砂卵石地層淺埋暗挖隧道超前深孔注漿加固技術(shù)研究

劉小勇

(中鐵十四局集團(tuán)隧道工程有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

0 引 言

隨著城市建設(shè)速度加快，地面建筑日益密集，市政管網(wǎng)分布越來越復(fù)雜，為避免管線反復(fù)拆遷、減小地下管線對周邊環(huán)境、社會交通的影響，城市綜合管廊建設(shè)成為首選方案；但其施工建設(shè)普遍存在周邊環(huán)境復(fù)雜、工程地質(zhì)條件特殊及施工風(fēng)險大的特點(diǎn)。所以，保證管廊工程施工安全質(zhì)量，減小對既有城市道路影響對城市綜合管廊建設(shè)具有重要意義。本文以北京地鐵六號線西延市政管線條件預(yù)留工程八大處路-楊莊路綜合管廊為例，對砂卵石地層條件下淺埋暗挖法施工的城市綜合管廊超前深孔注漿預(yù)加固技術(shù)進(jìn)行研究。

1 工程概況

八大處路-楊莊路綜合管廊L2段總長540 m，采用淺埋暗挖工法施工，復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。初襯結(jié)構(gòu)為鋼筋格柵+350 mm厚噴射混凝土，二襯結(jié)構(gòu)為模筑防水混凝土，初襯與二襯之間設(shè)置柔性卷材防水層。該段管廊處于八大處路、蘋果園南路、楊莊東街等城市主干道路下方，下穿大臺鐵路、多條現(xiàn)狀市政管線或管溝隧道，對施工中的坍塌控制、地表沉降控制及管線安全防護(hù)要求較高。

圖1 八大處路-楊莊路綜合管廊平面圖

為防止管廊開挖過程中出現(xiàn)道路、現(xiàn)有管道變形過大，本工程開挖前需要對地層進(jìn)行超前深孔注漿加固。一方面保證開挖過程中掌子面的土層不會出現(xiàn)大面積坍塌，另一方面有效地對管道可能存在的滲漏水進(jìn)行提前封堵，確保管廊開挖施工安全。

本文選取其中八大處路～楊莊路下穿既有臺大鐵路段深孔注漿為研究對象。

1.1 下穿鐵路段工程特點(diǎn)

大臺鐵路是京張鐵路的輔助鐵路，本工程下穿處大臺鐵路為呈東西走向，為雙線非電氣化鐵路，兩股道鐵路均為路基段，線中心間距4.0 m。北側(cè)股道為大臺鐵路正線，南側(cè)股道為大臺鐵路預(yù)留線鐵路。管廊距離道口結(jié)構(gòu)凈距約10 m，西井道口為現(xiàn)狀楊莊東街與大臺鐵路平交位置?，F(xiàn)狀楊莊大街為石景山區(qū)南北交通要道，車行、人行繁忙，斷路施工難度大。

圖2 下穿大臺鐵路平面圖

管廊下穿鐵路段由北向南開挖，采用CRD法開挖。隧道開挖前須對開挖洞體頂部的地層進(jìn)行深孔超前注漿加固，以保證土體的穩(wěn)定及減少地表沉降。深孔注漿前需要在掌子面設(shè)置噴射混凝土止?jié){墻，厚度300 mm，并設(shè)雙層φ8@150×150鋼筋網(wǎng)，深孔注漿每循環(huán)施工長度10 m，搭接2 m。深孔注漿壓力控制在0.2～0.8 MPa，嚴(yán)格控制注漿壓力，調(diào)整好注漿管打設(shè)角度和長度，加強(qiáng)對周邊環(huán)境的監(jiān)測及巡視，不得損傷既有管線或其他建構(gòu)筑物。

1.2 工程地質(zhì)情況

場地內(nèi)地層巖性主要為第四系全新統(tǒng)人工堆積層雜填土，沖洪積層粗圓礫土。各地層巖性由新至老分述如下：

第四系全新統(tǒng)人工堆積層為①1雜填土：雜色，潮濕，松散-稍密，以路基土為主，含大量磚渣、碎石等，層厚1.3～1.8 m，Ⅱ級普通土。

第四系全新統(tǒng)沖洪積層為⑤2粗圓礫土：雜色，潮濕，中密，一般粒徑40～60 mm，亞圓形，粒徑大于20 mm顆粒約占總質(zhì)量的60%，中粗砂填充。

2 超前深孔注漿加固技術(shù)

2.1 注漿機(jī)制分析

超前深孔注漿是采用靜壓方式進(jìn)行注漿，漿液在注入地層的過程中，漿液與地層兩者之間發(fā)生填充、擠壓、擴(kuò)散、防滲、骨架、離子交換等幾種加固效應(yīng)。

注漿加固與其他加固方法相比有明顯的優(yōu)點(diǎn)：

① 施工設(shè)備簡單、占地面積小，狹窄場地和矮小空間均可施工；

② 施工振動和噪聲小，對環(huán)境影響??；

③ 加固深度可深可淺，易于控制。

注漿方式主要分為三種：滲透注漿、劈裂注漿及壓密注漿。三種注漿方式如圖3所示。

圖3 三種注漿方式示意圖

2.2 模型建立

綜合考慮地質(zhì)、埋深、與鐵路夾角因素，采用MIDAS GTS NX軟件對管廊隧道下穿大臺鐵路建立三維數(shù)值模型，如圖4所示，進(jìn)行模擬分析。

圖4 管廊下穿大臺鐵路三維數(shù)值模型

計(jì)算結(jié)果：

管廊施工過程對地表產(chǎn)生一定程度的附加變形，區(qū)間隧道采取洞內(nèi)深孔注漿措施，結(jié)構(gòu)拱頂及側(cè)墻外邊緣2.5 m注漿加固，內(nèi)側(cè)0.5 m范圍加固，根據(jù)開挖步序掌子面豎向2 m加固，提高地層強(qiáng)度，控制下穿鐵路路基沉降。施工中嚴(yán)格控制土壓力、控制注漿量，應(yīng)由外向內(nèi)注漿，防止注漿壓力帶來地表隆起，漿液采用單液漿注漿加固，控制下穿鐵路路基沉降。

洞周+洞內(nèi)部分加固工況下各施工步驟豎線位移云圖如5圖所示。

圖5 施工階段地表及鐵路豎向位移云圖

從圖5可以看出，地表最大沉降位置位于管廊隧道正上方，地表沉降曲面大致為“V”形，鐵路路基最大沉降約2.7 mm，可以滿足普速鐵路的沉降控制要求。周邊地表沉降按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求基準(zhǔn)值±30 mm。

2.3注漿材料及注漿參數(shù)

采用后退式超前深孔注漿，一次性成孔，鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中采用水泥漿進(jìn)行護(hù)壁。根據(jù)施工設(shè)計(jì)及類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，砂卵石地層注漿壓力可控制在0.5～1.0 MPa，施工時需嚴(yán)格控制注漿壓力及注漿量，避免出現(xiàn)壓力過大的情況。漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，施工過程中采用雙重管A、B漿液，即A液和B液的混合物，A液為稀釋后的水玻璃，B液為水泥漿液。A、B漿液配比根據(jù)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)確定配合比∶C∶S=1∶1(體積比)，水泥漿水灰比1∶1(質(zhì)量比)，水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥。注漿材料配比及注漿參數(shù)見表1、表2。

表1 水泥-水玻璃配合比

表2 注漿參數(shù)表

2.4 注漿效果評價

八大處路～楊莊路下穿大臺鐵路隧道開挖前，采用超前深孔注漿對隧道拱部位置進(jìn)行預(yù)加固。注漿施工完成后，開挖工作面時發(fā)現(xiàn)注漿孔位子前端0.8 m范圍內(nèi)漿脈明顯，并形成明顯的板狀固結(jié)體，說明注漿滲透效果理想，明顯改善砂卵石地層的穩(wěn)定性；注漿孔滲透半徑達(dá)到設(shè)計(jì)要求，所形成的漿柱完整且達(dá)到設(shè)計(jì)要求。注漿前原始砂卵石地層及注漿加固效果如圖6所示。

圖6 超前深孔注漿加固效果

隧道各導(dǎo)洞開挖過程中，地層穩(wěn)定，無超挖及坍塌現(xiàn)象，說明砂卵石地層經(jīng)超前深孔注漿加固后力學(xué)性質(zhì)顯著提高，圍巖自穩(wěn)定性得到極大改善，在實(shí)際施工過程中，有些部位甚至因人工無法開挖而改用機(jī)械破除(風(fēng)鎬)，這也為后續(xù)拱架及錨噴施工創(chuàng)造了有利條件。

2.5 現(xiàn)場監(jiān)測及成果

下穿過程中對軌道加強(qiáng)觀測：①軌面靜態(tài)觀測，每2h對軌距、水平、三角坑全面檢查1次并記錄在案；②軌面動態(tài)觀測,對軌距、水平、高低、軌向、三角坑、車體垂向振動加速度和橫向振動加速度進(jìn)行檢查;③觀測要求,線路靜動態(tài)幾何尺寸容許偏差按《鐵路線路維修規(guī)則》執(zhí)行。

當(dāng)觀測數(shù)據(jù)超限時，應(yīng)立即停止施工，并進(jìn)行線路養(yǎng)護(hù)作業(yè)，確保行車安全。觀測資料應(yīng)齊全、翔實(shí)、規(guī)范，并及時整理匯總分析。

隧道施工期間及施工后每天采集1次監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測時間持續(xù)6個月，每個斷面選取累計(jì)沉降值最大的監(jiān)測點(diǎn)，各監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)沉降值見表3。

將表3中數(shù)據(jù)繪成折線圖，如圖7所示。

表3 地表各監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)沉降值(單位：mm)

表4 鐵路路基各監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)沉降值(單位：mm)

圖7 各監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)沉降曲線圖

將表4中數(shù)據(jù)繪成折線圖，如圖8所示。

圖8 鐵路路基各監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)沉降曲線圖

由圖7、圖8可知，地表沉降監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)沉降最大值為DB-62-04，累計(jì)沉降最大值為18.1 mm，小于沉降控制基準(zhǔn)值30 mm，鐵路路基沉降監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)沉降最大值為LJ-63-04，累計(jì)沉降最大值為1.8 mm，小于沉降控制基準(zhǔn)值2.7 mm，表明在下穿段隧道各導(dǎo)洞開挖過程中及施工完成后，既有大臺鐵路安全可靠，說明超前深孔注漿對地層的預(yù)加固達(dá)到預(yù)期效果，保證了既有道路的安全。

4 結(jié)束語

本文首先介紹了砂卵石地層淺埋暗挖隧道超前深孔注漿理論，接著以八大處路～楊莊路下穿蘋果園段、臺大鐵路為工程實(shí)例，介紹了超前深孔注漿在砂卵石地層中的應(yīng)用，注漿后效果監(jiān)測表明地層力學(xué)性質(zhì)得到明顯改善，地層自穩(wěn)定性極大的提高，最后結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)一步表明超前深孔注漿的預(yù)加固效果明顯，能夠保證既有道路的安全性。