注漿加固施工技術(shù)在地鐵隧道側(cè)穿橋梁樁基工程的應(yīng)用探析

摘要：結(jié)合某地鐵隧道側(cè)穿橋梁樁基實(shí)際案例，依據(jù)項(xiàng)目既有路橋樁基受力結(jié)構(gòu)及地質(zhì)環(huán)境等因素，制定地鐵隧道側(cè)穿橋梁樁基盾構(gòu)工程不同階段的注漿加固施工技術(shù)方案。詳細(xì)論述注漿加固施工技術(shù)方案的應(yīng)用過(guò)程，并利用橋梁樁基建模分析驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)傾斜及形變位移程度，強(qiáng)化項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)督和管控，達(dá)到了滿意的施工效果。

關(guān)鍵詞：注漿加固技術(shù)；掌子面注漿；同步注漿；補(bǔ)償注漿；橋梁樁基

0" "引言

地鐵隧道盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基施工過(guò)程中，面臨復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)及水文地質(zhì)環(huán)境，地表橋梁承重通過(guò)受力傳導(dǎo)至橋梁樁基及盾構(gòu)施工產(chǎn)生的地層擾動(dòng)作用，常會(huì)引起隧道頂端沉降、邊緣收斂、樁基傾偏等問(wèn)題[1]。針對(duì)地鐵隧洞盾構(gòu)側(cè)穿橋梁結(jié)構(gòu)的復(fù)雜地質(zhì)條件，應(yīng)科學(xué)選擇的綜合性注漿技術(shù)，配合采用合理的施工手段實(shí)施結(jié)構(gòu)加固。本文根據(jù)工程項(xiàng)目實(shí)際科學(xué)匹配注漿加固施工技術(shù)，形成注漿加固施工應(yīng)用方案，詳細(xì)論述方案應(yīng)用過(guò)程，并利用數(shù)據(jù)模型分析驗(yàn)證注漿加固效果，相關(guān)成果可為復(fù)雜地質(zhì)條件下地鐵隧道側(cè)穿橋梁樁基施工提供參考。

1" "項(xiàng)目概況

某地鐵隧道區(qū)間工程位于城市主城區(qū)繁華路段下端，隧道盾構(gòu)施工需側(cè)穿某橋梁樁基，區(qū)間側(cè)穿隧道深度為地表以下12.5～13.2m，側(cè)穿區(qū)段距離約為290m，隧道截面為馬蹄狀單隧道模式，洞身寬6.1～6.3m，洞高5.9～6.5m。側(cè)穿橋梁樁基礎(chǔ)樁長(zhǎng)18.7m，樁頂高48.3～50.1m，樁底高29.7m。

橋梁整體為三跨預(yù)應(yīng)力貫穿異形板狀結(jié)構(gòu)，樁基易形成形變。側(cè)穿土體土質(zhì)包含砂礫層、細(xì)砂層、粉狀黏土層及壓實(shí)土層，土質(zhì)條件為相對(duì)復(fù)雜的沉積層狀地況，隧道底板上端存在孔隙潛水型地下水，盾構(gòu)施工整體難度較大。

2" "注漿加固技術(shù)方案

根據(jù)項(xiàng)目勘察資料可知，隧道盾構(gòu)側(cè)穿橋梁截面需經(jīng)過(guò)下端富水粗粒砂層及上端軟質(zhì)黏土層，其中富水粗粒砂層抗剪性差，易形成粗砂膠結(jié)，黏土層質(zhì)軟，易產(chǎn)生形變，因此盾構(gòu)施工過(guò)程中易因盾構(gòu)作業(yè)擾動(dòng)和橋梁受力作用產(chǎn)生擴(kuò)張裂縫，甚至?xí)斐伤淼理敹塑涃|(zhì)黏土層下移及塌落。

為防止盾構(gòu)施工對(duì)橋梁造成較大擾動(dòng)作用，根據(jù)本項(xiàng)目地質(zhì)環(huán)境、橋梁樁基穩(wěn)定性、施工隧道同樁基間距等因素，合理量化確定隧道側(cè)穿對(duì)樁基影響，采用盾構(gòu)側(cè)穿施工前、中、后期不同階段的綜合注漿加固技術(shù)手段，來(lái)保障工程項(xiàng)目的順利實(shí)施。

盾構(gòu)側(cè)穿施工前，采用地表鉆孔注漿加固技術(shù)、掌子面深孔預(yù)注漿技術(shù)。盾構(gòu)側(cè)穿施工過(guò)程中，采用盾構(gòu)同步注漿技術(shù)。盾構(gòu)側(cè)穿施工后，采用隧洞支護(hù)后補(bǔ)償注漿技術(shù)。通過(guò)多重注漿手段形成綜合性加固技術(shù)方案，以確保側(cè)穿橋梁樁基建設(shè)工程整體結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。

3" "盾構(gòu)施工前注漿加固技術(shù)應(yīng)用

3.1" "地表鉆孔注漿加固技術(shù)

為防止隧道盾構(gòu)施工對(duì)上層土體產(chǎn)生較大擾動(dòng)，導(dǎo)致土體產(chǎn)生裂縫松動(dòng)、樁基產(chǎn)生沉降位移，盾構(gòu)施工至樁基位置前，通過(guò)在橋梁以下地表鉆孔注漿手段，對(duì)橋梁異形板狀樁基附近土實(shí)施加固，以最大化降低土層的位移沉降[2]。隧道左、右雙線橋梁樁基加固區(qū)域如圖1所示。

利用地表根管實(shí)施鉆孔，利用雙管后退法進(jìn)行注漿，鉆設(shè)孔深為20.5m，孔徑為10.3cm。通過(guò)方形陣列布孔，孔距為0.8m。針對(duì)鉆機(jī)難以接近施工區(qū)及樁基承臺(tái)區(qū)，需裝設(shè)規(guī)定角度的注漿管，以保證注漿加固區(qū)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，避免破壞原樁基。

注漿工序應(yīng)按由外及內(nèi)、間隔灌注的順序，禁止連續(xù)對(duì)相鄰孔洞實(shí)施注漿。起初應(yīng)先注漿加固橋梁樁基周邊外側(cè)土層，待該范圍土層固化穩(wěn)定后實(shí)施內(nèi)側(cè)土層注漿加固。采用主動(dòng)式單一液漿壓灌法通孔注漿，灌注材料選取0.9：1.0水灰比的火山灰水泥拌合料?？刂谱{段長(zhǎng)度為20m，樁基內(nèi)側(cè)土體終壓為1800kPa，外側(cè)土質(zhì)終壓為850kPa。注漿施工后進(jìn)行取芯檢驗(yàn)，未達(dá)到注漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的位置應(yīng)再次實(shí)施補(bǔ)漿作業(yè)。

3.2" "掌子面深孔預(yù)注漿加固技術(shù)

為達(dá)到強(qiáng)化隧道盾構(gòu)土體結(jié)構(gòu)目的，避免因隧道掌子面盾構(gòu)施工引起涌水、形變、位移等情況，應(yīng)對(duì)隧洞實(shí)施深孔預(yù)注漿操作，以固化拱體下端的富水粗粒砂層及上端的軟質(zhì)黏土層土體[3]。選取隧道拱頂外部1.3m土深實(shí)施注漿，建立拱壁注漿范圍帶，區(qū)域?yàn)楣绊斨芯€兩邊的75°圓環(huán)范圍。對(duì)隧道拱腰外部1.3m土深實(shí)施注漿，建立閉環(huán)止水區(qū)，區(qū)域?yàn)楣把芯€兩邊的20～45°區(qū)域，兩端呈對(duì)稱環(huán)向注漿。對(duì)洞內(nèi)拱腰、拱頂區(qū)域初襯0.5～0.7m區(qū)間設(shè)置20m長(zhǎng)注漿管，設(shè)置拱腰注漿孔間距為75cm，拱頂注漿孔間距為60cm。

為達(dá)到預(yù)計(jì)的注漿效果，保證橋梁樁基及管線安全穩(wěn)定性，針對(duì)拱頂采用具有較好透水性的特細(xì)水泥砂漿實(shí)施預(yù)注漿處理?？刂谱{壓力低于2.1MPa，參照工程土體實(shí)際條件進(jìn)行調(diào)節(jié)。針對(duì)洞內(nèi)拱腰結(jié)構(gòu)的深孔預(yù)注漿，選擇水玻璃、磷酸鹽等材料實(shí)施封閉處理，防止?jié){液外流。在達(dá)到設(shè)計(jì)止水質(zhì)量后，同樣注入特細(xì)水泥漿液實(shí)施加固處理?？刂谱{壓力在1.3～1.7MPa，控制注漿擴(kuò)展半徑為0.7m，保證注漿凝固后無(wú)緊收情況。

4" "盾構(gòu)施工過(guò)程中注漿加固技術(shù)應(yīng)用

隧道盾構(gòu)施工時(shí)，主要利用同步注漿加固方式，即通過(guò)利用盾構(gòu)機(jī)的砂漿泵控制注漿操作速率，同掘進(jìn)作業(yè)速率保持一致。依據(jù)盾構(gòu)機(jī)機(jī)身長(zhǎng)度設(shè)置注漿沖程數(shù)，結(jié)合工程實(shí)際，確定沖程數(shù)為20L/次。

注漿過(guò)程中，漿液壓力應(yīng)不低于此位置土層壓力與靜止水壓的總和，以防止形成盾構(gòu)裂縫。合理控制注漿壓力，保證同步注漿壓力同土倉(cāng)壓力相匹配。否則注漿壓力過(guò)大易形成漿液跑漿及擾動(dòng)，導(dǎo)致隧道周邊土層沉降。過(guò)小的注漿壓力易造成注漿量不夠、注漿速率低，導(dǎo)致地面產(chǎn)生過(guò)大形變[4]。

本項(xiàng)目在盾構(gòu)機(jī)身裝設(shè)4處注漿孔，利用各孔配備的壓力測(cè)量裝置控制調(diào)節(jié)注漿孔壓力，確保管片位置注漿孔出口注漿的協(xié)調(diào)一致。通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)與自動(dòng)調(diào)節(jié)相結(jié)合的方式實(shí)施注漿壓力控制。預(yù)先設(shè)定程序自動(dòng)調(diào)節(jié)注漿速度，一旦達(dá)到預(yù)定壓力自動(dòng)終止注漿。同時(shí)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)情況隨時(shí)手動(dòng)調(diào)節(jié)注漿量、注漿速率等參數(shù)。按注漿壓力設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施注漿，當(dāng)注漿量滿足工程需求后停止注漿。

利用膨潤(rùn)土漿液定時(shí)清洗注漿管路，當(dāng)盾構(gòu)至最后20cm位置，待注漿罐內(nèi)砂漿注入完成后，填充膨潤(rùn)土漿液潤(rùn)滑清洗，避免設(shè)備停運(yùn)過(guò)久引起砂漿管路堵塞。若發(fā)生出土量大幅提高、掌子面冒頂?shù)犬惓Ｇ闆r，應(yīng)合理提高同步注漿量[5]。

5" "盾構(gòu)施工后注漿加固技術(shù)應(yīng)用

5.1" "注漿前準(zhǔn)備工作

補(bǔ)償注漿前應(yīng)先確定合理的鉆孔位置，通過(guò)電錘在保護(hù)層3cm深位置實(shí)施鉆設(shè)，并安設(shè)水玻璃管及水泥砂漿管。補(bǔ)償注漿前需檢測(cè)管片、土倉(cāng)等部位壓力狀況，如存在異常需及時(shí)檢修[7]。

檢查盾尾油脂腔的壓力值，如低于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)加注盾尾油脂，以保證注漿時(shí)漿液具有充足壓力。同步注漿管路球閥應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)。將注漿孔全部開(kāi)啟，加裝注漿頭，通過(guò)觀察注漿頭漿液濃度情況，判斷是否關(guān)閉注漿頭。

5.2" "注漿材料和注漿壓力確定

注漿材料選擇硬化時(shí)長(zhǎng)可控的水玻璃和水泥混合漿液，水玻璃與水泥砂漿按1：2體積比混合，依據(jù)施工實(shí)際確定注漿強(qiáng)度和硬化時(shí)長(zhǎng)。為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的拱內(nèi)止水加固效果，本項(xiàng)目經(jīng)鉆孔取樣試驗(yàn)，將注漿壓力確定為1.6～2.3MPa，以確保漿液具備特定的擴(kuò)散效果，且不會(huì)對(duì)周?chē)翆有纬奢^大程度影響。

5.3" "注漿操作要點(diǎn)

實(shí)施雙漿液注入過(guò)程中，應(yīng)先灌注水泥漿液3min，隨后開(kāi)啟水玻璃閥進(jìn)行漿液注入。灌注終孔時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高水玻璃漿液濃度。單孔注漿結(jié)束后應(yīng)靜置6～8min，隨即開(kāi)啟注漿頭檢測(cè)注漿效果，如水含量較高應(yīng)實(shí)施二次注入。最后利用雙快水泥砂漿實(shí)現(xiàn)封孔，用塑料螺堵完成固結(jié)。

注漿時(shí)應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)注漿壓力，保證其壓力參數(shù)在工程設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。如存在注漿壓力偏高且注漿速率低的現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)排查管路、泵等位置是否存在堵塞，并及時(shí)清理。如注漿時(shí)發(fā)生異常終止情況，也應(yīng)對(duì)管路、泵位置實(shí)施清洗操作。注漿完成應(yīng)保證機(jī)械及管路的清潔。單孔注漿過(guò)程中，應(yīng)準(zhǔn)備充足水玻璃、水泥漿液，禁止注漿過(guò)程中中斷灌漿作業(yè)。

隧道側(cè)穿橋梁樁基盾構(gòu)挖設(shè)及初支完成后，參考地表沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，針對(duì)差異化地層截面易滲水位置實(shí)施補(bǔ)償注漿，以達(dá)到降低裂隙水發(fā)育、提高隧洞支護(hù)穩(wěn)定性的目的[6]。補(bǔ)償注漿主要采用小導(dǎo)管方式，導(dǎo)管布局按1m×1m梅花狀布控。

6" "注漿加固施工效果分析

利用模型仿真技術(shù)實(shí)施隧道側(cè)穿樁基施工模擬，分析復(fù)雜地層環(huán)境下隧道注漿加固施工效果，檢測(cè)橋梁樁基周邊地層和盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)形變特征。

6.1" "隧道結(jié)構(gòu)形變分析

左右雙線隧道側(cè)穿橋梁樁基工程通過(guò)先左線、后右線的施工方式，以有效避免同時(shí)施工造成拱頂圍巖的形變累加。隧道中線以下圍巖及襯砌豎直位移分布模型如圖2所示。從圖2可以看出，雙線貫通完工后，隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的形變量整體呈對(duì)稱態(tài)勢(shì)。相較于其他部位，隧道拱頂沉降位移量稍大，隧道左線拱頂形變量為6.9mm，右線拱頂形變量為7.5mm，表明先挖隧道結(jié)構(gòu)的形變量略小于后挖隧道形變量。

6.2" "地面結(jié)構(gòu)形變分析

橋梁以下地面土體的豎直形變模型如圖3所示。從圖3可以看出，隧道側(cè)穿完工后，受注漿膨脹應(yīng)力影響，地面形變整體呈雙線隧道拱頂位置略微提升狀態(tài)。先挖設(shè)的左線隧道地面最大位置提升量為3.9mm，提升量較小。后挖設(shè)的右線隧道地面受形變累加作用，最大位置提升量可達(dá)5.1mm，相較于左線偏大。由此可見(jiàn)，后挖設(shè)的隧道受注漿膨脹作用的影響略大。

地面結(jié)構(gòu)整體形變量較小，低于隧道設(shè)計(jì)預(yù)警形變的20mm標(biāo)準(zhǔn)，樁基之間的沉降偏差約為0.7mm，樁基傾斜量約為0.21‰，低于橋梁結(jié)構(gòu)形變要求的0.3‰標(biāo)準(zhǔn)。

綜上所示，利用施工前、中、后期綜合注漿加固的技術(shù)方案，有效保證了復(fù)雜施工環(huán)境下工程項(xiàng)目的順利實(shí)施，較好解決了軟質(zhì)地層的差異化沉降現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)計(jì)的施工效果。

7" "結(jié)束語(yǔ)

地鐵隧道盾構(gòu)施工側(cè)穿既有橋梁樁基時(shí)，易產(chǎn)生地層應(yīng)力擾動(dòng)，甚至?xí)T發(fā)一系列工程質(zhì)量及安全問(wèn)題。本文結(jié)合地鐵隧道側(cè)穿橋梁樁基案例，分析項(xiàng)目具體施工條件，參考項(xiàng)目路橋樁基受力結(jié)構(gòu)、地質(zhì)環(huán)境等因素，形成一套綜合性的隧道側(cè)穿橋梁樁基注漿加固施工技術(shù)方案。根據(jù)工程的不同階段，詳細(xì)論述了注漿加固技術(shù)在地鐵隧道盾構(gòu)側(cè)穿橋梁樁基工程的應(yīng)用過(guò)程。結(jié)合施工結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)建模分析，核驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)隧道、地面等結(jié)構(gòu)形變等相關(guān)參數(shù)，證明注漿加固施工達(dá)到了預(yù)計(jì)的工程質(zhì)量要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 李鐵柱.袖閥管及深孔注漿在地鐵站施工建筑物及管線保護(hù)中的應(yīng)用[J].中國(guó)水能及電氣化，2021（2）：5-10.DOI：10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2021.02.02.

[2] 閆莉，張智慧，朱興.地鐵隧道下穿河流施工遇富水軟弱地層的控制技術(shù)[J].城市軌道交通研究，2021，24（03）：138-141.DOI：10.16037/j.1007-869x.2021.03.032.

[3] 吳鳳明，羅來(lái)兵，趙文勝.地鐵暗挖車(chē)站主體結(jié)構(gòu)深孔注漿施工工藝及效果分析[J].都市快軌交通，2019，32（4）：99-104.

[4] 柏江源.隧道下穿富水軟弱不均勻地層沉降控制技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2020，17（14）：25-26.DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2020.14.025.

[5] 王栓，鄭曉飛，呂偉華.盾構(gòu)隧道近距離側(cè)穿樁基的力學(xué)響應(yīng)分析[J].南京工程大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，16（2）：36-43．

[6] 丁前進(jìn)，何小利，劉文彬，等.淺埋隧道下穿橋梁施工過(guò)程中圍巖穩(wěn)定性分析[J].河南城建學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，28（2）：33-38.DOI：10.14140/j.cnki.hncjxb.2019.02.006.

[7] 楊磊，朱富麗，張浩.軟硬交界隧道近距離下穿建筑物注漿控制及監(jiān)測(cè)管理[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2019，19（17）：287-292.

（中鐵十九局集團(tuán)軌道交通工程有限公司，北京" "101300）