鄭東升

0 引言

盾構(gòu)施工中為了便于管片安裝,不可避免地存在盾尾空隙——盾殼與管片外緣之間的空隙。通常情況下,可以通過同步注漿的方式在盾構(gòu)往前開挖推進(jìn)的同時,進(jìn)行同步的壁后注漿(硬性水泥砂漿或惰性漿),這是盾構(gòu)施工中主動控制地層變形的重要環(huán)節(jié)。

為了實現(xiàn)壁后注漿的目的和滿足盾構(gòu)施工要求,除漿液的注入必須迅速、飽滿地充填盾尾空隙外,壁后注漿的漿液工程特性必須滿足下列要求:1)具有良好的充填性,且不易流竄到盾尾空隙以外的其他區(qū)域(不漏失到掘削面及圍巖土體中去);2)漿液應(yīng)具有良好的和易性和流動性,且離析少;3)漿液應(yīng)具有適當(dāng)?shù)某矶?不易被地下水稀釋;4)材料穩(wěn)定性好,不易分層,以便能長距離壓送;5)壁后注漿填充后,應(yīng)能及早凝結(jié)約束管片,并且早期強度最好與原狀土的強度相當(dāng);6)漿液硬化后的體積收縮率和滲透系數(shù)要小;7)無公害、價格便宜。其中,最為重要的工程特性是充填性、流動性、強度和收縮性能,滿足這些工程特性是實現(xiàn)壁后注漿目的的關(guān)鍵。

目前,由于盾構(gòu)施工中主要風(fēng)險點在盾構(gòu)端頭加固、盾構(gòu)始發(fā)和聯(lián)絡(luò)通道地基加固、施工。目前盾構(gòu)施工中的重大事故也是在這一塊。但是隨著盾構(gòu)施工穿越地面建筑物和地中構(gòu)筑物(例如橋梁基礎(chǔ)、已建隧道、地中管線等)的實例越來越多,引起結(jié)構(gòu)物開裂的工程事故也越來越多,因此越來越引起各方的重視。

本文通過一個試驗段,分析了不同類型的壁后注漿對地面變形的影響。

1 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件簡介

盾構(gòu)穿越土層主要為晚更新世海陸交互相沉積層(4層和5層)。

試驗段1盾構(gòu)穿越地層為④-1a粉質(zhì)黏土(1 m),④-1粉土(1.5m),⑤層粉質(zhì)黏土～淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土(3.5 m)。

場地地下水有潛水和承壓水兩種類型。潛水穩(wěn)定水位在地面下1.0 m～1.9 m。對盾構(gòu)施工及以后地鐵運營影響較大的含水層為④-1和④-2層土層構(gòu)成的含水層組,即第一層微承壓水,承壓水頭高程為1.51 m～1.65 m。場地分布的砂性土層,為不液化土層。

2 惰性漿液對地表沉降的影響

2.1 漿液配比

選用惰性漿液,其配比如表1所示。漿液的初凝時間為27 h。

表1 惰性漿液配比

2.2 監(jiān)測方案

惰性漿液施工時地表沉降監(jiān)測布置如圖1所示。

2.3 地表沉降

100環(huán)布設(shè)的地表監(jiān)測點得到的地表沉降如圖2所示。

從圖2中可以看出:

1)注漿參數(shù)黃砂量較少,缺少支撐盾構(gòu)襯砌骨料支撐,雖然稠度經(jīng)每環(huán)監(jiān)測均符合9～11之間,但強度無法滿足要求,襯砌脫出盾尾后沉降較大。2)80環(huán)～100環(huán)之間姿態(tài)較差,處于姿態(tài)調(diào)整期間,盾構(gòu)刀盤切削土體擾動較大。3)部分管片拼裝時發(fā)現(xiàn)漏漿現(xiàn)象,雖然在下一環(huán)推進(jìn)過程中已進(jìn)行補漿,但已經(jīng)造成剛脫出盾尾的管片沉降較大。4)盾構(gòu)處在干將河及駁岸中間,左右兩側(cè)土壓力不均勻,容易致使盾構(gòu)刀盤切口壓力不平衡。5)地表沉降點位布設(shè)大部分在草地上,土質(zhì)松軟,人員流動較大,不排除人為踩踏影響。6)目前盾構(gòu)在9.5‰的豎曲線推進(jìn),頭部千斤頂頂力大于底部頂力,實際開挖面不是圓形而是橢圓,因此引起地層損失。

3 硬性漿液對地表沉降的影響

3.1 漿液配比

為了減小地表沉降,選用了硬性漿液,其配比如表2所示。漿液的初凝時間為8.5 h。

表2 硬性漿液配比 kg

3.2 監(jiān)測方案

硬性漿液施工時地表沉降監(jiān)測布置如圖3所示。

3.3 地表沉降

從硬性漿液施工時地面隆陷與盾構(gòu)掘進(jìn)過程的關(guān)系可以看出:1)盾體前方普遍隆起較大,最大值達(dá)到4 mm,主要原因為掘進(jìn)過程中推進(jìn)速度過快,土壓波動值大,以及土壓設(shè)定偏高引起。2)管片脫出盾尾后沉降,主要原因為同步注漿量偏少造成,后期沉降加大,原因為未及時進(jìn)行二次注漿。3)采用硬性漿液施工,地表沉降有較大的減少。這主要是由于硬性漿液初凝時間早,減少了漿液初凝前固結(jié)收縮,也就減少了地層損失,對于滲透性較大的地層,最好采用硬性漿液進(jìn)行壁后注漿施工。

4 結(jié)語

通過以上分析可知,盾構(gòu)施工在保持開挖面穩(wěn)定的前提下,壁后注漿性能及種類對地層變形、地面沉降影響極大。采用惰性漿液施工時,最大地表沉降接近30 mm,加上后續(xù)沉降,可能突破30 mm,對周圍環(huán)境帶來不利的影響。通過嚴(yán)格控制盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù),采用水泥硬化漿,地表累計沉降可控制在-20 mm,滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

[1]朱 偉,陳仁俊.盾構(gòu)隧道施工技術(shù)現(xiàn)狀及展望(第2講)盾構(gòu)隧道技術(shù)和施工管理[J].巖土工程界,2001,4(12):14-16,20.

[2]曾曉清,張慶賀.土壓平衡盾構(gòu)同步注漿漿液性能試驗研究[J].中國市政工程,1995(1):46-50.

[3]王 暉,李大勇,夏廣紅.盾構(gòu)機(jī)盾尾注漿施工中存在的問題及其對策分析[J].蘇州科技學(xué)院學(xué)報(工程技術(shù)版),2004,17(1):40-45.