地鐵盾構(gòu)隧道掘進過程注漿技術(shù)研究

申子龍

摘要：探究地鐵盾構(gòu)隧道掘進過程注漿技術(shù)對提高隧道工程的質(zhì)量，減少地下水滲透和土壤變形，降低工程事故風(fēng)險至關(guān)重要。以長春市城市軌道交通7號線會展大街站-自由大路站區(qū)間為研究對象，介紹注漿系統(tǒng)和注漿材料分類，探究雙液型漿液注漿技術(shù)應(yīng)用在地鐵盾構(gòu)隧道掘進過程中，各環(huán)管片的實際注漿量及注漿壓力變化規(guī)律。研究結(jié)果表明，在地鐵盾構(gòu)隧道掘進過程中，各環(huán)管片的實際注漿量和注漿壓力均呈現(xiàn)出上下波動的趨勢，總體上注漿量在5～6m3，注漿壓力在0.3～0.35MPa。

關(guān)鍵詞：地鐵；盾構(gòu)隧道；雙液型漿液；注漿技術(shù)

0? ?引言

地鐵盾構(gòu)隧道是一種先進的地下隧道建設(shè)技術(shù)，可減少對地表交通的干擾，縮短建設(shè)時間，降低對城市環(huán)境的破壞[1]。然而，隧道建設(shè)過程中常常會面臨地質(zhì)條件復(fù)雜、地下水位高、地下構(gòu)造復(fù)雜等挑戰(zhàn)[2-3]。注漿技術(shù)通過注入特定的材料來鞏固地下土壤和防止地下水滲透，可以增強隧道的穩(wěn)定性，減少沉降風(fēng)險。然而其在實際應(yīng)用中，仍然存在一些挑戰(zhàn)和待解決的問題。

目前，已經(jīng)有多位學(xué)者針對地鐵隧道注漿技術(shù)開展了相關(guān)研究，鞠鳳萍等[4]以北京市某地鐵隧道錯臺變形治理為工程背景，研究了復(fù)合式注漿施工技術(shù)，并對隧道注漿前和注漿后進行了監(jiān)控量測。高永[5]指出在南京地鐵中可以成功應(yīng)用上海地鐵中驗證的微擾動雙液注漿技術(shù)，并進行了優(yōu)化以指導(dǎo)后期施工。賀曉杰[6]在上海軌道交通10號線隧道盾構(gòu)下穿機場跑道的工程中，成功開發(fā)和應(yīng)用了一種新型單液漿，具有顯著的控制隧道周圍土體變形、防水和穩(wěn)定效果。

在現(xiàn)有研究中，關(guān)于地鐵隧道掘進過程中的注漿技術(shù)研究相對較少。鑒于此，本文探究雙液型漿液注漿技術(shù)應(yīng)用在地鐵隧道掘進過程中，環(huán)管片的注漿量和注漿壓力變化規(guī)律。

1? ?工程概況

長春市城市軌道交通7號線一期工程八工區(qū)，包含2個地下車站和2個盾構(gòu)區(qū)間，分別為會展大街站（明挖/213.75m）、自由大路站（明挖/205.4m）、賽德廣場站-會展大街站區(qū)間（盾構(gòu)/左線796.64m/右線847.54m）、會展大街站-自由大路站區(qū)間（盾構(gòu)/左線1746.171m/右線1746.171m）。

會展大街站-自由大路站沿南湖大路向東敷設(shè)，區(qū)間由自由大路站始發(fā)，沿線左側(cè)經(jīng)過中東大市場、東環(huán)不夜城、浦東加油站、大眾汽車4s店、側(cè)穿東昆加氣站、下穿嘉柏灣小區(qū)和徐工集團、長春美國國際學(xué)校、經(jīng)開區(qū)稅務(wù)局，隨后過到達會展大街站接收。區(qū)間沿線地面高程202.41～204.18m，區(qū)間線間距為13～14m，區(qū)間起點里程為YK36+391.447，終點里程為YK38+137.618，區(qū)間總長1746.171m，其中盾構(gòu)區(qū)間長1714.321m，區(qū)間風(fēng)井長31.85m。

盾構(gòu)段內(nèi)徑為5500mm，盾構(gòu)段頂埋深約10.3～24m。區(qū)間在YK37+447.164處設(shè)置一座區(qū)間風(fēng)井兼做泵站，頂板埋深為3.1m；在YK36+841.789和YK37+841.789處各設(shè)置1座聯(lián)絡(luò)通道，頂板埋深分別為20.3m、18.3m。

2? ?盾構(gòu)隧道注漿技術(shù)概述

2.1? ?注漿的作用

盾構(gòu)隧道施工會引發(fā)地下地層位移、土壓力變化等問題，影響地下結(jié)構(gòu)，若施工場地附近存在地下管道、建筑基礎(chǔ)等，將對其造成不良影響，嚴重威脅施工安全。對地鐵盾構(gòu)隧道進行注漿，可增強隧道的地下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和密封性，增強土壤的抗剪強度、減小土壤的滲透性和改善土壤的承載能力，有效地防止地下水滲透到隧道中。

2.2? ?注漿系統(tǒng)分類及特點

2.2.1? ?按照注漿孔位置分類

注漿系統(tǒng)按照注漿孔位置不同可分為盾尾注漿和管片注漿兩種。盾尾注漿是指掘進盾構(gòu)機的尾部設(shè)計有密封的艙室，用于將注漿材料注入掘進面前方，以鞏固周圍土體和防止地下水滲透，其施工示意圖如圖1所示。這種注漿系統(tǒng)可以增加隧道施工的穩(wěn)定性，減小地面下沉和地下水涌入的風(fēng)險，同時也有助于維護工人和機械設(shè)備的安全。管片注漿是通過在隧道管片與地層之間的縫隙中注入特定的漿液，以加強管片與周圍地層的密封性和穩(wěn)定性，如圖2所示。

2.2.2? ?按照注漿時間分類

按照注漿時間不同可分為首次注漿和二次注漿，首次注漿可細分為即時注漿、同步注漿和后方注漿。二次注漿是指在首次注漿后，經(jīng)過一段時間再次注入注漿材料以強化、修復(fù)注漿性能，進一步提高地層的密封性、加強結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.2.3? ?依據(jù)對土體作用機理分類

依據(jù)對土體的作用機理可分為滲透注漿、劈裂注漿、壓密注漿和充填注漿。滲透注漿是指將注漿材料以壓力的方式注入地下結(jié)構(gòu)或地層中；劈裂注漿是通過高壓劈裂土體，并注入漿液以填充和加固裂縫，提高地層的穩(wěn)定性和強度；壓密注漿是采用惰性漿液，通高壓注入地層中產(chǎn)生壓密效應(yīng)，以提高地層的密實度和穩(wěn)定性；充填注漿通過將注漿材料注入到由于施工所產(chǎn)生的空隙中，以填充這些區(qū)域，增加地層的密實度，增加土體結(jié)構(gòu)強度，從而提高工程的穩(wěn)定性和安全性。

2.3? ?注漿材料分類及特點

2.3.1? ?單漿液

單漿液注漿材料是由混合水泥、砂、骨料和化學(xué)摻和劑制成的均勻漿液，適用于修復(fù)裂縫、充填空隙、強化混凝土結(jié)構(gòu)、抵抗水滲透。其具有高強度、優(yōu)異的粘結(jié)性、自流平性和抗?jié)B透性等優(yōu)點。

單液型漿液在隧道施工中的主要缺陷是其固化時間難以控制，受溫度、濕度等環(huán)境因素影響，導(dǎo)致施工進度受限。此外，其抗?jié)B透性雖然較好，但在極端條件下，如高壓水流作用下，存在滲漏風(fēng)險。

2.3.2? ?雙液型漿液

雙液型漿液注漿材料是由兩部分液體材料A液和B液混合后形成均勻漿液，包含特殊的膠凝劑和摻和劑。雙液型漿液具有固化時間可控、流失較少、充填性能好、體積收縮量少和前期強度高等優(yōu)勢，但其造價相對較高。

2.3.3? ?兩種漿液性能對比

不同注漿材料性能如表1所示。

3? ?注漿量和注漿壓力分析

3.1? ?漿液選擇及配置

本研究采用雙液型漿液進行注漿，A液為水泥砂漿，B液為水玻璃，漿液配比如表2和表3所示。

3.2? ?注漿量確定

當(dāng)管片通過盾構(gòu)機尾部被推出并進入隧道后，周圍土體受到的約束被解除，土體會因為釋放出原先受到壓縮應(yīng)力而發(fā)生膨脹和松弛，這種變形導(dǎo)致了土體體積增加。而管片是預(yù)制的，其尺寸不會改變，在這種情況下會產(chǎn)生施工空隙。該空隙體積可按下式計算：

（1）

式中：lG為單個環(huán)管片的寬度，D和d分別表示盾構(gòu)機和管片的外徑。

當(dāng)注漿漿液注入施工空隙時，由于土體內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)和顆粒排列等因素，會導(dǎo)致一部分注漿滲入隧道周圍土體中，漿液無法充分填充土體的所有空隙。為確保充分填充土體空隙并有效加固，實際注漿量通常需要超過理論值。實際注漿量按照下式計算：

V0=β·V? ? ? ? ?（2）

式中：V0和V分別為實際注漿量和需注漿空隙體積，β為注漿量調(diào)整系數(shù)。

依據(jù)上述公式及相關(guān)規(guī)范要求，實際注漿量為空隙體積理論計算值的1.3～2.5倍，其數(shù)值為3.08～5.33m3/環(huán)。在隧道施工過程中，注漿量應(yīng)根據(jù)施工監(jiān)測數(shù)據(jù)實時調(diào)整，單個環(huán)管片的注漿量維持在4.2～5.8m3，達到施工空隙的1.3～1.8倍。

3.3? ?注漿量分析

圖3是本工程穿越建筑物部分各環(huán)管片的實際注漿量。由圖3可知，第860～900、960～1020環(huán)管片的實際注漿量變化趨勢較平穩(wěn)，第900～960環(huán)管片的實際注漿量呈現(xiàn)出上下波動的趨勢。其中，在第938環(huán)管片注漿量最大為6.42m3。

分析認為，由于地下環(huán)境不均勻，土體的密實度、孔隙結(jié)構(gòu)、含水量等在不同位置存在差異，導(dǎo)致注漿漿液在滲透過程中遇到不同的阻力，從而引發(fā)波動。注漿速度、管道布置等在不同位置存在微小的變化，對注漿過程的影響也會有所不同。整體上各環(huán)管片的注漿量在5～6m3范圍內(nèi)，滿足實際工程需要。

3.4? ?注漿壓力分析

合理的控制注漿壓力，對確保漿液充分滲入施工空隙減小對隧道周圍土體的擾動至關(guān)重要。過高的注漿壓力，將造成土體內(nèi)部土顆粒過度緊密排列，阻礙注漿漿液滲透，導(dǎo)致泥漿泄漏或其他不穩(wěn)定現(xiàn)象，還可能引發(fā)地下裂隙或地質(zhì)層次的破壞，增加地下工程的風(fēng)險，從而降低工程質(zhì)量。過低的注漿壓力無法確保漿液充分填充土體空隙，導(dǎo)致空隙填充不牢固，可能引發(fā)地層塌陷或建筑沉降問題，從而降低了地下工程的承載能力，增加了結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性。

隧道盾構(gòu)施工過程中各環(huán)管片注漿壓力變化如圖4所示。由圖4可知，各環(huán)管片注漿壓力呈現(xiàn)出上下波動的趨勢，其中第945環(huán)管片注漿壓力最小，為0.2MPa，在第994環(huán)管片注漿壓力最大，為0.4MPa。

分析認為，這是由于地層條件的異質(zhì)性，不同地段的滲透性不同，導(dǎo)致注漿時某些區(qū)域需要施加更大的注漿壓力才能克服地層阻力，而其他區(qū)域需要的壓力較小?？傮w上各環(huán)管片注漿壓力分布在0.3～0.35MPa。

4? ?結(jié)束語

本文以會展大街站-自由大路站區(qū)間為研究對象，采用雙液型漿液注漿技術(shù)對施工過程中產(chǎn)生的施工空隙進行填充，并探究了在此過程中各環(huán)管片實際注漿量及注漿壓力變化，得出以下結(jié)論：

根據(jù)經(jīng)驗公式、相關(guān)規(guī)范及施工監(jiān)測數(shù)據(jù)，單個環(huán)管片的注漿量需維持在4.2～5.8m3，本研究各環(huán)管片的注漿量在5～6m3范圍內(nèi)，滿足實際工程需要。

第860～900、960～1020環(huán)管片的實際注漿量變化趨勢較平穩(wěn)，第900～960環(huán)管片的實際注漿量呈現(xiàn)出上下波動的趨勢，第938環(huán)管片注漿量最大，為6.42m3。

總體上各環(huán)管片注漿壓力在0.3～0.35MPa，各環(huán)管片注漿壓力呈現(xiàn)出上下波動的趨勢，其中第945環(huán)管片注漿壓力最小，為0.2MPa，第994環(huán)管片注漿壓力最大，為0.4MPa。

參考文獻

[1] 王如路，袁強，梁發(fā)云，等.道路填土引發(fā)軟土地鐵盾構(gòu)隧

道變形案例及整治技術(shù)[J].巖土工程學(xué)報，2023，45（1）：112-

121.

[2] 張慶闖，戴志仁，時亞昕，等.新建隧道近接穿越既有運營

地鐵隧道關(guān)鍵技術(shù)[J].鐵道工程學(xué)報，2020，37（6）：58-63+91.

[3] 周豐，曹輝林，陳蔚.地鐵隧道大斷面矩形盾構(gòu)設(shè)計與施工

關(guān)鍵技術(shù)[J].施工技術(shù)，2017，46（20）：65-69.

[4] 鞠鳳萍，孫憲春，萬力.北京某地鐵隧道錯臺變形治理研究

[J].施工技術(shù)，2016，45（S2）：122-126.

[5] 高永.微擾動雙液注漿糾偏技術(shù)在南京地鐵盾構(gòu)隧道病害

治理中的應(yīng)用[J].城市軌道交通研究，2015，18（6）：109-112+

129.

[6] 賀曉杰.新型單液漿在地鐵盾構(gòu)隧道下穿機場跑道中的應(yīng)

用[J].城市軌道交通研究，2011，14（12）：89-93.