邵利平

(北京中鐵隧建筑有限公司，北京100022)

0 引言

隨著城市道路建設(shè)的不斷發(fā)展，更多的人行過街通道需穿越城市市政道路工程，施工過程中采取何種支護手段保證地面交通不受影響及地下管線安全尤為重要。文獻［1-10］結(jié)構(gòu)斷面為拱形隧道、地面覆土較厚、地層變化較小，在通道采取超前大管棚施工。本文過街通道在復(fù)雜地層及未施工超前大管棚前提下，采取了二重管深孔注漿技術(shù)取代超前大管棚保證了市政道路交通正常運行及地下管線安全，希望通過對該工程施工總結(jié)出的二重管深孔注漿參數(shù)，對類似工程的施工中有借鑒作用。

1 工程概況

沈陽市青年大街華潤—嘉里人行過街通道位于沈陽市青年大街與文藝路交叉口，地道東側(cè)連接嘉香格里拉酒店地下2層，西側(cè)連接華潤萬象城商業(yè)建筑地下1層。通道長58 m，凈寬10 m，斷面尺寸為12.3 m×6.15 m(寬×高)，為平頂直墻結(jié)構(gòu)，分6部開挖。通道地面覆土2.8～3.3 m，底板埋深10.3 m，按照通道平均覆土3 m、跨度12.3 m計算，即覆跨比3/12.3=0.24＜0.6，本通道屬于超淺埋暗挖通道。通道地質(zhì)較差，地層自上而下為雜填土、粉細沙、中粗砂，通道頂部穿越地段為雜填土，雜填土與粉細砂層組合，其中雜填土地層中含有鋼筋混凝土、磚頭、瓦塊等，工程地質(zhì)詳見圖1。通道采用φ108大管棚+φ42超前小導(dǎo)管注漿進行開挖支護，以保證既有地面交通正常通行。

2 超前大管棚施工變更原因分析

本過街通道位于沈陽市青年大街下方，青年大街為沈陽市金廊路段，其重要程度相當(dāng)于北京的長安街，暗挖通道全長58 m，采用φ 108大管棚+φ 42超前小導(dǎo)管進行開挖支護，大管棚采用TT型水平鉆機兩側(cè)對打，單側(cè)長度為35 m，橫向間距為0.5 m，管內(nèi)注水泥砂漿進行填充。據(jù)地質(zhì)勘察報告，通道頂部處于雜填土及粉細砂層中，通過實施管棚在1.0～7.0 m范圍內(nèi)為砂土，7.0～9.0 m后遇到回填土，鉆進困難(0.5 m/h)且極易塌孔，后期采用先進的TT145型夯管錘在原有施工管棚基礎(chǔ)上進行夯進，但夯進5～8 m后無法繼續(xù)進行，管棚累計施工長度為21 m，與設(shè)計要求的35 m相差甚遠。通過對管棚內(nèi)土體進行取樣，發(fā)現(xiàn)管內(nèi)存在有大量的磚頭、瓦塊、混凝土塊、鋼筋混凝土，軟硬不均，管棚施工失敗。經(jīng)與設(shè)計院共同研究，認為由于通道頂部雜填土地層內(nèi)部較為復(fù)雜，造成管棚無法正常施工，協(xié)商后進行設(shè)計變更，擬采用二重管深孔注漿技術(shù)取代超前大管棚。

圖1 工程地質(zhì)縱剖面圖Fig.1 Longitudinal geology profile

3 二重管深孔注漿方案設(shè)計

針對超前大管棚無法進行鉆進及易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，擬定采用二重管深孔注漿技術(shù)來取代超前大管棚，注漿材料選用水泥-水玻璃雙液漿，通過注漿機壓入所需加固的雜填土層及砂層中，經(jīng)過膠凝作用，使其填充到雜填土及砂層空隙中的漿液固化，同時瞬時起到一定強度，達到改良土層性狀的目的，進而保證開挖過程中的施工安全及地面交通不受影響。

3.1 注漿設(shè)計參數(shù)

3.1.1 注漿材料

注漿材料采用水泥-水玻璃雙液漿。

3.1.2 注漿參數(shù)

1)注漿管。φ 42×4.0 mm，L=10/4 m，注漿管前端做成錐形，注漿管間隔0.3 m呈梅花型布設(shè)φ 5 mm的注漿孔，注漿管端頭設(shè)置止?jié){閥。

2)水泥。采用42.5級普通硅酸鹽水泥。

3)水玻璃。模度為2.8～3.2，濃度為30～38Be'。

4)雙液漿比例。水泥水灰比為1∶1，水泥漿-水玻璃體積比為1∶0.6 ～1∶1。

5)注漿壓力。0.3～0.8 MPa。

6)膠凝時間。30～60 s。

7)漿液擴散半徑。0.35～0.6 m。

8)加固土體范圍。開挖輪廓線外1.5～2 m。

9)注漿方式。分段后退式注漿，0.5～1 m/段，6～10 m/循環(huán)。

10)注漿填充率。砂層10～15%，雜填土35% ～40%。

3.2 注漿施工工藝

見圖2。

圖2 二重管注漿工藝流程圖Fig.2 Construction process of duplex pipe grouting

3.2.1 管線調(diào)查

在通道施工前需對地下管線進行詳細調(diào)查，一方面以防在注漿過程中漿液順管道“亂串”，另一方面注漿引起管線過大變形，造成管線斷裂，開始注漿尤其對地下市政給水、燃氣、排水管線需重點調(diào)查。

3.2.2 掌子面封閉處理

在開挖前采用小導(dǎo)管對拱部掌子面進行注漿加固，間距80 cm×80 cm，梅花型布置，縱向3 m/環(huán)。注漿前對掌子面進行噴射15 cm厚C25混凝土進行封閉。注漿參數(shù)為普通水泥漿水灰比1∶1～1.5∶1，在施工中可依據(jù)現(xiàn)場情況適量調(diào)節(jié)。

3.2.3 定孔位

開鉆前，嚴(yán)格按照施工布置圖，布好孔位，見注漿孔位圖3。

圖3 注漿孔位布置圖Fig.3 Layout of grouting holes

3.2.4 鉆孔

鉆機定位、鉆桿角度要準(zhǔn)確，要求孔位偏差不大于2 cm，入射角度偏差不大于1°;鉆孔前調(diào)整鉆桿的角度并對準(zhǔn)孔位后，鉆機不得移位及隨意起降。鉆設(shè)第1個孔時慢速運轉(zhuǎn)，掌握地層對鉆機的影響情況，以確定在該地層條件下的鉆進參數(shù)，并密切觀察溢水出水情況，出現(xiàn)大量溢水時，立即停鉆，分析原因后再進行施工，避免對地下管線造成破壞。鉆孔示意見圖4。

圖4 鉆孔示意圖Fig.4 Sketch of borehole drilling

3.2.5 配漿(制漿)

采用準(zhǔn)確的計量工具，嚴(yán)格按照試驗確定的配合比配料。2種漿液在注入前分別拌合均勻，并經(jīng)常檢查混合后的凝結(jié)時間是否符合設(shè)計要求。

3.2.6 注漿

暗挖通道開挖凈空尺寸為12.3 m×6.15 m(長×高)，為保證地道在初期支護開挖過程中施工安全，防止地表較大沉降影響地面行車及地下管線安全;因此，對本工程開挖輪廓線頂部及邊墻2 m范圍內(nèi)進行注漿，注漿每10 m為一個循環(huán)，注漿體搭接范圍為1 m，即開挖9 m，預(yù)留1 m加固體，然后打管對掌子面進行封閉處理，進行下一循環(huán)的注漿。首先用清水從注漿混合室的端點送出，確保暢通，將端點關(guān)閉進行橫噴射切換。一般噴射速度8～20 L/min。嚴(yán)格控制注漿壓力，當(dāng)壓力突然上升或從孔壁溢漿，應(yīng)立即停止注漿，待查明原因后制定相應(yīng)措施。每段注漿量嚴(yán)格按設(shè)計進行，跑漿時，采取封堵、間歇注漿等措施確保注漿量滿足設(shè)計要求，采用分段后退式注漿方式，0.5 ～1 m/段，6 ～10 m/循環(huán)。

3.2.7 封堵

所有階梯噴射完畢后，對注漿孔用止?jié){閥或砂布等措施封堵。

4 注漿過程中出現(xiàn)的異常情況及處理措施

4.1 注漿壓力穩(wěn)定情況

在注漿過程中隨時觀察注漿壓力表，確保壓力處于可控范圍內(nèi)，注漿壓力過大過小都不能滿足施工需求。如壓力突然變小，需考慮是否注入地面下方其他通道內(nèi)或是否有跑漿現(xiàn)象;壓力過大，需考慮是否注漿管被堵塞或注漿設(shè)備出現(xiàn)故障。

4.2 注漿量及注漿膠凝時間的調(diào)整

在注漿過程中，注漿量是否滿足施工需求是注漿效果的一種體現(xiàn)，從一般情況來看，注漿多采用隔孔注入，可避免注漿孔相互干擾，同時可使得后注漿孔補充前注漿孔未注滿的空隙，保證漿液擴散均勻;注漿膠凝時間需根據(jù)加固土體的土層不同而有所不同，一般來說雜填土層中含水量較小，固需將水泥漿比例調(diào)低，從而達到延長膠凝時間作用，反之若砂層中含水量較大時，需將水泥漿比例調(diào)低，來縮短膠凝時間;總而言之，膠凝時間需由雙液漿的配合比來控制，施工過程中需根據(jù)不同地層進行調(diào)控。

4.3 掌子面跑漿

注漿中需認真觀察掌子面變化情況，由于漿液的進入會引起地層變化，在掌子面封閉薄弱的部位可能會跑漿，這時需要對掌子面及時封閉處理，同時注漿工作需間斷進行，以保證漿液有效進入地層。

4.4 特殊部位注漿

本過街通道地面下方距離通道頂部最近的有φ 600 mm給水管及φ 900 mm排水管，給水管距離通道頂部0.6 m，排水管距離通道1.1 m。為保證管線的安全，控制管線部位的沉降變形，在管線前后3.0 m利用二重管鉆機在加固區(qū)內(nèi)鉆進雙排超前導(dǎo)管進行土體加固。上排超前導(dǎo)管長2.5 m，水平外插角5～10°，環(huán)向間距15 cm，縱向間距0.5 m;下排超前導(dǎo)管長4 m，水平外插角10～15°，環(huán)向間距15 cm，縱向間距1 m，與上排超前導(dǎo)管梅花型布設(shè)。超前導(dǎo)管布設(shè)完成后進行管內(nèi)注漿，填充管內(nèi)及管壁與土體間的空隙，使整個土體形成一個有筋的鋼管混凝土體。

5 注漿效果檢查

注漿效果好壞直接關(guān)系到通道頂部土體開挖過程中是否造成安全隱患，注漿效果可通過理論分析法、實際開挖及鉆孔檢查、通道監(jiān)測數(shù)據(jù)分析法進行檢查。

1)理論分析法。對施工現(xiàn)場注漿量進行分析匯總，通過實際注漿量與設(shè)計理論注漿量進行分析對比，得出單根管注漿量，進而得出單根管注漿擴散半徑。通過對比分析結(jié)果得出單根管注漿擴散半徑為0.5 m，與設(shè)計的0.35～0.6 m相近，達到預(yù)期效果。

2)實際開挖及鉆孔檢查。從通道實際開挖效果來看，二重管注漿效果明顯，漿液擴散相互連通，層狀分布均勻，同時對注漿可能存在的薄弱部位進行鉆芯取樣，取芯結(jié)果顯示漿液固結(jié)體強度達到2 MPa，達到預(yù)期效果。

3)通道監(jiān)測數(shù)據(jù)分析法。施工前，在通道上方埋設(shè)共計35個沉降觀測點，在注漿前通道開挖支護過程中對地表沉降監(jiān)測點變化率較大，注漿后對監(jiān)測數(shù)據(jù)明顯減小并趨于穩(wěn)定狀態(tài)，其最大沉降量控在允許范圍之內(nèi)。

6 二重管深孔注漿方案執(zhí)行效果

本次深孔注漿歷時90 d，通過對通道頂部及邊墻采用二重管深孔注漿對復(fù)雜地層進行加固，注漿效果尤為明顯，保證了地面交通正常運行。據(jù)試驗表明，二重管注漿加固后的地層強度:雜填土回填層達到2.0～2.5 MPa，細，中砂層達到 1.5 ～2.0 MPa。

7 結(jié)論與討論

目前二重管深孔注漿在城市暗挖隧道中應(yīng)用較為普遍，二重管深孔注漿技術(shù)在本工程中作為超前支護重要技術(shù)部分，結(jié)合本工程在通道復(fù)雜地層及未施工超前大管棚前提下等特點，應(yīng)用二重管深孔注漿技術(shù)加固土體進行通道開挖，較好的控制了地面沉降，保證了地面交通的正常運行，希望通過本文的總結(jié)能給從事超淺埋暗挖隧道施工的同行在今后遇到類似問題的處理提供借鑒。

類似二重管深孔注漿施工技術(shù)的研究已經(jīng)有很多，但因為區(qū)域環(huán)境及地質(zhì)條件的不同，導(dǎo)致注漿孔布置、注漿材料選擇、不同地層注漿壓力等均有異同。二重管深孔注漿技術(shù)作為超淺埋暗挖通道中超前支護的重要組成部分，這些關(guān)鍵技術(shù)仍然值得進一步研究與探索。

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