史寧強(qiáng)

（林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司重慶　401121）

復(fù)雜條件下隧道內(nèi)二次注漿控制技術(shù)

史寧強(qiáng)

（林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司重慶401121）

盾構(gòu)隧道近距離穿越地面建構(gòu)筑物后，隧道內(nèi)二次注漿是控制建構(gòu)筑物長(zhǎng)期沉降的一種有效方式，施工條件復(fù)雜時(shí)，二次注漿需做到精細(xì)化施工。本文依托工程實(shí)踐，對(duì)二次注漿精細(xì)化施工做了初步探討，主要包括注漿孔位選擇、注漿管長(zhǎng)度、打管與注漿順序、拔管速度、注漿時(shí)機(jī)等方面，以期為類似工程提供借鑒。

復(fù)雜條件；盾構(gòu)隧道；二次注漿；傾斜房屋；長(zhǎng)期沉降

前言

在城市軌道交通建設(shè)過程中，出現(xiàn)了越來越多的隧道近距離穿越地面建構(gòu)筑物的工程，當(dāng)穿越某些敏感建構(gòu)筑物時(shí)，要求嚴(yán)格控制建構(gòu)筑物的沉降。沉降控制包括盾構(gòu)穿越前、穿越中及穿越后的控制，隧道內(nèi)二次注漿是控制建構(gòu)筑物長(zhǎng)期沉降的一種有效方式[1]，本文主要研究盾構(gòu)穿越敏感建筑物后通過二次注漿控制建構(gòu)筑物的長(zhǎng)期沉降。

1　工程概況

上海軌道交通某線路區(qū)間隧道采用φ6340型土壓平衡盾構(gòu)推進(jìn)，盾構(gòu)從端頭井出洞后，穿越某幢傾斜民房且從傾斜方向一側(cè)穿越，其中上行線有15m左右盾構(gòu)從房屋基礎(chǔ)下部經(jīng)過。房屋周邊市政管線密布。隧道、房屋、市政管線相對(duì)位置如圖1所示。

圖1　隧道與房屋、管線水平相對(duì)位置圖

傾斜民房為磚混結(jié)構(gòu)，穿越前房屋最大傾斜達(dá)26cm，傾斜角度接近1°，局部最大傾斜率為1.7%，如圖2所示。

圖2　穿越前傾斜房屋各角點(diǎn)傾斜情況

盾構(gòu)下穿土層為④淤泥質(zhì)粘土層、⑤1-1粘土層，穿越前考慮到種種因素，未對(duì)傾斜房屋進(jìn)行修繕加固和糾偏處理，盾尾脫開傾斜房屋后，房屋最大沉降為-10mm，最大附加傾斜率為0.074%，局部最大傾斜率為1.75%。

2　房屋長(zhǎng)期沉降控制

盾構(gòu)穿越傾斜房屋后，由于土體的擾動(dòng)，房屋必然會(huì)繼續(xù)沉降，且是一個(gè)長(zhǎng)期的過程。房屋長(zhǎng)期沉降主要由隧道內(nèi)二次注漿控制，漿液注入土層為④層與⑤1-1層土，如圖3所示。

圖3　隧道橫斷面地質(zhì)剖面圖

一方面第④、第⑤1-1層土屬高壓縮性、低強(qiáng)度、低滲透性的軟粘性土，具有相當(dāng)高的靈敏度，在動(dòng)力作用下土體結(jié)構(gòu)極易破壞，使土體強(qiáng)度驟然降低，造成土體失穩(wěn)，從而導(dǎo)致房屋產(chǎn)生大的沉降；另一方面④層土有很強(qiáng)的流動(dòng)性，由于市政管線處土體與房屋下土體荷載工況不同，在注漿工況下，土體有向管線處流動(dòng)的趨勢(shì)，導(dǎo)致管線上抬，房屋沉降加劇，如圖4所示。

圖4　注漿潛在不利影響示意圖

3　微擾動(dòng)注漿控制

本工程隧道內(nèi)二次注漿采用分層注漿工藝，將一定長(zhǎng)度的注漿管打入管片上的預(yù)留注漿孔至隧道壁外側(cè)指定的深度，再邊拔注漿管邊將漿液均勻注入土體中，漿液凝固后與土體形成復(fù)合體，達(dá)到加固土體的效果。

注漿材料為雙液漿，初凝時(shí)間30～60s，稠度9～10cm，體積收縮率小于5%。所用原材料水泥強(qiáng)度等級(jí)為P.O.42.5級(jí)，水玻璃為35～42°；加固土水泥摻量（重量比）為5～7%，水灰比一般為0.5～0.6。500L漿液參考配比（重量比）如表1。

表1　500L雙液漿配比表

3.1常規(guī)施工參數(shù)

（1）注漿流量采取15～25L/min；

（2）注漿壓力下限為土壓力，上限為土體劈裂注漿壓力，本工程注漿壓力采用0.3～0.5MPa；

（3）二次注漿的總原則是少量多次，即單次注漿量應(yīng)盡量小，而+且單次注漿量隨著房屋的逐漸穩(wěn)定采取相應(yīng)的調(diào)節(jié)，數(shù)值逐漸減小。單次注漿量初期控制在150～250L/次，隨著房屋下累積注漿量的增加，房屋逐漸趨于穩(wěn)定，單次注漿量調(diào)節(jié)為100～150L/次。

3.2注漿孔位選擇

選擇孔位標(biāo)準(zhǔn)為：

（1）能夠較好地抑制房屋沉降，使房屋維持穩(wěn)定；

（2）使管線上抬較??；

（3）不使隧道產(chǎn)生左偏及上抬。

孔位選擇主要以控制房屋沉降為主，同時(shí)要兼顧管線及隧道軸線的問題，找到能滿足上述標(biāo)準(zhǔn)的最佳孔位組合。

各注漿孔分布見圖5。

圖5　環(huán)片預(yù)留注漿孔分布圖

3.2.1孔位效果數(shù)值模擬

采用Plaxis軟件進(jìn)行二維數(shù)值模擬計(jì)算。土體采用彈塑性模型，考慮房屋的超載作用，不考慮隧道縱向剛度。主要考慮漿液對(duì)土體的擠密作用，在注漿位置對(duì)土體施加一定的壓力來模擬這一作用[2～3]。有限元模型如圖6所示。

圖6　有限元模型

計(jì)算結(jié)果見圖7、圖8。

圖7　不同孔號(hào)注漿引起的土體豎向位移

圖8　不同孔號(hào)注漿引起的房屋基礎(chǔ)、煤氣管線的豎向位移

從數(shù)值模擬的結(jié)果可以得出：1號(hào)孔和2號(hào)孔注漿會(huì)引起房屋大幅度沉降，煤氣管線的大幅度抬升；3號(hào)孔注漿會(huì)引起房屋的小幅度沉降，煤氣管線的小幅度沉降；4號(hào)孔和5號(hào)孔注漿會(huì)可使房屋抬升，同時(shí)對(duì)煤氣管線無大的影響；6號(hào)孔注漿會(huì)引起房屋與煤氣管線的沉降。

根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，4號(hào)孔和5號(hào)孔注漿效果最好。1、2、3、6號(hào)孔均不宜采用。

3.2.2孔位實(shí)效分析

從圖9中可以看到：在4號(hào)孔或5號(hào)孔注漿后，房屋測(cè)點(diǎn)均有小幅度抬升，約0.5mm，煤氣管線監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本上沒有變化，與數(shù)值計(jì)算比較吻合。

圖9　4號(hào)、5號(hào)孔單注與4號(hào)孔和5號(hào)孔組合注漿效果圖

若單一采用這兩個(gè)孔位，會(huì)造成隧道的左偏，所以實(shí)際工程中根據(jù)對(duì)稱注漿的原則，選擇1～2個(gè)位于隧道左側(cè)的孔位與其搭配注漿。

搭配注漿以包注方式效果較好，即當(dāng)某監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)生較大沉降，需要注漿加固時(shí)，并不選擇此點(diǎn)所直接對(duì)應(yīng)的環(huán)號(hào)進(jìn)行注漿，而選擇此點(diǎn)兩側(cè)相臨近的環(huán)號(hào)進(jìn)行注漿，兩邊漿體同時(shí)對(duì)此點(diǎn)擠壓，起到加固效果。但選擇的兩環(huán)以間隔4～5環(huán)為宜。包注方式見圖10。

圖10　包注方式示意圖

3.3打管長(zhǎng)度

為使注漿效果更佳，必須合理設(shè)置注漿管長(zhǎng)度：①若注漿管太短，則會(huì)擠壓房屋下土體流向市政管線位置，引起市政管線的抬升，房屋傾斜一側(cè)的沉降，如圖4所示不利影響；②若注漿管太長(zhǎng)，則由于漿液壓力的擴(kuò)散，有可能引起房屋另一側(cè)的抬升，相對(duì)來說，這將導(dǎo)致房屋傾斜一側(cè)的沉降。

為此，假設(shè)隧道外邊界與房屋基礎(chǔ)邊界線相切，房屋基礎(chǔ)為剛性基礎(chǔ)，忽略房屋的傾斜給房屋中心帶來的影響，假設(shè)注漿只在豎向產(chǎn)生壓力，如圖11所示。

圖11　注漿管極限長(zhǎng)度理論計(jì)算圖

從圖11中可得出，注漿管水平進(jìn)入房屋基礎(chǔ)下方土體深度理論極限值為3.57m，注漿管極限長(zhǎng)度為4.07m。但房屋基礎(chǔ)是條形基礎(chǔ)，剛度較差，且房屋中心線較原來要左偏。所以當(dāng)隧道外邊界與基礎(chǔ)邊線相切時(shí)，注漿管水平投影應(yīng)小于4m。

實(shí)際工程證明當(dāng)隧道外邊界與房屋基礎(chǔ)邊界線相切時(shí)，選擇4號(hào)孔或5號(hào)孔注漿時(shí)，注漿管水平投影在1.3～3m時(shí)，注漿效果很好。

3.4打管與注漿順序

3.4.1單環(huán)打管與注漿順序

單孔按由外及里順序注漿，單環(huán)按由下至上順序注漿，這就決定了單環(huán)打管順序，如圖12所示。

3.4.2多環(huán)打管與注漿順序

圖12　單環(huán)打管順序示意圖

多環(huán)注漿采取包注方式進(jìn)行，前文已詳述，此不再贅述。若在已注漿完畢的環(huán)片某注漿孔的相鄰環(huán)片的同一孔位注漿，則后注的漿體由于壓力的擴(kuò)散將對(duì)已凝固的漿土復(fù)合體產(chǎn)生擾動(dòng)，產(chǎn)生非常不利的影響。注漿過程中應(yīng)杜絕這種工況。下面將舉例說明此情況，49環(huán)5號(hào)孔打管長(zhǎng)度為1.5m，且此孔為第一次分層注漿，此前相鄰環(huán)48環(huán)與50環(huán)5號(hào)均已經(jīng)做好，打管長(zhǎng)度為1.5m。如圖13所示。

圖13　49環(huán)5#注漿擾動(dòng)示意圖

注漿后，房屋及煤氣管線沉降如圖14所示。

圖14　49環(huán)5#分層注漿效果圖

從圖14可看到，房屋監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降起伏很大，煤氣管線抬升幅度很大，表明注漿產(chǎn)生了大的擾動(dòng)。

考慮注漿效果、注漿產(chǎn)生的附加擾動(dòng)，打管采取隔環(huán)跳打的方式，隔環(huán)跳打方式如圖15所示。每?jī)蓚€(gè)施工環(huán)間隔3～5環(huán)。

圖15　隔環(huán)跳打方式示意圖

3.5拔管速度與長(zhǎng)度

分層注漿加固時(shí)，拔管盡量做到勻速，實(shí)際效果表明，拔管越均勻，對(duì)周圍土體擾動(dòng)越小，注漿效果越好。拔管速度由注漿流量決定，當(dāng)注漿流量為15～25L/min，以5cm/min為控制標(biāo)準(zhǔn)。

拔管長(zhǎng)度與單次注漿量決定，應(yīng)嚴(yán)格匹配，單次注150～ 200L，拔管40cm，單次注100L拔管30cm。

3.6注漿時(shí)機(jī)

注漿后監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降變化過程可分為三個(gè)階段：上升段、穩(wěn)定段、及沉降段。相鄰兩次注漿之間可選擇的時(shí)機(jī)有：①下沉段剛開始時(shí)；②沉降值達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)。注漿時(shí)機(jī)如圖16所示。

圖16　注漿時(shí)機(jī)示意圖

選擇第一時(shí)機(jī)注漿注漿，經(jīng)過一段時(shí)間后，房屋在維持穩(wěn)定的同時(shí)，會(huì)逐漸抬升。另一方面，由于兩次注漿間隔時(shí)間較短，漿液可能會(huì)對(duì)土體產(chǎn)生比較大的擾動(dòng)。

選擇第二注漿時(shí)機(jī)注漿，兩次注漿之間沉降曲線不會(huì)產(chǎn)生疊加，每一次注漿產(chǎn)生的效果周期都是完整的。

當(dāng)房屋沉降速率較大時(shí)，選擇第一注漿時(shí)機(jī)注漿，能較快的使房屋維持穩(wěn)定；當(dāng)房屋沉降速率較小時(shí)，宜選擇第二注漿時(shí)機(jī)。

4　結(jié)論及建議

（1）二次注漿應(yīng)遵循多點(diǎn)、少量、多次、均勻的循序漸進(jìn)原則進(jìn)行；

（2）注漿材料采用雙液漿，采用分層注漿工藝；

（3）注漿流量為15～25L/min，注漿量按20%注入率根據(jù)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)做調(diào)整；

（4）打管采用隔環(huán)跳打方式，兩施工環(huán)一般間隔3～5環(huán)；

（5）拔管速度：注漿流量為15～25L/min，以5cm/min為控制標(biāo)準(zhǔn)。

（6）注漿時(shí)機(jī)宜根據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)沉降曲線慎重選擇，一般沉降速率較大時(shí)，選擇第一注漿時(shí)機(jī)，沉降速率較小時(shí)，宜選擇第二注漿時(shí)機(jī)。

[1]李繼宏，許燕鋒，王鳳忠.跟蹤注漿在保護(hù)周邊建筑物中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2002，39（1）：29～33.

[2]杜明芳，等.壓密注漿機(jī)理研究及效果檢驗(yàn)分析[J].工程力學(xué)，1996：352～356.

[3]王廣國，等.壓密注漿機(jī)理研究及效果檢驗(yàn)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2000，19（6）：670～673.

U445.43

A

1673-0038（2015）13-0166-04

2015-3-16

史寧強(qiáng)，工程師，主要從事巖土、隧道、地鐵設(shè)計(jì)工作。