工作顯得十分必要[2-4]。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[5-7]。上海地鐵運(yùn)用微擾動(dòng)雙液注漿技術(shù)對(duì)隧道保護(hù)及病害治理已經(jīng)取得了成功經(jīng)驗(yàn)[8-10]。監(jiān)測(cè)工作是巖土工程信息化施工中不可缺少的重要部分，及時(shí)掌握注漿過(guò)程中隧道結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變形情況，有利于優(yōu)化施工方案，真正做到信息化施工[11-13]。

1 工程概況

本工程隧道采用盾構(gòu)法施工。隧道洞頂埋深約9.0 m～11.0 m，盾構(gòu)管片以錯(cuò)縫形式拼接，隧道內(nèi)徑5.5 m，外徑6.2 m，管片環(huán)寬1.2 m。由于隧道上方不明原因堆載(見(jiàn)圖1堆載區(qū)域與區(qū)間隧道相對(duì)位置關(guān)系)，造成隧道出現(xiàn)較大變形，使里程K6+503—K6+603范圍內(nèi)區(qū)間管片出現(xiàn)裂縫、滲水、錯(cuò)臺(tái)、接縫張開(kāi)及道床脫空等病害，已威脅到地鐵隧道的運(yùn)營(yíng)安全。根據(jù)區(qū)間隧道的評(píng)估分析報(bào)告，將隧道結(jié)構(gòu)的損傷程度劃分為損傷嚴(yán)重區(qū)段、損傷輕微區(qū)段兩種情況。隧道結(jié)構(gòu)損傷嚴(yán)重段主要為上行線167～219 環(huán)。本文對(duì)此工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行分析，并將理論與實(shí)踐相結(jié)合，綜合其研究成果對(duì)監(jiān)測(cè)工作進(jìn)行歸納總結(jié)，為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作提供重要的參考資料。

圖1 堆載區(qū)域與區(qū)間隧道相對(duì)位置關(guān)系圖

2 監(jiān)測(cè)方案

本次加固維修是對(duì)里程K6+503—K6+603范圍內(nèi)區(qū)間管片出現(xiàn)的裂縫、滲水、道床脫空等病害進(jìn)行修復(fù)處理，并對(duì)上行線167～219號(hào)管片(K6+521—K6+584)進(jìn)行隧道外側(cè)雙液微擾動(dòng)注漿。因此本項(xiàng)目監(jiān)測(cè)范圍對(duì)應(yīng)地鐵X號(hào)線里程(K6+521—K6+584)，共計(jì)監(jiān)測(cè)范圍63 m。由于需要對(duì)上行線167～219號(hào)管片(K6+521—K6+584)進(jìn)行隧道外側(cè)雙液微擾動(dòng)注漿。注漿不可避免地會(huì)對(duì)土體的穩(wěn)定性造成較大的影響，進(jìn)而影響土體中柔性結(jié)構(gòu)的地鐵隧道。上行地鐵隧道與下行地鐵隧道之間的距離約為8.8 m，采用上行地鐵隧道兩側(cè)雙液微擾動(dòng)注漿方式，注漿孔距離上行隧道結(jié)構(gòu)的外側(cè)分別約為2.7 m、3.6 m和4.5 m，注漿孔距離下行隧道結(jié)構(gòu)的外側(cè)分別約為6.1 m、5.2 m和4.3 m，如圖2所示。因此上行線167～219號(hào)管片(K6+521—K6+584)和下行線對(duì)應(yīng)的位置為本次監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)區(qū)域，注漿孔與地鐵上下行隧道相對(duì)位置關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 注漿孔與地鐵上下行隧道相對(duì)位置關(guān)系圖

2.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及監(jiān)測(cè)頻率

為保證地鐵結(jié)構(gòu)的安全，針對(duì)本項(xiàng)目特殊性，在注漿期間對(duì)除巡視檢查外的所有監(jiān)測(cè)項(xiàng)目全部實(shí)行24 h全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，其余施工工序結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)面的情況實(shí)行自動(dòng)化加人工的監(jiān)測(cè)方式，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目如表1所示。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目一覽表

2.2 監(jiān)測(cè)報(bào)警值

監(jiān)測(cè)報(bào)警值由設(shè)計(jì)單位及評(píng)估單位聯(lián)合給出。監(jiān)測(cè)報(bào)警值見(jiàn)表2。

表2 監(jiān)測(cè)報(bào)警值

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

本文主要分析不同注漿孔注漿后對(duì)隧道收斂變化的影響。

隧道收斂監(jiān)測(cè)采用激光測(cè)距儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由于隧道上方出現(xiàn)荷載，造成隧道頂部地面出現(xiàn)沉降，進(jìn)而造成隧道被擠壓，出現(xiàn)收斂值的變化。本工程地面堆載主要集中在上行線一側(cè)，故上行線出現(xiàn)更大的變形。因此，在上行線一側(cè)進(jìn)行雙側(cè)微擾動(dòng)注漿，在上行線隧道的兩側(cè)各布設(shè)三排注漿孔，其中注漿孔距上行線隧道的距離分別為2.7 m、3.6 m、4.5 m，位于上下行隧道中間的注漿孔距離下行線隧道的距離分別為4.3 m、5.2 m和6.1 m。依據(jù)《城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范》[14](GB50308—2008)等在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)每個(gè)對(duì)應(yīng)環(huán)片分別布設(shè)一個(gè)激光測(cè)距儀。

本次注漿采用分排注漿、隔一注一的注漿方式，按照距離上行線隧道壁4.5 m、3.6 m、2.7 m的順序進(jìn)行注漿，上行線兩側(cè)的注漿孔同時(shí)注漿。

(1) 距離上行線4.5 m的注漿孔注漿。對(duì)第一排注漿孔注漿后，各環(huán)片的收斂值變化量如圖3所示。

圖3 第一排注漿孔注漿后各環(huán)片收斂累計(jì)變化量曲線

由圖3可以看出，受注漿影響，隧道各環(huán)片收斂出現(xiàn)一定變化。監(jiān)測(cè)曲線整體呈拋物線形，由于隧道在監(jiān)測(cè)區(qū)域中央位置受損最為嚴(yán)重，隧道在這個(gè)位置整體受力較敏感，且在中央位置隧道變形最大，所以受注漿影響同樣最大，收斂變化量最大。注漿工作從167環(huán)注漿開(kāi)始，按照隔一注一的注漿方式，至218環(huán)注漿結(jié)束，各監(jiān)測(cè)環(huán)片收斂平均累計(jì)變化量為-2.18 mm。

(2) 距離上行線3.6 m的注漿孔注漿。對(duì)第二排注漿孔注漿后，各環(huán)片的收斂值變化量如圖4所示。

圖4 第二排注漿孔注漿后各環(huán)片收斂累計(jì)變化量曲線

由圖4可以看出，受注漿影響，隧道各環(huán)片收斂進(jìn)一步變化。監(jiān)測(cè)曲線整體呈拋物線形，由于隧道在監(jiān)測(cè)區(qū)域中央位置受損最為嚴(yán)重，隧道在這個(gè)位置整體受力較敏感，且在中央位置隧道變形最大，所以受注漿影響同樣最大，收斂變化量最大，第二次注漿相對(duì)于第一次注漿變化量同樣在中央位置較顯著。注漿工作從167環(huán)注漿開(kāi)始，按照隔一注一的注漿方式，至218環(huán)注漿結(jié)束，各監(jiān)測(cè)環(huán)片收斂平均累計(jì)變化量為-4.92 mm。一二次注漿后隧道收斂累計(jì)變化量差值見(jiàn)圖5所示。

圖5 一二次注漿后各環(huán)片收斂累計(jì)變化量差值曲線

由圖5可以看出，受注漿影響，第二次注漿在第一次注漿的基礎(chǔ)上，收斂累計(jì)變化量繼續(xù)增大，在隧道受損區(qū)域變化量相對(duì)較大，各監(jiān)測(cè)環(huán)片的平均變化量為-2.10 mm。受地質(zhì)情況、注漿量及注漿壓力等各種外界因素影響，各環(huán)片第二次注漿后收斂累計(jì)變化量相對(duì)于第一次的變化量出現(xiàn)一定的差異。

(3) 距離上行線2.7 m的注漿孔注漿。對(duì)第三排注漿孔注漿孔注漿后，各環(huán)片的收斂值變化量如圖6所示。

圖6 第三排注漿孔注漿后各環(huán)片收斂累計(jì)變化量曲線

由圖6可以看出，受注漿影響，隧道各環(huán)片收斂進(jìn)一步變化。監(jiān)測(cè)曲線整體呈拋物線形，由于隧道在監(jiān)測(cè)區(qū)域中央位置受損最為嚴(yán)重，隧道在這個(gè)位置整體受力較敏感，且在中央位置隧道變形最大，所以受注漿影響同樣最大，收斂變化量最大，第三次注漿相對(duì)于第二次注漿變化量同樣在中央位置較顯著。注漿工作從167環(huán)注漿開(kāi)始，按照隔一注一的注漿方式，至218環(huán)注漿結(jié)束，各監(jiān)測(cè)環(huán)片收斂平均累計(jì)變化量為-7.67 mm。各次注漿后環(huán)片收斂累計(jì)變化量差值見(jiàn)圖7所示。

圖7 各次注漿后各環(huán)片收斂累計(jì)變化量曲線

由圖7可以看出，受注漿影響，第三次注漿在第二次注漿的基礎(chǔ)上，收斂累計(jì)變化量繼續(xù)增大，在隧道受損區(qū)域變化量相對(duì)較大，各監(jiān)測(cè)環(huán)片的平均變化量為-2.75 mm。受地質(zhì)情況、注漿量及注漿壓力等各種外界因素影響，各環(huán)片第三次注漿后收斂累計(jì)變化量相對(duì)于第二次的變化量出現(xiàn)一定的差異。

綜合以上監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，注漿施工過(guò)程中，注漿壓力作用于注漿孔與隧道之間的土體及孔隙水之中，在改變周圍水土壓力的同時(shí)，注漿壓力也通過(guò)土體及孔隙水傳遞至隧道側(cè)壁，從而導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生收斂變形，隨著距離隧道側(cè)壁由遠(yuǎn)及近逐排注漿，作用于隧道側(cè)壁的壓力逐漸增大，因而使得隧道結(jié)構(gòu)收斂累計(jì)變化量也逐漸增大，從而有效抑制了上方堆載對(duì)隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利變形。

4 結(jié) 論

本文以某注漿工程為例，介紹了隧道注漿監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理分析的過(guò)程，通過(guò)對(duì)注漿后各監(jiān)測(cè)環(huán)片收斂的監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，可以得出以下結(jié)論：

(1) 隨著注漿次數(shù)的增加，注漿量的逐漸增大，隧道管片收斂累計(jì)變化量逐漸增大。

(2) 隨著注漿孔與隧道壁的距離逐漸變小，注漿對(duì)隧道收斂的影響逐漸增大。

(3) 隧道監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)中間區(qū)域由于受損較嚴(yán)重，隧道對(duì)外力的感應(yīng)更敏感，同樣注漿量下，收斂累計(jì)變化量更大。隧道收斂累計(jì)變化量曲線整體呈拋物線形。

(4) 隧道的收斂值受地質(zhì)情況、注漿量及注漿壓力等各種外界因素影響，同時(shí)由于隧道各個(gè)部位受損情況不同，對(duì)外力的感知也不一樣，所以各個(gè)監(jiān)測(cè)環(huán)片收斂累計(jì)變化量曲線呈鋸齒狀。

(5) 通過(guò)以上監(jiān)測(cè)，可以看出隧道注漿時(shí)隧道收斂監(jiān)測(cè)的必要性，通過(guò)對(duì)隧道收斂變化的監(jiān)測(cè)，及時(shí)調(diào)整注漿方案，真正做到監(jiān)測(cè)指導(dǎo)施工，以實(shí)現(xiàn)信息化施工[15-16]。

[2] 劉 浩,楊 銳,張大軍，等.廣州某工程基坑變形監(jiān)測(cè)及分析研究[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào),2015,13(1):167-170.

[3] 蔡毅飛,劉 強(qiáng).合肥地鐵明光路站深基坑監(jiān)測(cè)分析[J].安徽建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2016,24(2):20-23.

[4] 張世民,馮 婷,李哲輝，等.下穿地鐵深基坑開(kāi)挖影響的監(jiān)測(cè)分析[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2016,49(5):674-682.

[5] 王志良,申林方,劉國(guó)彬，等.運(yùn)營(yíng)地鐵隧道收斂變形對(duì)接頭性能影響的研究[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,38(2):38-43.

[6] 黃 斌,馮 師,馬海鑫，等.南京地鐵隧道收斂變形整治實(shí)例[J].江西建材,2016(1):189-190.

[7] 李 宗.軟土條件下地鐵小凈距盾構(gòu)隧道變形控制技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2012(6):112-116.

[8] 馬海鑫.微擾動(dòng)注漿工藝在上海地鐵運(yùn)營(yíng)期間隧道收斂整治中的應(yīng)用[J].江西建材,2016(4):201，206.

[9] 王如路,陳 穎,任 潔，等.微擾動(dòng)注漿技術(shù)在運(yùn)營(yíng)隧道病害治理及控制中的應(yīng)用[C]//中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)隧道及地下工程分會(huì)防水排水專業(yè)委員會(huì)第十六屆學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集，2013:52-57.

[10] 閆 濤,邊成贊,范懷偉，等.近地鐵段的地基注漿變形控制技術(shù)[J].建筑施工,2016,38(9):1215-1216.

[11] 覃亞偉,楊 新,呂成龍，等.某地鐵深基坑施工鄰近建筑地面裂縫處理與控制[J].施工技術(shù),2012,41(362):49-51,84.

[12] 黃雪良.清江西苑深基坑監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)分析[J].現(xiàn)代測(cè)繪,2012,35(2):42-44.

[13] 劉永輝,孔慶宇,安彥勇，等.中心漁港泵站基坑支護(hù)工程監(jiān)測(cè)與安全性分析[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào),2013,11(4):77-80.

[14] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范：GB50308—2008[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008.

[15] 唐繼民.自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)在隧道受損修復(fù)工程中的應(yīng)用[J].測(cè)繪通報(bào),2014(12):86-88,100.

[16] 李 偉,喬衛(wèi)國(guó),張 宇，等.地鐵雙線隧道超前預(yù)注漿加固與分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2016,16(27):77-82.

Influence of Grouting Reinforcement on Metro Tunnel Convergence in A Practical Engineering

HUANG Yade1, LI Wenjia2, CHEN Tao1, LI Gengzhao1, FAN Pengcheng1

(1.TianjinInstituteofGeotechnicalInvestigationandSurveying,Tianjin, 300191,China；2.TianjinDongshengtuGeographicInformationTechnologyCo.,Ltd.,Tianjin, 300000,China)

In the construction of an engineering, there are large stack above the metro tunnel which caused the deformation of tunnel in certain degree, the normal operation of the metro was impacted. In order to restrain the deformation, grouting construction in both sides was adopted in different distance of the both sides of the tunnel wall, the soil on both sides of the tunnel is reinforced and extruded to achieve the effect of micro disturbance of the surrounding soil. Real-time monitoring of the convergence condition of tunnel is proceeded by laser rangefinder in the process of grouting which can quantify the deformation of the tunnel after grouting, thus the metro tunnel grouting effect can be measured precisely. Comparing the convergence monitoring data before and after the grouting, it can be seen that the convergence cumulative variation increases gradually along with the grouting from far and near of the metro tunnel, the unfavorable deformation of the metro tunnel caused by the upper stack has been controlled effectively, the grouting effect is obvious which can provide reference for similar projects.

metro tunnel; convergence; grouting; micro-disturbance; monitoring

10.3969/j.issn.1672-1144.2017.03.025

2017-01-17

2017-02-28

黃亞德(1987—)，男，河北唐山人，助理工程師，主要從事地鐵運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)方面的工作。 E-mail：476902946@qq.com

TU473

A

1672—1144(2017)03—0123—04