雙液微擾動(dòng)注漿在治理盾構(gòu)錯(cuò)縫管片收斂中的應(yīng)用

蔡乾廣，賀磊

(1.南京地鐵資源開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210012； 2.南京市測(cè)繪勘察研究院股份有限公司，江蘇 南京 210005)

1 引 言

外部工程施工引起地鐵盾構(gòu)隧道管片的水平直徑擴(kuò)張變形，嚴(yán)重影響地鐵結(jié)構(gòu)安全，有必要通過(guò)微擾動(dòng)注漿對(duì)隧道管片的收斂變形進(jìn)行糾偏[1～4]，在隧道地表以特定的微擾動(dòng)工藝向隧道管片結(jié)構(gòu)外側(cè)面注入特制的漿液，同時(shí)在隧道內(nèi)部使用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)盾構(gòu)管片變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，使得注漿過(guò)程在起到注漿加固作用的同時(shí)，又對(duì)周邊土體的擾動(dòng)最小，將注漿過(guò)程擾動(dòng)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)起的位移控制到極小的程度，有效保護(hù)隧道結(jié)構(gòu)及鄰近的外部工程。

以南京河西地區(qū)某深大基坑施工影響隧道結(jié)構(gòu)變形為例，該基坑面積 53 000 m2、挖深 25 m，距隧道最小平距 33 m、隧道埋深 15 m～20 m，外部基坑與地鐵位置關(guān)系以及注漿孔布設(shè)平面圖如圖1所示；隧道結(jié)構(gòu)處于流塑狀淤泥粉質(zhì)黏土和可塑狀粉質(zhì)黏土地層中，地質(zhì)剖面圖如圖2所示。隧道管片為錯(cuò)縫形式拼接的圓形盾構(gòu)管片，外徑 6.2 m。

圖1 外部基坑與地鐵位置關(guān)系以及注漿孔布設(shè)圖

圖2 注漿區(qū)域地質(zhì)剖面圖

在基坑圍護(hù)體系、降水開(kāi)挖施工過(guò)程中引起隧道大量管片水平直徑擴(kuò)張變形，該項(xiàng)目監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示盾構(gòu)管片直徑相對(duì)設(shè)計(jì)最大外擴(kuò)已近 70 mm。為控制隧道管片變形繼續(xù)發(fā)展，通過(guò)壁外微擾動(dòng)工藝對(duì)外擴(kuò)量超過(guò) 60 mm的管片進(jìn)行注漿加固(下行線846～856環(huán)；上行線750～772、784～804環(huán))，有效遏制了管片水平直徑的進(jìn)一步擴(kuò)張，同時(shí)還達(dá)到管片收斂回縮效果。該案例采用的雙液A液為水灰比0.6～0.7的扳制水泥漿，水泥采用PO42.5級(jí)；B液為水玻璃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。A液水泥漿泵流量為 15l/min～20l/min；B液水玻璃泵流量為 5l/min～10l/min。

本文結(jié)合實(shí)際注漿案例，在雙液注漿漿液配比、注漿壓力、注漿流速一定情況下，根據(jù)不同的地質(zhì)情況及注漿孔數(shù)量進(jìn)行專(zhuān)題研究，并在實(shí)際注漿過(guò)程中進(jìn)行了應(yīng)用總結(jié)，期望為后續(xù)類(lèi)似工程提供有益經(jīng)驗(yàn)。

2 注漿實(shí)例

2.1 注漿孔位布設(shè)

(1)孔位布設(shè)原則：注漿孔布設(shè)在隧道管壁外 3 m～3.6 m處，孔位的深度達(dá)到隧道底部，下行線846環(huán)～856環(huán)每環(huán)布設(shè)1個(gè)～2個(gè)注漿孔，上行線750環(huán)～772環(huán)、784環(huán)～804環(huán)每環(huán)布設(shè)4個(gè)～5個(gè)注漿孔；

(2)孔位與隧道的位置確定：通過(guò)地上、地下聯(lián)系測(cè)量的方式，實(shí)測(cè)隧道輪廓邊線及隧道底標(biāo)高，然后精準(zhǔn)測(cè)設(shè)注漿孔位及深度，有力保障設(shè)計(jì)注漿孔與隧道空間位置關(guān)系。

2.2 注漿步驟

隧道外輪廓頂自下1.0 m范圍內(nèi)注漿作用銳減，效果甚微；本項(xiàng)目注漿范圍自隧道外輪廓底自上 5.2 m范圍內(nèi)，效果較好。注漿期間，按照均勻、少量、動(dòng)態(tài)、跳環(huán)、多點(diǎn)、多次的原則實(shí)施。壓力一般控制在 0.5 MPa～1.5 MPa之間。單孔注漿工藝流程圖與注漿孔位示意圖分別如圖3、圖4所示。

圖3 單孔注漿工藝流程圖

圖4 注漿孔位示意圖

2.3 自動(dòng)化監(jiān)控

在注漿孔位對(duì)應(yīng)的隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)布設(shè)各類(lèi)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)傳感器，壁外注漿期間，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，實(shí)時(shí)提供管片水平直徑回縮量、沉降、水平位移等變形數(shù)據(jù)，信息化指導(dǎo)注漿作業(yè)進(jìn)程[5]，并在注漿施工結(jié)束后，持續(xù)對(duì)管片的水平收斂進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)量后期管片的水平直徑反彈量，檢驗(yàn)注漿效果。

3 注漿效果

雙液微擾動(dòng)注漿情況與管片水平直徑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表 表1

備注：漿液配比(2～3)：1，注漿壓力不大于0.5MPa，注漿速度15～30L/min。

圖5 S750～S772管片段壁外微擾動(dòng)注漿收斂效果

圖6 S784～S804管片段壁外微擾動(dòng)注漿收斂效果

圖7 X846～X856管片段壁外微擾動(dòng)注漿收斂效果

粉質(zhì)黏土層注漿主要是通過(guò)劈裂、擠壓注漿，把土層里的水分置換出去，形成注漿液骨架，從而提高土體強(qiáng)度。如表1、圖5～圖7所示：

(1)在隧道兩側(cè)注漿孔位數(shù)量及注漿相關(guān)參數(shù)一致等條件下，可以看出S750～S772環(huán)地質(zhì)為流塑狀淤泥粉質(zhì)黏土?xí)r，注漿回縮量?jī)H 0 mm～8 mm；而S784～S804環(huán)間地質(zhì)為可塑狀粉質(zhì)黏土?xí)r，注漿回縮量約為 8 mm～25 mm。在流塑狀淤泥粉質(zhì)黏土層中，0.5 MPa注漿壓力不足以擠壓水分，后增加壓力至1.2 MPa以上，效果好轉(zhuǎn)；而在可塑粉質(zhì)黏土中，使用0.5 MPa的注漿壓力，漿液易滯留固化，快速形成對(duì)隧道腰部的定向推力，效果較好；

(2)在隧道所處地層及注漿相關(guān)參數(shù)一致等條件下，可以看出S784～S804環(huán)片兩側(cè)有4個(gè)～5個(gè)注漿孔時(shí)，注漿回縮量約為 8 mm～25 mm；而X846～X85環(huán)片兩側(cè)只有1個(gè)～2個(gè)注漿孔時(shí)，注漿回縮量?jī)H 7 mm～11 mm。由于注漿孔位的數(shù)量較少，注漿量較低，從而未能達(dá)到期望的土地強(qiáng)度，導(dǎo)致注漿效果欠佳。

4 分析及結(jié)論

在盾構(gòu)隧道外圍一定范圍內(nèi)，以特定的微擾動(dòng)注漿控制工藝向周邊土體注入特制的漿液，起到加固隧道周邊土體的同時(shí)，又對(duì)盾構(gòu)隧道水平直徑收斂起到很好的糾偏作用，分析得出以下結(jié)論：

(1)注漿期間必須自動(dòng)化實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，以指導(dǎo)注漿施工；

(2)注漿孔位與隧道邊線距離：平距越小，注漿作用力越大，但距離過(guò)近可能會(huì)造成隧道管片的破壞，結(jié)合上述矛盾，需要找到二者間距的平衡點(diǎn)，目前的經(jīng)驗(yàn)值是隧道外 3 m～3.6 m處，且盾構(gòu)環(huán)片兩側(cè)各2孔以上為宜；

(3)注漿孔位的深度：南京地區(qū)地鐵盾構(gòu)外徑一般 6.2 m，微擾動(dòng)注漿范圍一般自隧道底部以上 5.2 m范圍內(nèi)，高于5.2 m范圍注漿作用銳減，效果甚微；

(4)在粉質(zhì)黏土地層中，注漿效果的好壞，取決于地層的可注性，它決定能否良好的填充原有的空隙，或者形成注漿骨架。流塑狀淤泥粉質(zhì)黏土層，注漿壓力不足的情況下，不能置換水分，形成不了注漿骨架，漿液注不進(jìn)去，效果欠佳，宜根據(jù)注漿期間的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)值，加大注漿壓力至 1.2 MPa～2.0 MPa。而在可塑粉質(zhì)黏土中，使用 0.5 MPa的注漿壓力，漿液易滯留固化，快速形成對(duì)隧道腰部的定向推力，效果較好。