武漢地鐵21號(hào)線盾構(gòu)施工中的跟進(jìn)式二次注漿控制沉降施工技術(shù)

朱海軍 蘇長(zhǎng)毅

中建三局基礎(chǔ)設(shè)施工程有限公司 湖北 武漢 430064

雖然盾構(gòu)施工技術(shù)得到很大發(fā)展，但施工引起的地表沉降仍然無法完全避免。在城市中進(jìn)行盾構(gòu)施工時(shí)，不可避免地會(huì)穿越地層條件復(fù)雜、上部建（構(gòu)）筑物密集的區(qū)段，這對(duì)地面沉降的控制要求就很高。目前沉降控制的一種方法是采取土體加固，然后盾構(gòu)再穿越的方案，這種方案要求地面具備足夠的加固空間，很多情況下盾構(gòu)穿越重大風(fēng)險(xiǎn)工程時(shí)并不存在預(yù)先加固的條件，而且造價(jià)很高。另一種方法則是通過同步注單液漿并后續(xù)輔助注雙液漿的方法填充盾尾空隙。單液漿初凝時(shí)間長(zhǎng)，初凝強(qiáng)度低，而且存在拱頂部位無法填充密實(shí)的問題，后續(xù)補(bǔ)注雙液漿存在自動(dòng)化程度低、工序銜接難、易堵管，且洞內(nèi)拌水泥漿造成粉塵污染嚴(yán)重、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題，對(duì)地表沉降控制效果也不甚理想。因此，充分利用盾構(gòu)設(shè)備自身?xiàng)l件進(jìn)行二次注漿技術(shù)的改進(jìn)至關(guān)重要。

本文對(duì)利用盾構(gòu)機(jī)同步注漿管進(jìn)行跟進(jìn)式二次注漿的技術(shù)方法和技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的敘述。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

武漢地鐵21號(hào)線新榮站—黃浦新城站區(qū)間隧道直徑6 200 mm，采用2臺(tái)土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)由黃浦新城站小里程端先后始發(fā)至新榮站大里程端接收。線路出黃浦新城站后，沿規(guī)劃道路下穿張公堤花鳥市場(chǎng)、張公堤防洪堤壩及漢施公路，隨后沿江北路下（側(cè)）穿眾多低矮房屋（1～6層不等），南拐下穿堤角公園前行，下穿解放大道交叉口并側(cè)穿輕軌1號(hào)線高架橋到達(dá)新榮站。區(qū)間線路總體埋深為16～21 m。

1.2 區(qū)間地質(zhì)情況

區(qū)間隧道洞身主要穿越的地層為③5粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂互層，④1粉砂，④2粉細(xì)砂， 4黏土夾碎石， a-2泥巖， f石英砂巖。

2 跟進(jìn)式二次注漿施工

2.1 跟進(jìn)式二次注漿工藝簡(jiǎn)介

在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，將盾構(gòu)機(jī)自帶的上、下、左、右4路同步注漿管分為兩部分。在掘進(jìn)過程中，左上、左下及右上3路注漿管仍然進(jìn)行同步注漿，利用右下位置的注漿管單獨(dú)向脫出盾尾的第2環(huán)管片進(jìn)行頂部徑向補(bǔ)水泥砂漿，同時(shí)在相鄰管片背后采用單獨(dú)的注漿泵注入水玻璃漿液，使水泥砂漿與水玻璃漿在管片背后充分混合，以達(dá)到快速凝固從而控制地層沉降的效果。2種漿液混合比例根據(jù)混合后凝固時(shí)間40 s左右控制，漿液注入量根據(jù)實(shí)際注漿壓力控制。本工藝可以將同步注漿與二次補(bǔ)漿有效統(tǒng)一，將注水泥漿與注水玻璃有機(jī)結(jié)合，增強(qiáng)了管片背后間隙填充的及時(shí)性和有效性，消除了傳統(tǒng)二次注漿與盾構(gòu)正常掘進(jìn)二者交叉施工時(shí)產(chǎn)生的干擾，而且與傳統(tǒng)二次注漿方法相比，不需再單獨(dú)配制水泥漿液，僅單獨(dú)泵送水玻璃漿液使得注漿工作量大大降低，加快了施工進(jìn)度。充分利用盾構(gòu)機(jī)自身設(shè)備提高了自動(dòng)化程度，節(jié)約了人力、物力，達(dá)到了有效控制地層沉降的良好施工效果。

2.2 跟進(jìn)式二次注漿作業(yè)步驟

該方法與盾構(gòu)施工過程同步進(jìn)行，包括如下步驟：

1）開孔。在盾構(gòu)刀盤掘進(jìn)到位、管片拼裝完成后，必須在管片處于盾殼內(nèi)時(shí)在頂部附近開孔，并在開孔位置安裝球閥（分別適用于同步注漿管和水玻璃泵管規(guī)格的球閥），以防止因管片脫出盾尾后開孔引起管片背后漿液噴涌。

2）配制水玻璃漿液。開孔的同時(shí)，在設(shè)備橋位置放置攪拌桶和注漿泵，將水玻璃與水按照1∶1的體積比在攪拌桶中混合拌制備用。

3）接管。將同步注漿管與脫出盾尾的第2環(huán)管片的頂部球閥相連，將水玻璃漿泵的注漿管與相鄰第3環(huán)管片的注漿球閥相連，連接好后應(yīng)檢查其牢固性。

4）掘進(jìn)注漿。盾構(gòu)機(jī)開始掘進(jìn)下一環(huán)，同時(shí)開啟同步注漿泵和水玻璃漿注漿泵，打開管片頂部球閥。此時(shí)，盾構(gòu)機(jī)的左上、左下和右上3路同步注漿管向脫出盾尾的第1環(huán)管片背后注入水泥砂漿，右下一路同步注漿管向脫出盾尾的第2環(huán)管片頂部背后注入水泥砂漿，水玻璃漿泵向相鄰的第3環(huán)管片頂部背后注入水玻璃漿，2種漿液在管片背后混合，快速硬化。

5）注漿結(jié)束后，關(guān)閉球閥，拆下漿管并進(jìn)行清洗。

按照以上5個(gè)步驟反復(fù)進(jìn)行跟進(jìn)注漿施工直至安全穿越敏感區(qū)。

襯砌管片脫出盾殼前，須安裝好注漿頭并關(guān)閉球閥。從脫出盾殼后的第2環(huán)襯砌管片和相鄰的第3環(huán)管片進(jìn)行跟進(jìn)注漿作業(yè)，為防止雙液漿凝固包裹盾尾，水玻璃須從遠(yuǎn)離盾尾的管片注入，且注漿完畢后要先停止注入水玻璃，后停止注入水泥砂漿，減少竄漿。根據(jù)掘進(jìn)位置土層的水土壓力設(shè)定注漿泵和右下同步注漿管路的注漿壓力，一般壓力不超過0.5 MPa；當(dāng)接近終注壓力時(shí)，降低注漿速度，以免對(duì)管環(huán)結(jié)構(gòu)造成損傷。注完一處后，必須及時(shí)清洗兩路注漿管路，防止堵管。等漿液充分凝固后再拆除球閥，封堵注漿孔。整個(gè)過程在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中需連續(xù)不間斷。

3 注漿效果評(píng)價(jià)

為了進(jìn)一步說明壁后跟進(jìn)式二次注漿對(duì)地面沉降的控制效果，特選擇位于粉砂、粉細(xì)砂層的2個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，2個(gè)斷面所處的地層相同，埋深相近，地面環(huán)境不同，其中的一個(gè)斷面位于荒地下方，正常掘進(jìn)（圖1）；另一個(gè)斷面位于居民區(qū)下方，采用跟進(jìn)式二次注漿防沉降處理（圖2）。

從監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出如下幾個(gè)規(guī)律：

圖1 未采用二次注漿的沉降曲線

圖2 采用二次注漿的沉降曲線

1）在盾構(gòu)機(jī)掌子面位于監(jiān)測(cè)斷面前20 m左右時(shí)，監(jiān)測(cè)斷面開始出現(xiàn)輕微隆起。資料顯示，此現(xiàn)象為土倉(cāng)壓力大于刀盤掌子面的實(shí)際土壓力，造成刀盤前方一定范圍內(nèi)的地面隆起，此土壓力參數(shù)值設(shè)置可在一定程度上減小地表工后沉降量[1]。

2）無論是否采取跟進(jìn)式壁后注漿措施，地面沉降的規(guī)律是相同的。盾構(gòu)機(jī)到達(dá)時(shí)土層沉降開始出現(xiàn)，2 d左右沉降速率達(dá)到最大值，4 d后沉降速率減小并趨于平穩(wěn)，即盾構(gòu)機(jī)穿越完成之后的1～4 d是沉降發(fā)生的主要時(shí)期。

3）采取跟進(jìn)式壁后注漿措施控制地面累計(jì)沉降量的效果顯著。比較圖1及圖2的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，累計(jì)沉降量后者是前者的40%，該措施將長(zhǎng)江Ⅰ級(jí)階地富水砂層的盾構(gòu)掘進(jìn)施工沉降控制在2 cm左右，符合設(shè)計(jì)要求，確保了沿線房屋及其他建（構(gòu)）筑物的正常使用，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)[2-4]。

4 結(jié)語

本文結(jié)合武漢地鐵21號(hào)線新榮站—黃浦新城站區(qū)間工程，介紹了一種利用盾構(gòu)機(jī)同步注漿管跟進(jìn)補(bǔ)充注漿的防沉降控制施工工藝，此工藝是盾構(gòu)同步注漿的有效補(bǔ)充，操作簡(jiǎn)單、效果明顯，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，消除了水泥漿液拌和過程中的粉塵污染，改善了洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境，且不影響正常的盾構(gòu)掘進(jìn)，可供后續(xù)施工參考。