基于微擾動雙液注漿的地鐵隧道沉降治理施工工藝

馬海鑫（城盾隧安地下工程有限公司，上海 201108）

隨著人們對城市內出行方便越來越高的要求，國內眾多城市建設了多條地鐵線路，以此來緩解嚴峻的交通壓力。伴隨而來的是，隧道結構出現(xiàn)了一系列的病害問題，主要包括隧道結構變形、沉降、滲漏水、開裂及道床脫空。眾多專家學者對此展開了大量研究，王如路對上海地鐵隧道縱向沉降進行了長期研究，認為主要因素包括如下幾個方面：隧道設計及施工方式、地質條件、地鐵沿線的建設施工、列車運營過程中的振動荷載及隧道滲漏。黃騰等對南京地鐵 1 號線西延線隧道結構沉降監(jiān)測點和差異沉降監(jiān)測點的數(shù)據(jù)進行分析，認為隧道結構沉降的主要因素為地質軟弱、周邊施工和降水、地面堆載。劉建航等結合上海軌交運營隧道檢修工作制度，對隧道產生病害的主要原因進行了分析，采用水泥水玻璃雙液微擾動注漿工藝對隧道下臥軟弱土層進行治理，達到了提高土層的物理力學性能并調整隧道縱向沉降線型的目的。

1 工程背景

鄭州市軌道交通 1 號線農業(yè)南路～東風南路站總體呈下沉趨勢，該地段隧道埋深 15～20 m，隧道先后穿越粉砂、砂質黏土和粉土地層。該區(qū)間隧道沉降大于相鄰區(qū)段，左、右線相鄰位置差異沉降明顯，水平位移和斷面收斂變化較小，無異常變化。

根據(jù)運營監(jiān)測數(shù)據(jù)，農業(yè)南路站～東風南路站左線累計變化最大量為 -39.45 mm（基準點調整 -19.51 mm），位于DK 29 ＋ 483 處，右線累計變化最大量為 -67.58 mm（基準點調整 -23.32 mm），位于 DK 29 ＋ 388 處。右線的沉降變化較左線大，且在 DK 29 ＋ 299-DK 29 ＋ 477 區(qū)段連續(xù)多期監(jiān)測出現(xiàn)下沉，除第 3 期外，每期沉降變化都超過 2 mm，有繼續(xù)下沉的趨勢。

經專家現(xiàn)場踏勘及討論可知農東區(qū)間受復雜地層、 地下水位變化，以及地鐵小曲線半徑運營的振動等綜合因素影響，左、右線均以變化最大量前后各 60 環(huán)（單線 120 環(huán)）共計 240 環(huán)沉降較為嚴重，首先需對隧道外土體進行改良，再進行沉降治理。

2 隧道沉降治理的施工工藝

隧道沉降往往會產生一些伴生病害，如：隧道內管片環(huán)縱縫滲漏水，道床與管片之間出現(xiàn)剝離、翻漿冒泥等。采取的主要維護措施為：首先，在滲漏水部位管片壁后壓注聚氨酯漿液，對其周圍土體進行改良；然后，在隧道內道床脫空位置灌注環(huán)氧樹脂漿液；最后，對隧道沉降區(qū)域采取隧道底部分層注入水泥—水玻璃雙漿液進行治理[1]。

2.1 滲漏水處理施工工藝

對存在滲漏水的管片治理措施主要在管片壁后壓注聚氨酯漿液的施工工藝。管片壁后聚氨酯注漿的施工流程如圖 1所示。

圖1 隧道內聚氨酯注漿流程圖

隧道內聚氨酯注漿施工如圖 2 所示。注漿設備選用電動泵，原則上是利用隧道管片原有壁后注漿孔，每環(huán)預留注漿孔位置見圖 3 所示，打開原注漿封頭，先安裝球閥和變絲再擊穿管片注漿層（若擊穿管片后發(fā)現(xiàn)有泥沙滲漏則立即關閉球閥），然后安裝外接頭，接注漿管路，連接注漿泵，注入配置好的聚氨酯漿液。注漿結束待聚氨酯發(fā)泡穩(wěn)定后，拆除外接頭和球閥，清理注漿孔，用微膨脹水泥進行封孔，最后加蓋鐵封頭以替換原封頭。

圖2 隧道內聚氨酯注漿整體示意圖

圖3 襯砌環(huán)注漿孔布置示意圖

2.1.1 注漿順序和注漿量

（1）同一襯砌環(huán)內不同注漿孔的注漿量對稱平衡；

（2）隧道注漿順序縱向采用不跳環(huán)連續(xù)施工；

（3）每環(huán)注漿孔位為 B 1、B 2 環(huán)。

（4）各孔注漿量一般最大注入量為 50 kg，每環(huán) 2 孔，注入總量不超過 100 kg，實際工程中流量偏差應控制在 5%以內。每孔注漿量可根據(jù)實際施工情況進行適當調整。

2.1.2 注漿壓力及流量

（1）注漿壓力 ≤0.15 MP（不包括起始壓力）。

（2）注漿流量 7～10 L/min，總流量 ≤10 L/min。

為了遵循注漿過程均勻、少量、多次的原則，掌握聚氨酯注漿引起的隧道沉降、變形情況，以便及時調整注漿施工參數(shù)，確保隧道結構的安全，此外，需對區(qū)間聚氨酯注漿范圍內隧道結構進行跟蹤監(jiān)測。

2.2 道床脫空治理措施

道床翻漿冒泥間接反映著道床結構與管片的剝離、脫空，影響隧道的穩(wěn)定性及注漿時存在冒漿的風險。隧底注漿加固前應先完成管片與道床剝離等的加固處理，防止隧底注漿加固時出現(xiàn)冒漿、串漿現(xiàn)象[2]。道床脫空處理的具體措施是在道床與管片之間灌注環(huán)氧樹脂漿液。

2.2.1 定位放樣

首先進行放樣定位，沿道床共布注漿孔 4 排，分 A、B順序先后注漿，孔徑φ32～36 mm，孔距 900 mm（縱向距離），孔深在區(qū)間隧道結構內達 0～590 mm（具體以實際鉆孔深度為準），孔洞需清理干凈，并采用早強、快硬、速凝水泥進行封孔埋管。

2.2.2 采用剛性環(huán)氧樹脂灌漿材料進行埋管注漿

道床與管片剝離及道床脫空采用剛性環(huán)氧樹脂灌漿材料進行注漿，剛性環(huán)氧樹脂灌漿材料性能指標如表 1、2所示。

表1 剛性環(huán)氧樹脂灌漿材料漿液性能指標

表2 剛性環(huán)氧樹脂灌漿材料固化物性能

注漿方式采用多次重復注漿，注漿壓力 0.1～0.2 MPa，注漿量由注漿壓力進行控制，計量以現(xiàn)場實際注入量為準。當注漿壓力穩(wěn)定上升至設計終壓，并持續(xù)穩(wěn)定 5 min以上，不進漿、進漿量很少或觀察孔內滲漏水量很少時，方可停止注漿，再進行封孔作業(yè)。

2.3 微擾動注漿治理隧道沉降

微擾動注漿工藝是根據(jù)隧道沉降不同區(qū)域沉降指標進行的分區(qū)、分階段的注漿治理。在沉降段隧道縱向均勻布置多個注漿孔，實施分層疊加注漿，隧道在注漿抬升和注漿間隔時間內固結沉降的交替作用下漸趨穩(wěn)定，達到預期的控制沉降、調整隧道縱向曲線的目的[3]。

2.3.1 道床上開孔

在隧道內道床中線和中線兩側約 1.1 m 處放樣定位進行鉆孔，孔間距分別為 4.5 m 和3 m，孔徑φ60 mm，深度為隧底以下 1.5 m，梅花形布置，如圖 4 所示；首次垂直開孔至隧道管片底部以上 15 cm（須根據(jù)道床深度確定開孔深度）。

圖4 注漿開孔平面布置圖

第一次開孔結束后，先進行清孔、風干，注漿管底部用快速水泥封口，周圍涂抹一定量的植筋膠，然后進行注漿套管安裝。套管密封性檢測待植筋膠凝固后安裝球閥，采用注漿泵注入清水，注入壓力約為 0.5 MPa，驗證套管與混凝土結構的密封，符合要求后，方可進入下一步注漿施工作業(yè)。

2.3.2 注漿

采用二次開孔機或沖擊鉆的方式進行二次開孔至隧道土體；開孔完成后先在已安裝的球閥上安裝外螺絲，再接球閥，然后接防噴裝置，最后插入注漿芯管，深度為隧底以下1.5 m。

連接注漿管進行注漿，如圖 5 所示。從隧道底部自上而下分層疊加注漿，單層注漿長度一般為 30 ～ 50 cm；漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，水泥漿與水玻璃比為 2∶1 ～3∶1。水泥規(guī)格為 P.O 42.5 級的普通硅酸鹽水泥，主要指標如表 3 所示。水玻璃采用模數(shù) 2.85 的 35°Be’中性水玻璃。

圖5 注漿管連接示意圖

表3 水泥漿主要指標

微擾動注漿使用凝固效果好、時效性強的水泥與水玻璃混合的雙液漿，雙液漿壓力一般為 0.4 ～ 1.0 MPa，注漿附加壓力 ≤0.1 MPa，注漿總壓力 ≤0.5 MPa。

注漿時由下而上均勻拔管，每分鐘拔 10 cm。當注漿量達到單次注漿的要求，或者單次注漿引起管片變形接近或達到允許值，立即停止注漿。

隧道底部注漿時，保證漿液不堵管的前提下，要求漿液中水泥比重盡量多，可以起到擾動小和注漿效果好的作用。

單次注漿量由注漿壓力進行控制，單次注漿要根據(jù)隧道結構監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋，對注漿量進行適當調整，但需保證單次注漿隧道隆起量 ≤5 mm，待注漿壓力回落穩(wěn)定后繼續(xù)補充注漿，注漿量以現(xiàn)場實際注入量為準。

2.3.3 停止注漿條件

分次分層注漿直至隧道底部 1.5 m 厚度注漿完成且飽滿，單次注漿要根據(jù)隧道結構監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋，對注漿量進行適當調整，但需保證單次注漿隧道隆起量 ≤5 mm，當隧道隆起 ＞5 mm 時，應立即暫停當前孔的單次注漿。

2.3.4 注漿效果

經長期沉降監(jiān)測結果顯示，農東區(qū)間左、右線在隧道底部注漿施工期間均有明顯的隆起趨勢，經施工治理后，左、右線隧道結構在地層中的狀態(tài)趨于穩(wěn)定，沉降值回歸正常范圍。

3 結 語

隨著城市地面交通的日益擁堵，各大城市為解決這一難題，紛紛大力發(fā)展地鐵行業(yè)。隨之而來的是隧道結構出現(xiàn)了一系列的病害問題，各專家學者對隧道結構病害問題展開了廣泛的研究，探討了隧道結構病害產生的原因及其治理措施。本工程隧道結構出現(xiàn)了常見的沉降、滲漏水及道床隆起現(xiàn)象，結合以往理論研究采取的施工工藝對其進行了治理，取得了良好的效果。有以下幾方面可供類似工程借鑒：

（1）農東區(qū)間受復雜地層、 地下水位變化，以及地鐵小曲線半徑運營的振動等綜合因素影響，致使隧道結構縱向出現(xiàn)不均勻沉降。

（2）微擾動注漿治理隧道沉降效果明顯，可供類似工程借鑒參考。

（3）隧道結構沉降采用微擾動注漿治理之前，為防止?jié){液從道床與管片縫隙中噴出，進而繼續(xù)抬升道床形成拱形鋼軌面，前期應對道床與管片之間的間隙灌注剛性環(huán)氧漿液，使道床與管片形成一個受力整體。