傳琦

（四川大學(xué)錦城學(xué)院，成都 611731；中國市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，成都 610081）

0 引言

城市化發(fā)展進(jìn)程的加速使得人們更加重視城市地下空間的開發(fā)與利用，推動(dòng)盾構(gòu)隧道施工項(xiàng)目的數(shù)量大幅增加。盾構(gòu)隧道底板注漿對(duì)地下通道底板結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律具有極高的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

1 隧道項(xiàng)目的選擇

在本次研究中，主要選擇了某地區(qū)地鐵線路中兩站地之間的盾構(gòu)隧道工程進(jìn)行分析。該地區(qū)為典型的軟黏土地質(zhì)區(qū)域，具體的土層參數(shù)有：黏聚力達(dá)到16kPa；壓縮模量為3.14MPa；內(nèi)摩擦角為14.5°；靜止土壓力系數(shù)為0.6。在進(jìn)行施工變形計(jì)算時(shí)，使用的參數(shù)有：掌子面附加推力穩(wěn)定在30kPa；盾尾注漿壓力控制在278kPa。

在該盾構(gòu)隧道的施工中，使用的混凝土型號(hào)為C35（地下道路結(jié)構(gòu)施工，彈性模量為3.15e4MPa）、C50（隧道管片結(jié)構(gòu)施工，彈性模量為3.45e4MPa）；注漿的彈性模量控制在1e3MPa。施工中，在地下道路的縱向方向以每間隔3米設(shè)定兩個(gè)注漿孔的頻率完成注漿孔位置與數(shù)量控制，且均設(shè)于中隔墻兩側(cè)。在本次研究中，主要目標(biāo)在于計(jì)算底板注漿對(duì)道路結(jié)構(gòu)變形所產(chǎn)生的影響，選擇的分析整體結(jié)構(gòu)為掌子面后方30 米范圍內(nèi)的地下道路。

2 注漿壓力的計(jì)算

結(jié)合項(xiàng)目施工現(xiàn)場中實(shí)際測得的數(shù)據(jù)可以得出，在土體損失率穩(wěn)定在千分之一與千分之十的范圍內(nèi)時(shí)，地下道路底板脫空寬度不高于1.5 米，且底板彎矩的增加量也相對(duì)較小?？傮w來說，在這樣的情況下，底板脫空現(xiàn)象的發(fā)生不會(huì)對(duì)地下道路結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響，所以底板注漿的作用并未得到明顯的體現(xiàn)。而在土體損失率增大（千分之十五）的條件下，底板注漿對(duì)地下道路結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響更大，研究也更有意義[1]。

對(duì)于底板注漿來說，其主要目的在于實(shí)現(xiàn)底板與下方脫空區(qū)域的填充，保證底板能夠承受更多的負(fù)荷。但是，若是注漿的壓力過大，則會(huì)引發(fā)盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)以及底板產(chǎn)生新的變形。所以，必須要提前實(shí)現(xiàn)底板注漿壓力上限值的確定[2]。有關(guān)行業(yè)規(guī)定要求，必須將地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的最大裂縫寬度控制在0.2 毫米以下，其與結(jié)構(gòu)的最大裂縫寬度需控制在0.3 毫米以下。結(jié)合地下道路的配筋情況以及底板的截面尺寸，可以獲取底板的極限承受力彎矩、混凝土開裂彎矩、裂縫寬度發(fā)展至0.2 毫米/0.3 毫米時(shí)的彎矩。在本次研究中，得到的結(jié)果如下：在底板注漿壓力穩(wěn)定在216kPa 時(shí)（1.2 倍底板深處土體的自重應(yīng)力），底板的最大彎矩正好低于裂縫寬度發(fā)展至0.2 毫米時(shí)的控制彎矩，且地下道路的頂板彎矩的也未超過裂縫寬度發(fā)展至0.2 毫米時(shí)的控制彎矩。同時(shí)，出于富余量的考量，在本次施工中將底板下注漿壓力穩(wěn)定在180kPa 以下（1 倍底板深處土體的自重應(yīng)力）。

結(jié)合上文的分析可得，地下道路底板脫空度在0.8-1.5 米的范圍內(nèi)。在本次研究中，取0.5 米、1 米以及1.5 米三個(gè)地下道路底板脫空度數(shù)據(jù)，以180kPa為注漿壓力，對(duì)注漿后的底板漿液壓力（底板下注漿壓力）進(jìn)行計(jì)算。此時(shí)，其他所需參數(shù)的控制如下：底板下方土體空隙率穩(wěn)定在0.2；漿液擴(kuò)散厚度范圍內(nèi)土體中的滲透系數(shù)取值為5×10-4m/s；漿液黏度與水的黏度比值為4；漿液注入率穩(wěn)定在1.5。計(jì)算結(jié)果顯示，在注漿時(shí)間為30 分鐘、地下道路底板脫空度增大的情況下（注漿孔與中隔墻之間的距離越大），底板下注漿壓力的數(shù)值就越小，且漿液的擴(kuò)散范圍更廣，整體顯示出更為均勻的注漿壓力分布。在地下道路底板脫空度取值為1.5 米時(shí)，漿液對(duì)底板產(chǎn)生的壓力分布更為均勻，且壓力值平均為180kPa。延長注漿時(shí)間至60 分鐘的條件下，底板下注漿壓力的均勻性變差，在中隔墻附近能夠觀察到明顯的壓力劇增情況。

總體來說，控制注漿時(shí)間為30 分鐘、將地下道路底板脫空度穩(wěn)定在1.5米，能夠保證底板注漿對(duì)地下通道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生壓力的均勻分布；此時(shí)的注漿壓力分布在底板橫向±5 米的范圍內(nèi)，所以幾乎不會(huì)對(duì)側(cè)墻產(chǎn)生壓力。要求在施工過程中，全面控制各項(xiàng)注漿參數(shù)，尤其是對(duì)于注漿時(shí)間、地下道路底板的脫空度方面，專業(yè)性的施工過程，必要時(shí)要持續(xù)性檢查該設(shè)施的各類施工參數(shù)，以提高整個(gè)系統(tǒng)的施工質(zhì)量，另外也要監(jiān)測注漿壓力的分布情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)超出了壓力限制范圍時(shí)，需要及時(shí)調(diào)整該設(shè)備的運(yùn)行方案。

3 結(jié)果分析

3.1 土體損失率為15‰時(shí)的結(jié)果分析

在土體損失率為千分之十五時(shí)，確定不同底板注漿壓力條件下的底板與地下道路頂板變形情況，結(jié)果表明：底板脫空問題的發(fā)生促使地下道路頂板在中隔墻附近所產(chǎn)生的變形降低，且在跨中附近可以觀察到更大的下沉變形，并使得底板變形下降；與之相反的是，受到底板注漿的影響，地下道路頂板在中隔墻附近所產(chǎn)生的變形增加，且在跨中附近可以觀察到較小的下沉變形，并使得底板變形升高，換言之，利用底板注漿，可以得到與底板脫空方向相反的板件附加變形。具體有：在注漿壓力為0 時(shí)，頂板的附加變形比例為-43.08%、底板的附加變形比例為-40.81%；在注漿壓力為0.25 倍底板深處土體的自重應(yīng)力時(shí)，頂板的附加變形比例為-19.55%、底板的附加變形比例為-18.51%；在注漿壓力為0.5 倍底板深處土體的自重應(yīng)力時(shí)，頂板的附加變形比例為7.3%、底板的附加變形比例為6.98%；在注漿壓力為0.75 倍底板深處土體的自重應(yīng)力時(shí)，頂板的附加變形比例為30.04%、底板的附加變形比例為28.44%；在注漿壓力為1 倍底板深處土體的自重應(yīng)力時(shí)，頂板的附加變形比例為55.44%、底板的附加變形比例為52.49%。

此時(shí)，在注漿壓力值為0.5 倍的底板深處土體的自重應(yīng)力的情況下，由于注漿操作所產(chǎn)生的附加變形與因底板脫空引發(fā)的附加變形可以基本抵消，促使板件的變性值基本回歸初始狀態(tài)。在注漿壓力值高于0.5 倍的底板深處土體的自重應(yīng)力的情況下，由于注漿操作所產(chǎn)生的附加變形與因底板脫空引發(fā)的附加變形相互抵消，同時(shí)會(huì)促使板件在相反的方向產(chǎn)生新的附加變形[3]。

3.2 土體損失率為20‰時(shí)的結(jié)果分析

在土體損失率為千分之二十時(shí)，確定不同底板注漿壓力條件下的底板與地下道路頂板變形情況，結(jié)果表明：由底板脫空所引發(fā)的板件變形情況更加嚴(yán)重，需要注入更多的漿液，所以底板注漿對(duì)結(jié)構(gòu)（板件變形）的影響也有所增加。具體有：在注漿壓力為0 時(shí)，頂板的附加變形比例為-100.86%、底板的附加變形比例為-95.38%；在注漿壓力為0.25倍底板深處土體的自重應(yīng)力時(shí)，頂板的附加變形比例為-42.5%、底板的附加變形比例為-40.22%；在注漿壓力為0.5 倍底板深處土體的自重應(yīng)力時(shí)，頂板的附加變形比例為13.42%、底板的附加變形比例為12.67%；在注漿壓力為0.75倍底板深處土體的自重應(yīng)力時(shí)，頂板的附加變形比例為67.5%、底板的附加變形比例為63.83%；在注漿壓力為1 倍底板深處土體的自重應(yīng)力時(shí)，頂板的附加變形比例為125.48%、底板的附加變形比例為118.64%。

總體來看，在土體損失率升至20‰時(shí)，底板注漿與底板脫空對(duì)板件的影響基本相同，且影響效應(yīng)有所增大；此時(shí)，底板注漿與底板脫空不僅影響了中隔板附近的板件，對(duì)其他位置的板件也產(chǎn)生一定影響；在施工過程中，通過對(duì)整個(gè)工程系統(tǒng)土體損失率、底板注漿工作要求、其他各類板件的調(diào)整，降低注漿壓力對(duì)底板造成的影響。

4 總結(jié)

綜上所述，處于對(duì)安全性與隧道整體質(zhì)量的考量，需控制底板注漿壓力分布低于1 倍底板深處土體的自重應(yīng)力；底板注漿會(huì)產(chǎn)生與底板脫空方向相反的附加變形，在注漿壓力值為0.5 倍的底板深處土體的自重應(yīng)力的情況下，兩種附加變形基本抵消；在土體損失率增高時(shí)，底板注漿對(duì)地下結(jié)構(gòu)的影響更大。