淺談水泥基洞外灌漿技術(shù)在隧道糾偏中的應(yīng)用

趙剛

（中國(guó)水利水電第八工程局有限公司鐵路公司工程科技部，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

1 概述

當(dāng)前，我國(guó)城市軌道交通發(fā)展迅猛，正處于大規(guī)模建設(shè)的高峰期，受地質(zhì)條件及周邊開發(fā)影響，地鐵運(yùn)營(yíng)隧道整體受力較設(shè)計(jì)初期發(fā)生較大變化，特別是軟弱地層地鐵隧道，出現(xiàn)不同程度沉降及位移，為確保地鐵隧道的安全運(yùn)營(yíng)，常規(guī)采取洞內(nèi)水泥基灌漿技術(shù)進(jìn)行線性糾偏回調(diào)，回調(diào)施工空間小，操作難度大，有效施工時(shí)間短，且只能在夜間停運(yùn)階段進(jìn)行。

結(jié)合深圳地鐵1 號(hào)線區(qū)間隧道糾偏工程，對(duì)不影響運(yùn)行前提下實(shí)現(xiàn)糾偏回調(diào)進(jìn)行了針對(duì)性研究。

圖1 深圳地鐵1 號(hào)線整治工程平面示意圖

圖2 糾偏前隧道沉降曲線圖

圖3 糾偏前隧道水平位移曲線圖

該區(qū)間受前海建設(shè)項(xiàng)目基坑開挖影響，區(qū)間隧道產(chǎn)生不均勻沉降及位移，沉降最大值達(dá)78.6mm，基坑側(cè)位移最大值達(dá)29.6mm。受影響區(qū)間隧道埋深12m～18m，所處地層自上至下依次為填土、淤泥、粘土、砂質(zhì)粘土和全、強(qiáng)、中風(fēng)化花崗巖，其中隧道主要穿越粘土、砂質(zhì)粘土和全、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，淤泥地層基本位于隧道拱頂上1m。

2 總體施工方案

為避免土體回調(diào)量被現(xiàn)狀隧道周邊松動(dòng)區(qū)吸收，并考慮類似工程注漿糾偏效果，通過注漿和卸土相結(jié)合的方法對(duì)隧道進(jìn)行糾偏。采用“小卸載+注漿”及“大卸載+注漿”方式對(duì)隧道進(jìn)行糾偏，方案實(shí)施過程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際效果調(diào)整和優(yōu)化。

工程整體施工流程為：臨建工程→小卸載及邊坡支護(hù)→左線水平糾偏袖閥管注漿→右線水平糾偏袖閥管注漿→左線豎向糾偏袖閥管注漿→右線豎向糾偏袖閥管注漿→大卸載及邊坡支護(hù)→壓密注漿加固→基坑回填。

2.1 施工重難點(diǎn)

本工程實(shí)施期地鐵1 號(hào)線要保持正常運(yùn)營(yíng)，如何保證按預(yù)期目標(biāo)對(duì)隧道進(jìn)行糾偏回調(diào)，不對(duì)其造成破壞或糾偏過度等是本工程的難點(diǎn)；合理選擇卸載及注漿組合及注漿工藝直接關(guān)系到糾偏效果，是本工程的重點(diǎn)。

2.2 隧道頂部覆土卸載及注漿對(duì)隧道糾偏效果分析

2.2.1 隧道頂部覆土卸載對(duì)隧道沉降回調(diào)效果分析

地面卸載前需對(duì)隧道卸載整體范圍、每次卸載分塊范圍、每次卸載厚度等參數(shù)進(jìn)行細(xì)化研究，并通過隧道自動(dòng)化監(jiān)測(cè)及地面施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋情況，有針對(duì)性的對(duì)隧道回調(diào)效果進(jìn)行分析，一是隧道頂部覆土卸載速率與隧道回調(diào)速率的關(guān)系；二是隧道頂部覆土卸載范圍及卸載厚度與隧道回調(diào)效果的關(guān)系。

2.2.2 水泥基灌漿技術(shù)實(shí)現(xiàn)隧道回調(diào)參數(shù)分析

不同地層對(duì)于漿液類型、漿液配合比及注漿壓力、注漿流量、注漿分段等有不同的要求，選擇適宜的注漿參數(shù)才能達(dá)到注漿的效果。項(xiàng)目實(shí)施前在周邊選擇與工程地質(zhì)類似的地段或在項(xiàng)目實(shí)施范圍內(nèi)選擇一試驗(yàn)段進(jìn)行注漿參數(shù)試驗(yàn)，主要試驗(yàn)內(nèi)容如下：漿液類型、漿液配合比、注漿壓力、注漿分段、袖閥管套殼料及注漿工藝等。

通過試驗(yàn)段確定各種條件下適宜的注漿參數(shù)并優(yōu)化袖閥管注漿工藝，選擇適宜的袖閥管、套殼料及注漿配套設(shè)施。

2.2.3 鉆孔設(shè)備及鉆孔工藝分析

目前國(guó)內(nèi)鉆孔設(shè)備主要分為地質(zhì)鉆和潛孔鉆兩種，兩種設(shè)備對(duì)于不同的地層均有不同的特點(diǎn)，其中地質(zhì)鉆對(duì)于巖層、孤石等適應(yīng)性強(qiáng)，潛孔鉆在土層中鉆進(jìn)速度快成孔效率高。通過分析各類型設(shè)備及配套工藝條件下功效及成孔率，選擇適宜的設(shè)備或設(shè)備組合開展鉆孔作業(yè)。

2.2.4 地面分區(qū)注漿分段長(zhǎng)度與隧道回調(diào)關(guān)系分析

本項(xiàng)目隧道糾偏主要采取豎向孔注漿進(jìn)行橫向糾偏、斜向孔深入隧道底部注漿進(jìn)行豎向糾偏，不同的分段長(zhǎng)度對(duì)隧道糾偏需選擇適宜的注漿參數(shù)，主要通過建模計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等手段研究袖閥管注漿長(zhǎng)度方向各點(diǎn)與隧道圓形切線的受力關(guān)系，通過計(jì)算分析及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定適宜的分段長(zhǎng)度和注漿參數(shù)。

3 現(xiàn)場(chǎng)糾偏回調(diào)實(shí)施方案

3.1 現(xiàn)場(chǎng)糾偏回調(diào)實(shí)施方案分為六個(gè)步驟：步驟一：對(duì)左線隧道上方2m 覆土先行卸載，局部釋放和回調(diào)已達(dá)臨界狀態(tài)的管片內(nèi)力和變形，并觀測(cè)土體卸載對(duì)隧道回調(diào)的作用；步驟二：對(duì)左、右線隧道基坑側(cè)土體進(jìn)行豎向袖閥管壓密注漿，加固基坑側(cè)土體，并通過控制注漿壓力對(duì)隧道進(jìn)行水平糾偏；步驟三：于左、右線隧道兩側(cè)各布置斜向袖閥管，袖閥管縱向間距1m，橫向布置3 排，向隧道底部進(jìn)行壓密注漿，并進(jìn)行豎向糾偏；步驟四：在注漿糾偏措施未能達(dá)到預(yù)期效果（回調(diào)30mm）時(shí)，對(duì)隧道上方土體進(jìn)行大面積卸載糾偏；按沉降超過50mm 的區(qū)段卸載至7.5m 深，沉降達(dá)到30～50mm 的區(qū)段卸載至5m 深，沉降小于30mm 的區(qū)域卸載至2.5m 的原則進(jìn)行縱向卸載分區(qū)。步驟五：卸載完畢后對(duì)隧道周邊土體進(jìn)行壓密注漿，注漿范圍隧道頂部3m，隧道兩側(cè)9m，隧道底部以下6m，并預(yù)留后續(xù)跟蹤注漿管。步驟六：卸載區(qū)在隧道洞周土體加固完畢后回填。

3.2 小荷載卸載糾偏

對(duì)左線隧道上方影響區(qū)段全長(zhǎng)進(jìn)行開挖卸載，卸載厚度2m，施工過程中分區(qū)域分塊進(jìn)行，從沉降最大位置向兩側(cè)開挖，采取淺層開挖方式逐層向下開挖，每層開挖深度不大于1m。根據(jù)沉降數(shù)據(jù)對(duì)土方卸載進(jìn)行分區(qū)，按沉降超過50mm 的區(qū)段、沉降達(dá)到30～50mm 的區(qū)段、沉降小于30mm 的區(qū)域進(jìn)行分區(qū)，將施工區(qū)域分為A、B、C、D、E 區(qū)共5 個(gè)區(qū)，考慮到C 區(qū)較長(zhǎng)，劃分為C-1、C-2、C-3 三個(gè)分區(qū)，具體參見分區(qū)示意圖(圖4)：施工順序由C-1 區(qū)中部沿隧道走向向兩側(cè)同步均衡開挖，整個(gè)長(zhǎng)度方向全面積下挖一層后，掉頭重新從C 區(qū)中部沿隧道走向向兩側(cè)同步均衡開挖，直至達(dá)到開挖深度。卸載同步對(duì)邊坡進(jìn)行掛網(wǎng)噴砼支護(hù)，避免邊坡坍塌。小荷載卸載后隧道回調(diào)效果見圖5。小卸載施工對(duì)隧道水平位移無明顯回調(diào)，豎向回調(diào)約3mm，最大沉降量減小至76mm 內(nèi)。

圖4 小卸載分區(qū)示意圖

圖5 小卸載產(chǎn)生的豎向回調(diào)曲線圖

3.3 大荷載卸載

在小荷載卸載未達(dá)到預(yù)期效果時(shí)，對(duì)隧道上方土體進(jìn)行大面積卸載糾偏。按“沉降超過50mm 的區(qū)段卸載至7.5m 深，沉降達(dá)到30～50mm 的區(qū)段卸載至5m 深，沉降小于30mm 的區(qū)域卸載至2.5m”的原則進(jìn)行縱向卸載分區(qū)。具體分區(qū)同小荷載卸載分區(qū)，為降低右線隧道在大面積卸載過程中產(chǎn)生較大回彈的風(fēng)險(xiǎn)，在隧道橫斷面方向上劃分為三個(gè)區(qū)域。區(qū)域一、三土體開挖深度相同，區(qū)域二（右線隧道上方）保留高于兩側(cè)區(qū)域3m 的土體，形成W 形基坑。施工流程按照由C 區(qū)沿著隧道縱向向兩側(cè)均衡同步開挖，橫斷面上先開挖區(qū)域一、三，再開挖區(qū)域二。施工分層按照0.50～1m，開挖抽條跳塊施工，每跳塊寬度5m 左右，每次開挖深度不超過1m，各分區(qū)、分段每次下挖一層后（即待全面積下沉一層），重新由C 區(qū)向兩側(cè)均衡同步開挖，直至達(dá)到設(shè)計(jì)開挖深度。施工過程中每層開挖深度根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

3.4 水泥- 水玻璃雙液漿袖閥管注漿

3.4.1 施工區(qū)段劃分

平面上橫向分為7 個(gè)施工區(qū)、縱向分為6 排孔位，豎向分為5 段依次自下而上同步注漿。根據(jù)沉降、位移的程度劃分的7 個(gè)區(qū)，最中間為沉降最大區(qū)域，橫向由以中心區(qū)為首開施工點(diǎn)，沿隧道方向往兩側(cè)同步施工；縱向根據(jù)與距離隧道由遠(yuǎn)及近依次從第1 排至第8 排逐步施工，第1 排、第2 排為止?jié){墻，止?jié){墻的作用一是形成帷幕防止?jié){液竄流，二是作為持力層對(duì)隧道附近土體造成反作用力以實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道的回調(diào)；單孔注漿垂直高度為9m，利用袖閥管的可控性，豎向自下而上劃分段注漿施工。

3.4.2 注漿材料及注漿參數(shù)

套殼料配合比：孔底段，水泥：粘土：水=1.0：0.3：1.0，孔口段，水泥：粘土：水=1.0：0.4：1.0；漿液配比：水泥漿水灰比1：1、水泥漿和水玻璃1：1；注漿段長(zhǎng)：注漿分段分5 段，段長(zhǎng)分別為2、2、2、2、1m；注漿壓力：第1 排0.5MPa、第2 排0.5MPa、第3 排0.3MPa、第4、5、6 排0.3～0.5MPa、第7、8 排0.3MPa；注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿壓力逐步升高，達(dá)到0.5MPa 后繼續(xù)注漿10 分鐘；隧道回調(diào)速率達(dá)2mm/d 后立即結(jié)束注漿。

3.4.3 鉆孔設(shè)備及鉆孔工藝

選取地質(zhì)鉆機(jī)和MDL-135D 型錨固鉆機(jī)兩種設(shè)備進(jìn)行鉆孔試驗(yàn)，分別選用不同的鉆頭和工藝進(jìn)行鉆孔，具體情況如表1 鉆孔方式分析表。

表1 鉆孔方式分析表

根據(jù)試驗(yàn)采用方式三MDL-135D 型錨固鉆機(jī)，在雜填土層采用沖擊鉆頭鉆進(jìn)作引孔后，下部更換三翼鉆頭回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。

3.4.4 注漿糾偏

注漿糾偏施工主要工序?yàn)椋恒@孔、袖閥管安裝、袖閥管開環(huán)、配置漿液、注漿、孔口封堵。其工序流程見圖6 注漿糾偏施工流程圖。

圖6 注漿糾偏施工流程圖

鉆孔主要采用地質(zhì)鉆+泥漿護(hù)壁成孔，覆蓋層遇到大塊石鉆進(jìn)困難時(shí)，采用錨固鉆機(jī)進(jìn)行跟管鉆進(jìn)；注漿采用水泥+水玻璃混合漿液灌注。糾偏注漿鉆孔深度為伸入中風(fēng)化花崗巖內(nèi)，水平糾偏孔深一般為26m，豎直糾偏孔深一般為30m。

注漿順序：由隧道外側(cè)往隧道側(cè)進(jìn)行注漿，隔孔交替注漿。結(jié)合注漿孔分排分區(qū)情況，擬定的水平糾偏分排分區(qū)注漿順序見表2 水平糾偏分排分區(qū)注漿順序：

表2 水平糾偏分排分區(qū)注漿順序

豎向糾偏分排分區(qū)注漿順序見表3 豎向糾偏分排分區(qū)注漿順序：

表3 豎向糾偏分排分區(qū)注漿順序

由于YZB-50/70 雙液注漿泵注漿過程中壓力波動(dòng)較大，注漿方式為液壓脈沖式，對(duì)隧道安全不利，為保證注漿過程中隧洞的安全，隧洞附近的2 排注漿孔采用150 型泥漿泵分別注入水泥漿和水玻璃，該泵輸出壓力穩(wěn)定，流量可控，配合比可調(diào)，可適用于不同要求的雙液注漿。

4 糾偏成果

經(jīng)有限元分析結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果對(duì)比如下：

4.1 實(shí)際小范圍卸載影響（地下水位保持初始水位2.9m 不變）有限元分析結(jié)果顯示隧道受小范圍卸載影響較小。

4.2 實(shí)際水平糾偏分析

有限元分析結(jié)果顯示左線水平變形25-30mm（實(shí)際水平糾偏引起最大水平位移28mm），左線隧道豎向位移5-15mm（實(shí)際水平糾偏引起最大豎向位移18mm），有限元分析結(jié)果與實(shí)際工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較為吻合。

4.3 預(yù)期豎向糾偏

有限元分析結(jié)果顯示左線水平變形-5～7mm，左線隧道豎向位移10-15mm，該有限元分析結(jié)果忽略了水平糾偏產(chǎn)生的加固作用，實(shí)際工程中，斜孔豎向糾偏的措施在水平糾偏加固以后實(shí)施，所以水平糾偏對(duì)土體產(chǎn)生的加固作用不可忽視。

4.4 實(shí)際豎向糾偏分析

從分析結(jié)果來看，有限元結(jié)果顯示左線水平變形-4～4mm，左線隧道豎向位移0-2mm，有限元分析結(jié)果與實(shí)際工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較為吻合，斜孔豎向糾偏在水平糾偏加固之后實(shí)施糾偏效果微弱。實(shí)際工程中，通過自動(dòng)化監(jiān)測(cè)控制地鐵隧道管片變形值，從而控制隧道在安全范圍以內(nèi)。

結(jié)束語

深圳地鐵1 號(hào)線區(qū)間隧道糾偏工程已圓滿完成，本工程結(jié)合沿海地區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)，采用地面土體控制性卸載和袖閥管注漿技術(shù)，通過選取不同地層袖閥管注漿工藝及袖閥管注漿參數(shù)、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)等對(duì)隧道豎向和水平變形進(jìn)行糾偏回調(diào)，效果顯著，期間未對(duì)既有運(yùn)營(yíng)區(qū)間產(chǎn)生不良影響，確保了其正常運(yùn)營(yíng)，對(duì)類似地鐵工程糾偏技術(shù)有著十分重要的借鑒作用。