注漿加固引起既有車站沉降超限的處置措施研究

蘇 偉，趙 超

（合肥市軌道交通集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230000）

隨著城市地鐵大規(guī)模建設(shè)，多條線路互相交錯(cuò)，換乘節(jié)點(diǎn)不斷增加，出現(xiàn)更多新建車站下穿既有車站的情況，而新建車站施工不可避免地會(huì)引起鄰近既有車站結(jié)構(gòu)的沉降變形，超過(guò)其沉降變形控制值時(shí)，就可能引起既有車站結(jié)構(gòu)破壞，甚至可能危及列車運(yùn)營(yíng)安全[1-3]。

新建車站下穿既有車站施工，對(duì)既有車站的沉降變形控制要求高，施工難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高，注漿要求高[4-5]，然而，專家們更多的是關(guān)注開(kāi)挖階段對(duì)既有車站變形的控制，鮮有關(guān)注注漿加固階段對(duì)于既有車站變形的控制[6-9]，由于地下水文地質(zhì)的復(fù)雜性，施工水平的差異性，注漿加固措施控制不當(dāng)，也會(huì)引起既有車站沉降變形超限，對(duì)后期開(kāi)挖階段車站沉降變形控制極為不利，因此，注漿加固階段如何采取有效的措施控制既有車站的沉降變形成了研究重點(diǎn)。

本文以合肥地鐵7 號(hào)線紫廬站下穿1 號(hào)線紫廬站為工程背景，對(duì)暗挖段注漿加固造成既有車站沉降原因進(jìn)行深入分析，針對(duì)性采取有效的施工處置措施，控制了既有車站結(jié)構(gòu)的沉降變形，為后期開(kāi)挖階段沉降變形爭(zhēng)取有利空間，進(jìn)一步保證既有地鐵的運(yùn)營(yíng)安全，為類似工程施工提供參考經(jīng)驗(yàn)。

1 工程背景

1.1 工程概況

合肥地鐵7 號(hào)線紫廬站為東西走向，與既有1號(hào)線紫廬站十字形換乘，1 號(hào)線紫廬站為地下一層三柱四跨結(jié)構(gòu)，其中半地下層為站廳層，地下一層為站臺(tái)層，高7.8 m，上覆土厚度約3.1 m，車站總長(zhǎng)167.5 m，總寬25.8 m。新建紫廬站為地下兩層14 m 站臺(tái)島式車站，車站總長(zhǎng)580.8 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度22.9 m，車站結(jié)構(gòu)局部垂直密貼下穿1 號(hào)線紫廬站，采用暗挖法施工，主體暗挖段為地下一層雙柱三跨鋼筋混凝土箱型框架結(jié)構(gòu)，暗挖段長(zhǎng)27.4 m，寬22.9 m，高7.4 m，底板埋深18.94 m。主體暗挖段采用中柱法施工，共分為十四個(gè)導(dǎo)洞開(kāi)挖及支護(hù)、七導(dǎo)洞結(jié)構(gòu)施工的方法。具體7 號(hào)線紫廬站與1 號(hào)線紫廬站位置見(jiàn)圖1。

圖1 7 號(hào)線紫廬站與1 號(hào)線紫廬站結(jié)構(gòu)斷面圖

1.2 工程地質(zhì)水文

根據(jù)新建紫廬站工程地質(zhì)勘察報(bào)告，下穿1 號(hào)線紫廬站暗挖段地層為<3-1-2> 硬塑狀黏土，具有弱～強(qiáng)等膨脹性，該土層遇水極易膨脹軟化，強(qiáng)度急劇降低，易發(fā)生坍塌事故。暗挖段地層主要以點(diǎn)滴狀滲水為主，一般不會(huì)發(fā)生大量涌水，根據(jù)既有施工經(jīng)驗(yàn)，車站結(jié)構(gòu)與周邊巖土可能存在一定縫隙或肥槽，地表水或地下水易滲入縫隙或肥槽中，造成地下結(jié)構(gòu)附近賦存一定的地下水，施工開(kāi)挖可能發(fā)生暫時(shí)性大量涌水。

2 既有車站結(jié)構(gòu)沉降變形及原因分析

2.1 既有車站結(jié)構(gòu)沉降變形

根據(jù)城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范（GB50911-2013）、《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T202-2013）等規(guī)范，結(jié)合7 號(hào)線紫廬站施工對(duì)既有紫廬站結(jié)構(gòu)安全性影響分析報(bào)告，新建紫廬站暗挖段施工對(duì)既有紫廬站的附加位移控制值為5 mm，預(yù)警控制值為3 mm，其中注漿加固階段位移控制值為2 mm，變形速率為0.5 mm/d。

暗挖段地層注漿效果越好，開(kāi)挖施工對(duì)既有車站結(jié)構(gòu)位移影響越小[8]，為改良暗挖段地層結(jié)構(gòu)，減少開(kāi)挖施工對(duì)既有車站的位移影響，下穿開(kāi)挖前對(duì)暗挖段進(jìn)行全斷面注漿加固，注漿加固采用小導(dǎo)管注漿，縱橫向間距為1 m。頂部?jī)膳判?dǎo)管初始打設(shè)長(zhǎng)度為8 m，其他范圍內(nèi)小導(dǎo)管打設(shè)長(zhǎng)度為4 m，注漿加固材料為水泥漿，配合比為0.6～2.0，建議配合比為1:1，注漿壓力為0.5 MPa，可根據(jù)實(shí)際注漿效果調(diào)整配合比。

暗挖段東側(cè)第九段全斷面注漿于2 月12 日開(kāi)挖鉆孔，2 月19 日鉆孔完成，2 月22 日開(kāi)始進(jìn)行注漿，根據(jù)1 號(hào)線紫廬站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋，2 月27日車站道床沉降、結(jié)構(gòu)豎向位移出現(xiàn)22 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)值報(bào)警，道床上行線沉降累計(jì)最大值J12.7 達(dá)到-6.63 mm，道床下行線沉降累計(jì)最大值為J10.3達(dá)到-6.84 mm，車站沉降變形值遠(yuǎn)超位移控制值。其中，1 號(hào)線紫廬站監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置見(jiàn)圖2。

圖2 1 號(hào)線紫廬站監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

2.2 既有車站結(jié)構(gòu)沉降原因分析

根據(jù)1 號(hào)線紫廬站工程地質(zhì)勘察報(bào)告，暗挖段地層為<3-1-2> 硬塑狀黏土，具有弱～強(qiáng)等膨脹性，水理性質(zhì)差，遇水易軟化崩解，受到擾動(dòng)后極易產(chǎn)生軟化變形，強(qiáng)度、承載力急劇降低，全斷面注漿打孔及注漿施工造成暗挖段地層擾動(dòng)，引起既有車站結(jié)構(gòu)的沉降變形。

鄰近既有車站兩側(cè)新建紫廬站主體圍護(hù)樁施工中，發(fā)現(xiàn)既有車站圍護(hù)樁與側(cè)墻間存在紅磚砌墻，易將地表水及地下水引入暗挖段地層。暗挖段兩側(cè)明挖基坑施工期間存在滲漏水，滲漏水主要從既有車站圍護(hù)樁流出，暗挖段西側(cè)第七段有3 處滲漏點(diǎn)，水流量約為1 m3/d，暗挖段東側(cè)第九段有1 處滲漏點(diǎn)，水流量約為2 m3/d，隨著掌子面長(zhǎng)時(shí)間、持續(xù)不斷的滲漏水，使得原有固結(jié)地層產(chǎn)生滲漏水通道，造成暗挖段地層承載力降低，發(fā)生擾動(dòng)后極易造成既有車站結(jié)構(gòu)沉降變形。暗挖段兩側(cè)滲漏點(diǎn)位置見(jiàn)圖3。

圖3 暗挖段兩側(cè)滲漏點(diǎn)示意圖

暗挖段為硬塑狀黏土，全斷面注漿加固采用0.3～0.5 MPa 的注漿壓力，漿液難以注入地層內(nèi)部，后調(diào)整注漿壓力為0.5～1.0 MPa，地層中部分滲水通道被漿液封堵，但隨著注漿壓力上升，部分漿液從掌子面薄弱區(qū)域或滲漏點(diǎn)處流出，造成土體內(nèi)部滲水通道被擊穿，擴(kuò)張滲水通道，產(chǎn)生集中排水效應(yīng)，水流量增加至約為30 m3/d，使土體內(nèi)水位迅速下降，在車站結(jié)構(gòu)上部靜、動(dòng)荷載作用下進(jìn)一步加劇地層的擾動(dòng)，導(dǎo)致既有車站結(jié)構(gòu)沉降變形急劇加大，造成既有車站結(jié)構(gòu)沉降變形速率及累計(jì)值超限。

3 既有車站結(jié)構(gòu)沉降控制措施

3.1 站廳層泄水孔設(shè)置

為減少樁間滲水下滲到暗挖段地層中，暗挖段東西兩側(cè)站廳層設(shè)置泄水孔，將樁間滲水從上部站廳層引出，避免下滲補(bǔ)給底板下方暗挖段地層滲水通道中。泄水孔設(shè)置在站廳層兩側(cè)，數(shù)量為1 列5 排，間距約為2 m，鉆孔深度至1 號(hào)線紫廬站樁間噴混面，泄水管采用φ42 小鋼管，管壁每隔10 cm 梅花形鉆眼，眼孔直徑8 mm，外側(cè)包裹土工布及碎石，見(jiàn)圖4。

圖4 站廳層泄水孔設(shè)置斷面圖

3.2 暗挖段止?jié){墻設(shè)置

為阻斷暗挖段地層滲漏水流出，在1 號(hào)線紫廬站底板下設(shè)置止?jié){墻，橫向止?jié){墻設(shè)置2 排，豎向止?jié){墻設(shè)置3 列。先施工1 號(hào)線紫廬站底板下的橫向止?jié){墻，待注漿完成后再施工側(cè)墻位置的豎向止?jié){墻，確保暗挖段施工前，將水流限制在止?jié){墻范圍之外。止?jié){墻采用雙液漿，水泥漿與水玻璃體積比為1:1，雙液漿配合比可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，雙液漿凝固時(shí)間需要確保在2～3 min，注漿管按照1 m×1 m 梅花形進(jìn)行布置，每根注漿管管長(zhǎng)4 m，注漿時(shí)注漿壓力控制在不大于0.3 MPa，見(jiàn)圖5。

圖5 暗挖段止?jié){墻設(shè)置斷面圖

3.3 樁間滲流通道處置

暗挖段掌子面止?jié){墻施工完成后，為解決樁間滲水通道問(wèn)題，需對(duì)新建紫廬站圍護(hù)樁與1 號(hào)線紫廬站圍護(hù)樁間水流通道進(jìn)行處置。站廳層設(shè)置注漿管，沿圍護(hù)樁間呈梅花狀布置，豎向由下往上間隔2 m 布置3 排注漿孔，橫向沿圍護(hù)樁樁間距布置注漿孔，孔深達(dá)到1 號(hào)線紫廬站圍護(hù)樁噴混面，采用上行式注漿方式，注漿壓力控制在0.1～0.2 MPa，漿液采用雙液漿，首次注漿初凝時(shí)間控制在2 min 左右，復(fù)注式漿液初凝時(shí)間控制在1 min 左右。鉆孔應(yīng)在同排跳孔作業(yè)，單根導(dǎo)管安裝完成后，應(yīng)緊跟注漿，暗挖段樁間滲流通道處置斷面圖見(jiàn)圖6。

圖6 暗挖段樁間滲流通道處置斷面圖

3.4 注漿參數(shù)調(diào)整

暗挖段全斷面注漿漿液配比中水泥應(yīng)適當(dāng)加大，建議配合比為1:1.2 ；若采用雙液漿，則水泥漿與水玻璃體積比為1:1，雙液漿配合比可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，雙液漿凝固時(shí)間需要確保在2～3 min，注漿壓力控制在0.1～0.3 MPa。漿液的相對(duì)密度、稠度、和易性、雜物的最大粒徑、凝結(jié)時(shí)間、凝結(jié)后強(qiáng)度和漿體固化收縮率均應(yīng)滿足工程要求。

4 既有車站結(jié)構(gòu)沉降控制情況

通過(guò)暗挖段東西兩側(cè)站廳層設(shè)置泄水孔，部分樁間滲水從泄水孔流出，引出了部分樁間滲水；通過(guò)在1 號(hào)線紫廬站底板下方設(shè)置止?jié){墻，阻塞上部樁間滲水通道，將水流限制在止?jié){墻外側(cè)，掌子面兩側(cè)基本無(wú)滲水流出，滲水問(wèn)題得到明顯解決；通過(guò)對(duì)樁間滲水通道采用注漿封堵，進(jìn)一步切斷了樁間滲水通道，暗挖段兩側(cè)掌子面滲水問(wèn)題得到有效解決。

通過(guò)注漿參數(shù)的調(diào)整，對(duì)暗挖段地層進(jìn)行注漿加固，既有車站結(jié)構(gòu)豎向位移產(chǎn)生一定的抬升，使既有車站結(jié)構(gòu)的沉降變形有所恢復(fù)，避免了在開(kāi)挖階段車站結(jié)構(gòu)的絕對(duì)沉降量過(guò)大，為后續(xù)開(kāi)挖階段沉降變形爭(zhēng)取了有利空間[10]。根據(jù)1號(hào)線紫廬站自動(dòng)化監(jiān)測(cè)及第三方監(jiān)測(cè)報(bào)告顯示，1 號(hào)線紫廬站道床沉降變形累計(jì)值基本穩(wěn)定，部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)值稍有上升，車站道床沉降（上行線）累計(jì)最大值J7.7 為-6.58 mm，道床沉降（下行線）累計(jì)最大值J9.3 為-5.87 mm，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)穩(wěn)定。具體1 號(hào)線紫廬站道床沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1 和表2。

表1 1 號(hào)線紫廬站道床沉降（上行線）監(jiān)測(cè)報(bào)告

表2 1 號(hào)線紫廬站道床沉降（下行線）監(jiān)測(cè)報(bào)告

5 結(jié)論

1）既有車站下方暗挖段注漿加固施工前，應(yīng)對(duì)暗挖段地層中滲漏水通道進(jìn)行預(yù)先處置，避免因注漿加固造成既有滲水通道擴(kuò)大化，引起既有車站沉降變形超限。

2）對(duì)既有車站下方暗挖段地層進(jìn)行注漿加固，應(yīng)結(jié)合暗挖段水文地質(zhì)情況，控制好漿液配合比、注漿壓力、凝結(jié)時(shí)間等施工參數(shù)，減少暗挖段地層擾動(dòng)，若施工質(zhì)量措施控制不當(dāng)，易引起既有車站結(jié)構(gòu)沉降變形超限。

3）針對(duì)下穿既有車站暗挖段存在的滲漏問(wèn)題，可通過(guò)站廳層設(shè)置泄水孔，暗挖段設(shè)置止?jié){墻，注漿封堵樁間滲水通道等施工措施，阻斷樁間滲水通道，解決暗挖段地層滲漏水問(wèn)題，控制好既有車站結(jié)構(gòu)的沉降變形。