彭良亮 李 迅 沈張勇 陳寧威 嚴初春 劉旭陽 李芹峰

1. 南京地鐵運營有限責任公司 江蘇 南京 210012；2. 上海隧道工程有限公司 上海 200232；3. 上海市隧道工程軌道交通設計研究院 上海 200235

如今國內(nèi)外較常見的隧道加固方法為隧道內(nèi)張鋼圈加固施工工法、復合腔體加固技術(shù)、隧道管片兩側(cè)澆筑混凝土法等[1]。隧道加固技術(shù)大多需要注漿填充剛性構(gòu)件或構(gòu)件與原混凝土管片之間間隙。因而注漿工藝選擇尤為重要，填充材料性能決定了管片加固的強度。本研究目的是通過復合腔體試驗對比其他加固技術(shù)的注漿工藝、設備、材料，選擇最合適、性價比最高的復合腔體注漿技術(shù)。

1 復合腔體加固技術(shù)試驗及原理

復合腔體加固的盾構(gòu)管片全尺寸試驗，按照南京地鐵盾構(gòu)管片圖紙制作盾構(gòu)管片，試驗過程為：先對3環(huán)錯峰拼裝管片進行破壞加載試驗，試驗至管片達到收斂位移后，對管片采用復合腔體進行加固，再對加固后的復合腔體進行加載試驗，最終加載至破壞。

結(jié)構(gòu)補強：在混凝土管片發(fā)生收斂變形達80 mm，已達到承載力極限狀態(tài)時，加裝1圈復合腔體構(gòu)件，混凝土與構(gòu)件之間運用化學組合錨栓固定，輔以結(jié)構(gòu)膠黏結(jié)。道床排水溝部分鑿除，待復合腔體腔內(nèi)注入注漿材料后，構(gòu)件安裝結(jié)束，將道床恢復，使構(gòu)件與道床連接為一體。通過隧道內(nèi)部部分管片加裝復合腔體構(gòu)件為隧道永久性補強。

2 管片補強注漿對比

2.1 隧道內(nèi)張鋼圈加固施工工法

作為較為成熟的隧道內(nèi)補強加固工法，其注漿工藝如下：環(huán)形鋼圈安裝完成后，立即對環(huán)形鋼板與管片間隙進行環(huán)氧樹脂（剛性環(huán)氧樹脂）填充。選擇該材料主要考慮如下因素：材料對干濕混凝土都具有較強的黏結(jié)力；材料固化后抗壓強度要求高；材料有一定的拉伸性能，能減輕可能存在的后續(xù)殘余應力變化；黏度低的材料有利于漿液滲透和擴散。

經(jīng)相關(guān)單位科學研究后，選用XH160型環(huán)氧樹脂填充。該材料是一種用于混凝土結(jié)構(gòu)注漿的超高強度、雙組分環(huán)氧樹脂，可以在干燥和潮濕的環(huán)境中使用。XH160由A組分環(huán)氧樹脂與B組分固化劑構(gòu)成。A組分和B組分的混合物為透明琥珀色。固化后凝結(jié)成堅硬的高聚物。

壓注設備及方法：先對鋼板兩側(cè)及螺栓孔用快干水泥封堵，封堵時每60 cm高度預埋注漿軟管。再采用小型電動注漿泵利用預埋軟管壓注環(huán)氧樹脂，壓注順序自下而上，直至上部預留注漿嘴溢出樹脂方可停止注漿，注漿過程中壓力控制在0.1 MPa內(nèi)。鋼管片與混凝土之間間隙為不規(guī)則空間，建議壓注時采取敲擊法辨別是否密實，如不密實應利用螺絲孔補注，同時遵循少量多次的壓注原則至少分5次完成，確保壓注的質(zhì)量（圖1）。

圖1 鋼環(huán)背后注漿示意

2.2 復合腔體加固技術(shù)

根據(jù)南京地鐵復合腔體試驗及以往成功試驗得出，復合構(gòu)件完成一環(huán)（4小圈）安裝后，腔內(nèi)填充砂漿應選擇C50高性能注漿砂漿，主要考慮如下因素：

1）復合構(gòu)件為構(gòu)件腔內(nèi)注漿，空間密閉，每圈長16 m左右，兩頭為一進漿口、一出漿口，為確保腔內(nèi)注漿密實，需漿液循環(huán)流通，流動性要求較高。

2）漿液可操作時間需大于55 min，但終凝時間需小于90 min，漿液的固化要求較高。

3）需要腔內(nèi)漿液具有較高強度。

根據(jù)以上因素，此次試驗選用MGG無收縮高強注漿料，該材料系多種無機材料和有機材料經(jīng)匹配后精制而成，具有流動性好、微膨脹、操作簡便等特點。通過相應水灰比壓注的水泥注漿料，3 d抗壓強度大于60 MPa，28 d大于80 MPa。各項指標均滿足相關(guān)隧道加固規(guī)范。

壓注設備及方法：根據(jù)以往隧道內(nèi)施工經(jīng)驗，利用國產(chǎn)螺桿泵采用復合腔體小腔單管單注，右端下部注漿至左端下部出漿，注漿壓力不得大于1 MPa，鋼管小腔體出漿一定時間，使腔體內(nèi)空氣被帶出，出漿量穩(wěn)定后，再關(guān)閉相應出漿孔閥門，逐次完成4個小腔注漿。按同樣操作依次完成各圈的注漿作業(yè)。注漿設備放置于管片外部，注漿管路不少于5 m長度。

3 注漿材料的選擇

1）考慮注漿后結(jié)構(gòu)強度，漿液固化后的抗壓強度、黏結(jié)力等方面。內(nèi)張鋼圈中注漿作用為混凝土管片與鋼管片之間進行黏結(jié)，防止管片與鋼板在后期地鐵運營中產(chǎn)生的振動導致脫空，因而需要使用強度相對較高、黏結(jié)能力較強的剛性環(huán)氧樹脂。而復合腔體為腔內(nèi)注漿，不用考慮其黏結(jié)能力，但在抗壓強度等方面要求頗高，所以選用C50高性能MGG無收縮高強注漿料。

2）考慮運營隧道施工及價格方面。運營隧道內(nèi)施工只能利用凌晨地鐵停運的天窗期，故而施工時間較短，施工要求較高。內(nèi)張鋼圈的施工工藝對時間的控制要求較低，注漿也需遵循少量多次原則，雖剛性環(huán)氧樹脂價格較高，但為了施工便捷及滿足技術(shù)指標要求，選擇其為注漿材料。復合腔體為單管單腔內(nèi)注漿，每次注漿都必須完成單圈注漿施工，注漿量需求較大，故而選擇價格較低的C50高性能MGG無收縮高強注漿料。

4 注漿設備的選擇

在設備的選擇方面，內(nèi)張鋼圈根據(jù)多年隧道內(nèi)施工經(jīng)驗，遵循少量多次的注漿原則，選擇電動高壓注漿泵，可在0～10 s內(nèi)將壓力提升至工作壓力。機身本體質(zhì)量為7 kg，可將注漿材料注入到0.01 mm以上的細微裂紋。該設備質(zhì)量輕，施工便捷，可以通過增加施工人員，增加施工作業(yè)面，以滿足施工需求。

復合腔體隧道內(nèi)施工經(jīng)驗較少，以往施工為國產(chǎn)底部帶滑輪螺桿泵，自帶拌漿液系統(tǒng)體積大，注漿流量大，能滿足循環(huán)注漿要求，但設備體積較大，施工過程不方便。

此次實驗室復合腔體試驗經(jīng)過多方篩選，最終采用進口Sprayboy P12砂漿泵。該設備小巧靈活，能出色完成施工任務。其總質(zhì)量為120 kg，底部自帶滾輪，移動便捷，長、寬、高分別為714 mm、696 mm、1 437 mm，在該尺寸規(guī)格下還擁有50 L的料倉容量，既滿足單管單腔一次注漿量，又滿足運營隧道狹小空間內(nèi)施工的功能。

5 復合腔體注漿情況

根據(jù)上述工藝、材料、設備參考與對比，在實驗室施工中選擇C50高性能MGG無收縮高強注漿料，設備選用Sprayboy P12砂漿泵單管循環(huán)注漿，注漿施工過程較為順利。為驗證該套工藝注漿是否能滿足構(gòu)件強度要求及腔內(nèi)是否填實，進行水泥砂漿試塊檢測，在破壞試驗結(jié)束后，繼續(xù)對構(gòu)件進行切割，檢查腔內(nèi)是否填充密實。經(jīng)檢測，試塊強度滿足設計要求，腔內(nèi)砂漿均填充密實。

6 結(jié)語

此次在實驗室進行的復合腔體注漿技術(shù)研究試驗，通過借鑒與對比同類型盾構(gòu)管片補強工法中的注漿技術(shù)，合理選擇高強度注漿料，進口輕便小巧的注漿設備，參照運營隧道施工的特點，制定可行的注漿工藝。該工藝在施工效率、強度、性價比等方面均取得較好的成果。

[1] 李芹峰.軌交區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)鋼圈加固施工綜述[J].地下工程與隧道, 2013(1):21-24.