注漿水平糾偏的作用規(guī)律與影響因素

程雪松，高潔，潘軍，白如冰，鄭剛

(天津大學(xué) a. 濱海土木工程結(jié)構(gòu)與安全教育部重點(diǎn)實驗室；b. 建筑工程學(xué)院，天津 300072)

注漿法利用漿液體積的膨脹引起周圍土體位移場的變化，從而對工程施工引起的土體及結(jié)構(gòu)物的變形進(jìn)行補(bǔ)償。目前，關(guān)于注漿法的原理及其工程應(yīng)用的研究已經(jīng)取得了一定進(jìn)展。

對注漿抬升地層的研究往往通過數(shù)值模擬的方法進(jìn)行，不同學(xué)者對地層抬升的模擬方法不同。唐智偉等[1]采用鏡像原理計算注漿引起地層抬升的解析解，并運(yùn)用FLAC 3D軟件，通過在單元上施加膨脹壓力模擬注漿抬升過程。侯艷娟等[2]在研究中采用ABAQUS軟件，通過施加各向同性面力的方法模擬抬升力。Zhang等[3]采用FLAC 3D程序?qū)⒐酀{區(qū)簡化為一系列球形灌漿球筒模擬注漿體的非均勻膨脹過程。Zhang等[4]通過對盾構(gòu)開挖引起的隧道周圍擾動區(qū)施加規(guī)定的體積應(yīng)變，模擬注漿對長期地表沉降演化以及地表損失的影響。

關(guān)于注漿過程的理論研究也在不斷發(fā)展。Li[5]根據(jù)松散地基的不均勻分布模式，推導(dǎo)了地表沉降與理論注漿量的關(guān)系，結(jié)果表明，地表沉降最大值與注漿量呈線性關(guān)系。Guo等[6]采用隨機(jī)介質(zhì)理論計算注漿引起的地表位移，分析了不同注漿條件下各參數(shù)對隆起位移的影響，地表隆起位移隨注漿深度的增大而減小，隨漿液擴(kuò)散半徑、注漿壓力的增大而增大。周茗如等[7]基于結(jié)構(gòu)性黃土劍橋模型的圓孔擴(kuò)張理論，考慮排水條件建立了基于擴(kuò)孔理論的劈裂注漿起裂壓力分析模型，推導(dǎo)了塑性區(qū)、破壞區(qū)半徑及豎向、水平劈裂注漿壓力的理論解。魏久傳等[8]運(yùn)用步進(jìn)式算法進(jìn)行了動參量裂隙注漿擴(kuò)散機(jī)制的研究，階段式遞降速率裂隙注漿可有效降低注漿終壓，階段式梯級增壓裂隙注漿可有效增加漿液的最大擴(kuò)散距離。

注漿法的應(yīng)用研究往往出于工程需要。張晨[9]介紹了微擾動注漿技術(shù)在控制隧道變形中的應(yīng)用，微擾動注漿可有效加固土體、減小隧道收斂變形。高永[10]將微擾動雙液注漿技術(shù)適當(dāng)調(diào)整后應(yīng)用于南京地鐵隧道，該方法適用性良好。Zhu等[11]對深圳地鐵隧道的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，注漿后隧道的水平收斂、橢圓度均減小。郭健[12]對隧道注漿抬升的地層情況進(jìn)行了研究，結(jié)果表明“上軟下硬”地層中隧道抬升效果最好。朱瑤宏等[13]通過注漿法對軟土地層的隧道沉降進(jìn)行補(bǔ)償發(fā)現(xiàn)，隧道抬升穩(wěn)定后，將雙液漿替換成單液漿效果更明顯。

除了工程實踐、理論分析及數(shù)值模擬研究，很多學(xué)者也采用注漿試驗的方法開展研究。Shimada等[14]通過注漿試驗，揭示了注漿材料的性狀與土體變形的關(guān)系，利用兩階段灌漿可將透水性土改良為不透水性土。Zheng等[15]進(jìn)行了室內(nèi)注漿試驗，結(jié)果表明，在低固結(jié)度的欠固結(jié)土中進(jìn)行注漿，可以獲得較短的初固結(jié)時間和較高的初固結(jié)末注漿效率。郭佳奇等[16]進(jìn)行了粉細(xì)砂地層注漿模型試驗，結(jié)果表明，超細(xì)水泥比水玻璃更適合加固粉細(xì)砂地層。Wang等[17]通過室內(nèi)注漿試驗，研究了壓力注漿的主要特點(diǎn)以及隨著灌漿壓力的增大不同灌漿的擴(kuò)散模式。

近些年，由于城市的發(fā)展，在盾構(gòu)隧道附近進(jìn)行基坑工程施工的案例屢見不鮮。由于基坑開挖引發(fā)的基坑外土體變形常常會引發(fā)臨近隧道產(chǎn)生朝向基坑的水平位移及變形，若隧道變形過大，則極易導(dǎo)致隧道管片開裂、錯臺，甚至滲漏，對隧道的結(jié)構(gòu)安全及地鐵列車運(yùn)營造成重大影響。由此，目前注漿技術(shù)也已成功應(yīng)用于基坑引發(fā)的隧道水平位移的控制與恢復(fù)。鄭剛等[18]通過現(xiàn)場注漿試驗，研究了袖閥管注漿過程中相關(guān)參數(shù)對周圍土體水平位移的影響，并為注漿方案選擇提供了建議。鄭剛等[19]通過實測數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果，分析了主動注漿控制隧道變形的效果，建議隧道糾偏時采用“近距離、多孔位、小方量”的注漿方案。朱旻等[20]結(jié)合模型試驗和有限元模型研究了不同注漿壓力和注漿位置下隧道變形的發(fā)展規(guī)律。高翔等[21]通過有限元軟件ABAQUS建立了考慮漿液注入的二維流固耦合模型，對通過打設(shè)斜管注漿對隧道進(jìn)行豎向糾偏的規(guī)律進(jìn)行研究。

然而，雖然目前在注漿理論及注漿抬升工程應(yīng)用方面已有較多研究，但針對注漿過程中土體參數(shù)和注漿參數(shù)對注漿控制水平位移效果的影響缺乏系統(tǒng)研究，限制了注漿在控制隧道水平位移及變形方面的應(yīng)用。筆者基于天津地區(qū)的一個注漿控制土體水平位移試驗，利用大型有限元計算軟件PLAXIS開展了注漿控制土體水平位移的系統(tǒng)模擬，研究土質(zhì)條件、注漿量、注漿距離、注漿長度及注漿深度對土體水平位移注漿控制效果的影響規(guī)律。

1 現(xiàn)場注漿試驗及有限元模型

1.1 現(xiàn)場注漿試驗

選擇天津市某基坑工程與既有地鐵隧道結(jié)構(gòu)之間的場地開展注漿原位試驗。試驗場地與地鐵隧道距離超過20 m，距離基坑地連墻10 m，由于試驗場地與隧道及基坑的距離均較遠(yuǎn)，可以認(rèn)為基坑及隧道對注漿試驗無影響。試驗采用單根袖閥管注漿，袖閥管T的注漿量為2 m3，注漿孔位到基坑地連墻的距離為10 m，試驗過程中布置高精度測斜管測量土體的水平位移，注漿孔及監(jiān)測點(diǎn)布置如圖1所示。天津地區(qū)的地鐵隧道直徑通常是6.2 m，隧道頂部

圖1 注漿孔及監(jiān)測點(diǎn)布置示意圖Fig.1 Layout diagram of grouting holes and monitoring

埋深大部分分布在10～20 m，因此，注漿范圍取埋深15～20 m。根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》，盾構(gòu)隧道周邊3 m范圍內(nèi)不得進(jìn)行任何施工，因此，3個測斜孔I2、I4、I5到注漿孔的距離分別取3、6、9 m。采用振弦式高精度孔壓計測量注漿孔附近孔壓的變化，在袖閥管另一側(cè)距離3 m的位置沿土深方向布置孔壓計，孔壓計P1～P5的埋置深度分別為5、10、15、18、20 m。

試驗采用水泥-水玻璃化學(xué)雙液漿，配比為水泥∶水玻璃∶水=1∶2.5∶3.43，漿液速凝時間為20 s。根據(jù)工程經(jīng)驗，注漿速率為15～20 L/min，注漿壓力值為0.3～1.0 MPa。

1.2 有限元模型

采用PLAXIS 3D有限元軟件模擬注漿過程，土體本構(gòu)模型采用小應(yīng)變硬化模型，即HSS模型。采用應(yīng)變法對注漿過程進(jìn)行模擬，參數(shù)設(shè)置主要包括膨脹范圍及膨脹量，膨脹范圍指發(fā)生壓密注漿和劈裂注漿的區(qū)域。通過對選定的膨脹范圍施加膨脹量來模擬壓密和劈裂過程，模擬計算注漿過程中周圍土體的位移情況。膨脹量通過對膨脹范圍施加體積應(yīng)變εv來實現(xiàn)，計算如式(1)所示。

(1)

式中：Vg為注漿量；Vc0為模擬中選定的膨脹范圍的體積。

單孔注漿為軸對稱問題，建立幾何模型時只需按照對稱性原則建立1/4模型。規(guī)定坐標(biāo)系統(tǒng)時，選擇與注漿中心線重合的方向為z軸，在與之垂直的平面上正交的兩個方向分別為x軸、y軸。假定注漿膨脹范圍為半徑0.8 m的圓柱體。按照試驗設(shè)計，注漿埋深為15～20 m，注漿長度為5 m。為消除邊界效應(yīng)的影響，模型在x軸、y軸、z軸方向上的長度均取30 m。模型的邊界條件采取上邊界為自由邊界，下邊界為固定邊界，水平方向采用水平約束。

表1 場地土層物理力學(xué)參數(shù)

為了考慮注漿體非均勻膨脹、土體超固結(jié)比及超孔壓消散裂隙的影響，在距離注漿孔1.5 m的位置設(shè)置孔壓消散面單元。采用固結(jié)算法考慮注漿結(jié)束后超孔壓消散效應(yīng)。注漿模擬的有限元模型如圖2所示。

圖2 注漿模擬有限元模型Fig.2 Finite element model of grouting

1.3 現(xiàn)場試驗結(jié)果與有限元計算結(jié)果的對比

將注漿后土體水平位移的有限元計算結(jié)果與實測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如圖3所示。注漿距離取3 m時，土體水平位移沿深度方向先增加后減小，并且在埋深15 m附近取得位移最大值。隨著注漿距離的增大，土體位移減小，同時，注漿體附近的土體產(chǎn)生的水平位移與地表處及土體深層的水平位移值差異減小，土體變形最值點(diǎn)的埋深逐漸上移。該結(jié)論與鄭剛等[19]的實測數(shù)據(jù)的規(guī)律一致。分析其原因，注漿距離較小時，注漿效果主要集中于注漿體周圍，當(dāng)注漿距離增大，注漿體膨脹推動土體變形的作用隨著向遠(yuǎn)處傳播逐漸減小，并且注漿體以上范圍的區(qū)域內(nèi)土壓較小，導(dǎo)致該部分土體更容易發(fā)生變形。

由圖3可以看出，測斜孔I2、I4、I5的土體水平位移實測數(shù)據(jù)與有限元模擬中距離注漿孔3、6、9 m位置處土體水平位移的計算結(jié)果吻合較好，土體水平位移沿深度方向近似于15 m埋深的對稱分布。將孔壓監(jiān)測點(diǎn)P1～P5監(jiān)測的注漿體周圍土體的超孔壓實測值與有限元計算結(jié)果比較，如圖4所示，兩條曲線規(guī)律一致，同時，孔壓沿深度方向的變化規(guī)律也與土體水平位移的規(guī)律一致?？傮w來講，可認(rèn)為采用該數(shù)值模型得到的結(jié)果可靠。

圖3 注漿后土體水平位移實測數(shù)據(jù)與有限元計算結(jié)果的對比Fig.3 Comparison of the measured horizontal displacements in soil after grouting with the finite element calculation

圖4 孔壓監(jiān)測點(diǎn)P1～P5實測超孔壓與有限元計算結(jié)果的對比Fig.4 Comparison of measured excess pore pressure and finite element results at monitoring points

2 數(shù)值模擬研究工況

利用上述有限元模型，進(jìn)一步研究土體參數(shù)變化和注漿參數(shù)變化對注漿效果的影響，工況設(shè)計見表2。數(shù)值模擬時為簡化計算過程，采用單一土層建立有限元模型，不同參數(shù)如表3所示。由于研究對象多樣，為分析盡量多的變量影響，在確定唯一主要變量的條件下，也可變化其他參數(shù)來研究土體變形規(guī)律。劃分工況類別時以主要變量為依據(jù)，研究工況包括6種，分別是土體強(qiáng)度參數(shù)、土體剛度參數(shù)、注漿量、注漿距離、注漿長度以及注漿深度作為主要變量的情況。

表2 工況設(shè)計表

表3 土體參數(shù)

3 模擬結(jié)果

3.1 土質(zhì)條件對注漿效果的影響

3.1.1 土體強(qiáng)度參數(shù)對注漿效果的影響 天津地區(qū)的地鐵隧道所處地層往往也是注漿所處地層，土體類型主要是黏土、粉土和粉質(zhì)黏土。通過統(tǒng)計天津地區(qū)不同隧道的土層條件，得到土體參數(shù)的變化范圍，其中，粉土的黏聚力為5～20 kPa，摩擦角為30°～40°；粉質(zhì)黏土的黏聚力為10～25 kPa，摩擦角為15°～35°；黏土的黏聚力為15～30 kPa，摩擦角為10°～25°。為討論不同土體強(qiáng)度參數(shù)對注漿效果的影響，假定其他參數(shù)相同，僅改變5種土體參數(shù)，其中1#是粉土、2#是粉黏土、3#是粉黏土、4#是粉黏土、5#是黏土，以上土體參數(shù)取值情況見表3。

選取埋深為15 m處(注漿范圍頂部)的土體為研究對象，注漿量取1 m3，將注漿后土體水平位移與土體到注漿中心點(diǎn)距離的關(guān)系繪制成曲線，如圖5所示。從圖5可以看出：當(dāng)注漿量一定時，5種土體強(qiáng)度參數(shù)的曲線變化規(guī)律相同，土體水平位移與距離注漿點(diǎn)的遠(yuǎn)近呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，并且衰減速率隨著土體與注漿點(diǎn)距離的增加而逐漸減小。注漿后土體水平位移隨深度變化的關(guān)系如圖6所示，可以看出，土體水平位移隨埋深的增加先增大后減小，注漿后產(chǎn)生的土體水平位移最大值接近?？傮w上看，取不同的土體強(qiáng)度參數(shù)時，土體水平位移沿水平方向以及沿深度方向的變化規(guī)律一致且數(shù)值差別不大，因此，可認(rèn)為土體強(qiáng)度參數(shù)對土體水平位移影響較小。

圖5 不同強(qiáng)度土體注漿后土體水平位移與水平距離的關(guān)系Fig.5 Relationship between horizontal soil displacement and horizontal distance after grouting under different soil

圖6 不同強(qiáng)度土體縱剖面土體的水平位移Fig.6 Horizontal soil displacement in longitudinal section

3.1.2 土體剛度參數(shù)對注漿效果的影響 統(tǒng)計天津地區(qū)地鐵隧道所處土層的剛度范圍，粉質(zhì)黏土的再壓縮模量為15～35 MPa，HSS本構(gòu)模型中Eur與該值接近，且Eur=5E50，因此，分別取E50=3 MPa、E50=5 MPa、E50=9 MPa。土體強(qiáng)度參數(shù)與3#粉黏土一致，黏聚力為10 kPa，摩擦角為25°。采用小應(yīng)變土體硬化模型，按照工程經(jīng)驗取E50=Eoed、Eur=5E50、G0=2.7Eur。注漿量取1 m3，注漿范圍取15～20 m。注漿范圍頂部的土體位移隨水平距離的變化情況如圖7所示。距離注漿孔3 m的土體水平位移隨深度的變化情況如圖8所示。

圖7 不同剛度土體注漿后土體水平位移與水平距離的關(guān)系Fig.7 Relationship between horizontal soil displacement and horizontal distance after grouting under different soil

圖8 不同剛度土體縱剖面土體的水平位移Fig.8 Horizontal soil displacement in longitudinal section under different soil

由圖7可知，土體剛度越小，注漿引起的土體水平位移越大，這是由于土體剛度較大時，注漿體膨脹受到周圍土體的約束較大，因而對土體產(chǎn)生的推動作用較小。從數(shù)值上看，剛度變化2 MPa時，土體位移的差值最大是1 mm左右，位移變化不大。由圖8可知，土體剛度變化時，注漿后土體水平位移隨深度變化的規(guī)律與前述相同，近似于15 m埋深位置的對稱分布。在注漿量一定時，E50數(shù)值逐漸增大，導(dǎo)致水平位移曲線向縱坐標(biāo)軸靠近，包絡(luò)范圍隨之逐漸減小，即注漿補(bǔ)償效果減弱。

總體上看，對于軟土地層，土體強(qiáng)度與剛度參數(shù)對注漿效果的影響不大，注漿法可廣泛采用。

3.2 注漿量對土體水平位移的影響

結(jié)合工程實際，注漿量在0.5～3 m3范圍內(nèi)變化取值，比較不同注漿量下的土體水平位移。當(dāng)注漿量處于0.5～1 m3范圍時，間隔0.1 m3進(jìn)行取值。當(dāng)注漿量處于1～3 m3范圍時，間隔0.5 m3進(jìn)行取值。土體類型為黏聚力10 kPa、摩擦角35°的粉黏土，剛度參數(shù)為E50=5 MPa，注漿深度為埋深15～20 m。以距離注漿孔3、6、9 m處的土體為研究對象，將埋深為15 m處的土體水平位移與注漿量之間的關(guān)系做成曲線圖，結(jié)果如圖9所示。

圖9 當(dāng)E50=5 MPa時注漿量與土體位移的關(guān)系Fig.9 Relationship between grouting volume and soil displacement for the case of E50=5

由圖9可見：1)土體水平位移與注漿量呈正相關(guān)線性關(guān)系，并且該關(guān)系形式與土體到注漿點(diǎn)的距離無關(guān)；2)土體距離注漿點(diǎn)較近時，土體水平位移隨注漿量的增加而快速增加，注漿效果顯著；3)距離注漿點(diǎn)越遠(yuǎn)的土體，其水平位移隨注漿量變化的速率越小。若使土體發(fā)生4 mm的水平位移，當(dāng)注漿點(diǎn)距離糾偏對象3 m時，注漿量需要0.7 m3左右，而當(dāng)注漿點(diǎn)距離糾偏對象9 m時，則需要的注漿量大于3 m3。因此，在利用注漿糾偏隧道的工程實踐中，為保證同等注漿量下獲得的注漿效果最優(yōu)，注漿位置應(yīng)盡量選擇在靠近隧道的區(qū)域。

3.3 注漿距離對土體水平位移的影響

選取3種注漿量分別為0.5、1.0、1.5 m3，3種土體剛度參數(shù)E50分別為3、5、9 MPa，土體類型為黏聚力10 kPa、摩擦角35°的粉黏土，注漿深度為埋深15～20 m，對埋深為15 m位置的土體進(jìn)行分析。

將以上幾種注漿條件下注漿距離與土體水平位移的關(guān)系歸納在一張圖上，結(jié)果如圖10所示。由圖10可見：1)在注漿量一定時，土體水平位移隨著與注漿點(diǎn)距離的增加而減小，并且減小速率逐漸變緩，土體水平位移逐漸趨向某一穩(wěn)定值；2)在相同的土體模量條件下，注漿量增加使注漿點(diǎn)附近土體的水平位移明顯增加，而遠(yuǎn)處土體的位移變化較?。?)土體剛度的提高會使土體水平位移稍微減小，而隨著與注漿點(diǎn)距離的增加，這種變化趨于不明顯。注漿距離的改變對注漿效果的影響更加直觀，在注漿糾偏隧道的過程中，要重點(diǎn)考量注漿點(diǎn)的位置，如果注漿距離過大，將不能充分利用注漿體的變形控制優(yōu)勢，達(dá)不到預(yù)計的注漿效果。

圖10 注漿距離對土體水平位移的影響匯總以及S0.5示意Fig.10 Influence of grouting distance on horizontal soil displacement and diagram of

在橫坐標(biāo)上距離注漿點(diǎn)2 m的位置作出一條豎直線，該直線與圖中的若干曲線相交可得一系列交點(diǎn)，過以上交點(diǎn)作水平直線即可得到對應(yīng)位置的水平位移值。以這個位移值為基準(zhǔn)，乘以系數(shù)0.5，將其作為目標(biāo)水平位移值，即確定縱坐標(biāo)位置，之后可以得到曲線上該點(diǎn)的橫坐標(biāo)，即該位置與注漿點(diǎn)的距離。經(jīng)過以上操作，發(fā)現(xiàn)50%位移值對應(yīng)的橫坐標(biāo)集中在同一位置，與注漿點(diǎn)的距離為3.17 m，與注漿量和土體參數(shù)均無關(guān)。

如果定義位移基準(zhǔn)值的效率為100%，對應(yīng)的橫坐標(biāo)距離記作S1，那么容易得到50%位移值的效率為50%，相應(yīng)的距離表示為S0.5。從圖中可以得到S1=2 m，近似地，S0.5=3 m。

按照相同的方式，可以確定出效率為20%的注漿距離S0.2，如圖11所示。同樣地，可以發(fā)現(xiàn)20%注漿效率的注漿距離與注漿量無關(guān)，與土體剛度參數(shù)也無關(guān)。從圖中可以得到S0.2= 5.95 m，近似記作S0.2=6 m。

圖11 注漿距離對土體水平位移的影響匯總以及S0.2示意Fig.11 Influence of grouting distance on horizontal soil displacement and diagram of

上述結(jié)果可以作為注漿距離、注漿量選擇的參考依據(jù)。具體方法與前述一致，通過在圖中作水平、豎向直線的方式，可以確定給定效率值下的水平位移與到注漿點(diǎn)的距離，如圖12所示。在實際工程中，除了目標(biāo)水平位移對應(yīng)的注漿距離S1，可以將S0.2和S0.5作為注漿參數(shù)的參考依據(jù)，以滿足不同點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)效益要求。

圖12 注漿距離對土體水平位移的影響以及設(shè)計參考示意Fig.12 Influence of grouting distance on horizontal soil displacement and design reference

3.4 注漿長度對土體水平位移的影響

3.4.1 注漿長度對土體水平位移沿深度方向變化的影響 注漿長度分別取3、5、7 m，將注漿范圍的頂部埋深固定在14 m，即3種注漿范圍分別為埋深14～17 m、14～19 m、14～21 m。選取注漿量為1 m3，土體類型為黏聚力10 kPa、摩擦角35°的粉黏土，土體模量為E50=5 MPa，對距離注漿點(diǎn)3 m的土體進(jìn)行分析，并繪制土體水平位移隨埋深變化曲線，如圖13所示。

圖13 注漿距離3 m時縱剖面土體水平位移Fig.13 Horizontal soil displacement in longitudinal section when the grouting distance is 3

從圖13可見：1)不同注漿長度條件下，土體水平位移均在埋深15 m附近取得最大值，注漿長度增大時，15 m埋深以下的土體位移增大，而15 m埋深以上的土體位移減小，這是由于注漿范圍頂部埋深不變，注漿長度增加以后，整個注漿體的中心下移，注漿效果更多作用于下方區(qū)域的土體；2)當(dāng)注漿長度從3、5 m增加到7 m，對應(yīng)的水平位移最大值分別為7.7、6.1、4.9 mm，注漿長度7 m時的位移最大值相較于注漿長度3 m時的值減小了36.4%，相較于注漿長度5 m時的值減小了19.7%，可以看出，注漿長度較小時，作用力更為集中，土體水平位移最大值較大；3)在埋深17 m以上，相同埋深位置處，注漿長度較小時，土體水平位移更大，在埋深17 m以下，注漿長度較小時，土體水平位移偏小。

綜上可以得到：當(dāng)其他條件一致時，注漿長度增加會導(dǎo)致土體水平位移的最大值減小，同時位移曲線包絡(luò)線的范圍也從窄尖形變化到寬扁形，即注漿長度較小時注漿影響范圍集中，注漿長度較大時影響較為分散。在實際糾偏工程中，適量增大注漿長度有助于擴(kuò)大注漿影響范圍，在影響區(qū)內(nèi)發(fā)揮注漿體對土體及結(jié)構(gòu)變形的影響作用，使糾偏對象均勻變形，從而達(dá)到注漿糾偏的目的。

3.4.2 注漿長度對土體水平位移沿深度方向最值出現(xiàn)位置的影響 改變注漿長度，對縱深方向上土體水平位移取得最大值的位置進(jìn)行研究。選取注漿量為0.5、1.0、1.5 m3，其他參數(shù)均與上文相同，將不同注漿長度下最大水平位移的埋深與土體到注漿點(diǎn)距離的變化關(guān)系進(jìn)行匯總，結(jié)果如圖14所示。不同注漿長度時，土體水平位移最大值的埋深如表4所示。

圖14 不同注漿長度時土體位移最值點(diǎn)與注漿距離的關(guān)系匯總Fig.14 Relationship between depth of maximum soil displacementand grouting distance under different grouting

表4 不同注漿長度時位移最值點(diǎn)的埋深

由圖14可見：1)水平位移最大值集中出現(xiàn)在15 m附近(注漿范圍中點(diǎn)的上方)，并且土體距離注漿點(diǎn)越遠(yuǎn)，其水平位移最大值的埋深越小，這是由于距離注漿點(diǎn)較遠(yuǎn)時，注漿體的膨脹作用沿土體深度方向的影響范圍增大，由于上層土體的土壓較小，因而注漿體上方土體會產(chǎn)生較大變形；2)由表4可知，在距離注漿點(diǎn)9 m的位置，當(dāng)注漿量取1.5 m3時，注漿長度7 m時最大值的埋深比注漿長度3 m時靠下1.6 m，可以看出，注漿長度增加時，水平位移最大值的埋深隨之增加，該結(jié)論與鄭剛等[18]的研究結(jié)論一致，當(dāng)注漿體底部位置固定時，注漿長度增大，最值點(diǎn)的埋深會上移；3)注漿長度一定時，注漿量增加使位移最大值埋深朝著遠(yuǎn)離注漿點(diǎn)方向衰減的速率增大，即注漿量越大，遠(yuǎn)離注漿位置處的土體水平位移最大值埋深越來越淺。

由此可見，在注漿糾偏的實際工程中，需要綜合考慮注漿點(diǎn)與糾偏對象的間距、糾偏對象的深度范圍等因素，保證注漿影響范圍與糾偏對象范圍一致，才能達(dá)到理想的注漿效果。

3.4.3 注漿長度對土體水平位移沿水平方向分布的影響 選取注漿量為1.0 m3，其他參數(shù)均與上文相同，對注漿范圍頂部位置(埋深14 m)距離注漿點(diǎn)3、6、9 m的土體進(jìn)行分析，土體水平位移與土體到注漿點(diǎn)對稱軸距離的關(guān)系曲線如圖15所示。注漿點(diǎn)對稱軸處的土體水平位移值見表5。

圖15 不同注漿長度時土體位移沿水平方向分布匯總Fig.15 Distribution of soil displacement along the horizontal direction under different grouting

表5 不同注漿長度時土體水平位移最大值

由圖15可見：1)注漿長度較小時，注漿點(diǎn)附近土體產(chǎn)生的水平位移較大，且注漿長度變化對注漿點(diǎn)鄰近土體位移變化影響較大，對遠(yuǎn)處土體位移變化影響較?。?)土體距離注漿點(diǎn)的遠(yuǎn)近影響土體水平位移的分布形式，距離較小時分布較為集中，距離較遠(yuǎn)時分布較為分散；3)注漿距離取3 m時，3種注漿長度下的位移曲線相差很大，由表5可知，注漿長度3 m時的最大水平位移值比注漿長度7 m時大1.8 mm，注漿距離取9 m時，3條曲線趨于重合，注漿長度3 m時的最大水平位移值比注漿長度7 m時大0.2 mm?？梢钥闯?，注漿距離較遠(yuǎn)，超出注漿影響范圍時，注漿長度對注漿效果的影響可以忽略不計。

3.5 注漿深度對土體水平位移的影響

3.5.1 注漿深度對土體水平位移沿深度方向變化的影響 注漿范圍頂部埋深分別采用14、16、19 m，注漿長度為3 m，即3種注漿范圍分別為14～17 m、16～19 m、18～21 m。取注漿量為1 m3，土體類型為黏聚力10 kPa、摩擦角35°的粉黏土，土體模量為E50=5 MPa，對距離注漿點(diǎn)3 m的土體進(jìn)行分析，研究注漿深度變化時土體水平位移隨埋深的變化規(guī)律，如圖16所示。不同注漿深度的土體水平位移最大值見表6。

圖16 注漿距離3 m時不同注漿深度時縱剖面土體的水平位移Fig.16 Horizontal soil displacement in the longitudinal section under different grouting depthswhen the grouting distance is 3

表6 不同注漿深度時土體水平位移最大值

由圖16可見，土體水平位移隨埋深變化的曲線均為先增大后減小的右凸曲線，曲線形式發(fā)生平移，并不因注漿埋深變化而改變。由表6可知，注漿埋深14、16、18 m的土體水平位移最大值分別是7.7、7.5、7.4 mm，隨埋深增加逐漸減小，但總體相差不大。隨著注漿范圍頂部埋深的下移，曲線發(fā)生整體下移。

3.5.2 注漿深度對土體水平位移沿深度方向最大值出現(xiàn)位置的影響 注漿深度及其他參數(shù)與上文相同，對比距離注漿點(diǎn)3、6、9 m的土體水平位移取得最大值時的埋深，結(jié)果見圖17。不同注漿深度時，最值點(diǎn)的埋深見表7。

圖17 注漿量1 m3時不同注漿埋深土體位移最值點(diǎn)與注漿距離的關(guān)系Fig.17 Relationship between depth of maximum soil displacement and grouting distance under different grouting depths when the grouting volume is 1

表7 不同注漿深度時位移最值點(diǎn)的埋深

由圖17可見：1)任意埋深情況下，距離注漿點(diǎn)越遠(yuǎn)的土體，其水平位移取得最大值的位置越靠近地表；2)注漿深度距離地表越遠(yuǎn)，各點(diǎn)處土體水平位移取得最大值的位置也越深。由表7可知，在注漿距離3、9 m的位置，注漿埋深14、16 m的土體水平位移最大值的埋深差值分別是1.93、2.01 m，注漿埋深16、18 m的最大值的埋深差值分別是1.95、2.4 m，注漿埋深的變化量與最值位置的變化量幾乎相同，都在2 m左右。

3.5.3 注漿深度對土體水平位移沿水平方向分布的影響 參數(shù)選取與上文相同，以距離注漿點(diǎn)3、6 m位置注漿范圍頂部的土體為研究對象，分析土體水平位移沿水平方向的分布情況，結(jié)果見圖18。

圖18 不同注漿深度時土體沿水平方向位移分布Fig.18 Soil displacement distribution along horizontal direction under different grouting

由圖18可見：1)注漿埋深變化時，土體水平位移在水平方向上的分布規(guī)律不變，以注漿點(diǎn)對稱軸位置為中心，向兩側(cè)同步遞減，3條曲線的位移值幾乎重合；2)距離注漿點(diǎn)對稱軸3 m的土體水平位移值普遍大于距離注漿點(diǎn)對稱軸6 m的土體水平位移值，在注漿點(diǎn)鄰近區(qū)域內(nèi)，土體的水平位移差較大，而在距離注漿點(diǎn)較遠(yuǎn)的地方，兩種情況的土體位移值接近。

4 結(jié)論

在天津市某基坑工程與既有地鐵隧道結(jié)構(gòu)之間開展注漿原位試驗，建立符合工程實際的有限元模型，并驗證其計算結(jié)果的可靠性。在此基礎(chǔ)上，利用有限元分析注漿引起的土體水平位移沿水平方向和深度方向的分布規(guī)律，歸納包括土質(zhì)條件、注漿量、注漿距離、注漿長度以及注漿深度等參數(shù)對注漿后土體水平位移的影響。主要結(jié)論如下：

1)注漿引起周邊土體產(chǎn)生的水平位移沿深度方向先增大后減小，注漿范圍在15～20 m的注漿體引起周邊土體在15 m埋深位置取得水平位移最大值。利用注漿法控制糾偏對象水平位移時，注漿范圍的頂部應(yīng)布置在糾偏對象變形最大的位置。

2)土體的強(qiáng)度參數(shù)和剛度參數(shù)變化僅會小幅影響注漿引起的土體水平位移。對于軟土地層，注漿控制隧道水平位移有較好的適用性。

3)距離注漿點(diǎn)較近的土體，其水平位移隨注漿量增加而增大的速率較大；距離注漿點(diǎn)較遠(yuǎn)的土體，其水平位移隨注漿量增加而增大的速率相對較小。由此可見，在注漿距離太遠(yuǎn)時，即使增大注漿量，注漿效果的提升也不顯著。

4)當(dāng)注漿距離增加時，實現(xiàn)相同的注漿效果所需的注漿量會顯著增加，例如，產(chǎn)生4 mm的糾偏位移，注漿距離9 m時所需的注漿量比注漿距離3 m時增加3.3倍。因此，選擇近距離注漿方案可大幅節(jié)省注漿量。

5)注漿距離增加時，土體水平位移逐漸減小，并且衰減速度逐漸放慢，例如，相同埋深位置距注漿點(diǎn)3、6 m處的土體水平位移分別為2 m處的50%與20%。因此，在注漿糾偏隧道時，注漿點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近隧道，否則注漿效果不明顯。

6)沿土體深度方向，注漿長度較小時注漿作用范圍集中，注漿長度較大時作用范圍較為分散；注漿長度增加會導(dǎo)致土體水平位移最大值顯著減小及最大值位置略微下移。在制定注漿方案時，應(yīng)根據(jù)糾偏對象的平面位置及深度范圍確定注漿深度與注漿長度，將注漿作用最大的深度及范圍與糾偏目標(biāo)對應(yīng)，最大化地發(fā)揮注漿糾偏效果。