冉貴猴

中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司 湖北 武漢 430074

1 前言

地下工程修建過程中經(jīng)常揭露第四系富水砂層，該地層具有含水豐富、膠接強度低、自穩(wěn)能力差的顯著特點，在工程擾動及地下水作用下，極易誘發(fā)塌方、涌水潰砂等工程災害事故[1]。注漿是加固最常用方法，通過注漿可有效提高砂層的整體力學性能及抗?jié)B性能。

目前國內(nèi)外對于暗挖隧道下穿既有建筑物注漿已取得了一些成果，張連震等[1]以青島地區(qū)含黏性土砂層為典型被注介質(zhì)，開展了砂層劈裂–壓密注漿模擬試驗，揭示了注漿擴散過程中劈裂通道形態(tài)、注漿壓力、應力場以及位移場隨時間變化規(guī)律，獲得了試驗條件下的砂層劈裂–壓密注漿影響范圍；李俊杰[2]針對新建隧道近接既有隧道施工引起的結(jié)構(gòu)及地表沉降變形問題，以成都地鐵8號線新建暗挖區(qū)間隧道近接交叉下穿既有7號線地鐵盾構(gòu)區(qū)間隧道施工為背景，提出了既有線注漿加固土體、新建暗挖段施作超前支護、嚴格控制施工工藝、以監(jiān)測預警手段反饋施工的綜合控制措施；王聯(lián)平[3]以深圳地鐵7號線下穿既有地鐵4號線福民站為工程背景，研究了深孔注漿加固、回填及補償注漿等關(guān)鍵技術(shù)。李小雨等[4]總結(jié)了區(qū)間暗挖隧道下穿橋樁施工過程中建筑物的影響。 對于已有研究，由于暗挖隧道和既有結(jié)構(gòu)之間相互影響的情況比較復雜，且地質(zhì)情況、周圍環(huán)境以及施工特點差異很大，現(xiàn)有施工經(jīng)驗不能夠直接運用。本文依托廈門2號線東建區(qū)間暗挖隧道下穿外貿(mào)大廈為背景，對注漿量控制進行了研究。

2 工程概況及注漿遇到的問題

2.1 工程概況

廈門市軌道交通2號線一期工程東渡路站～建業(yè)路站區(qū)間起止里程為YDK21+434.400～YDK22+436.341，共設兩個臨時豎井，2#施工豎井中心里程為YDK22+125.000，其中2#豎井～建業(yè)路站區(qū)間隧道出狐尾山后，向東轉(zhuǎn)入湖濱北路敷設，并下穿廈門外貿(mào)中心大廈裙樓。外貿(mào)中心大廈為25年以上建筑，裙樓基礎采用筏板基礎，基礎處于亞黏土層，承載力為250KPa，部分地下室為無梁樓蓋形式，大廈裙樓地下室距離隧道頂為11.12m，隧道施工對地表變形影響較大。

2.2 注漿過程出現(xiàn)的主要問題

隧道全斷面位于強風化、全風化凝灰熔巖地層，圍巖等級以Ⅴ級為主，地下水豐富，設計采用全斷面帷幕注漿加固?，F(xiàn)場施工采用WSS工法后退式帷幕注漿加固土體，漿液為水泥-水玻璃雙液漿（250kg水泥配備雙液漿0.94m3，水玻璃水泥凝結(jié)速度23～25s），鉆機鉆孔至預定深度后開始后退注漿，當采用最慢檔位注漿時，由于強風化凝灰熔巖層孔隙比較小，初始注漿壓力已達到2.0～2.2MPa，且大廈地下室監(jiān)測點出現(xiàn)隆起和地面輕微開裂，地下室原有滲漏水量也變大，暫停現(xiàn)場注漿加固，經(jīng)分析，通過調(diào)整注漿終壓[3]來控制地表建筑隆起的方法不可取，然而，結(jié)合當時土層特點，經(jīng)現(xiàn)場多次壓漿試驗和總結(jié)，研究了運用每根注漿桿延米注漿量來控制注漿，根據(jù)地表建筑物監(jiān)測情況調(diào)整注漿量大小，保證建筑物的安全。

3 注漿控制關(guān)鍵技術(shù)

3.1 注漿原理

利用其液壓在地層中產(chǎn)生劈裂孔隙，改善地層的可注性，從而達到注漿加固的要求。在透水性差的土層注漿加固中，通過調(diào)整每個注漿孔的延米注漿量，改變劈裂孔隙的大小，從而改變漿液對土體的擠壓程度。多個注漿孔對土體擠壓效果的疊加效應造成對隧道上方土體的擠壓和上抬，從而傳導到地表和地面構(gòu)筑物。

3.2 初始注漿試驗階段

全新地層注漿加固時，土層的某些性質(zhì)，如孔隙比及滲透系數(shù)等可以從理論上把握，但在注漿加固方面的特性需通過初始注漿試驗來獲取，有時需從第一個孔或者4-5m長度的注漿加固過程總結(jié)出該地層的大概臨界延米注漿量，這是整個注漿加固控制的第一步，尤為關(guān)鍵，在這一試驗階段注漿量和注漿速度不宜過大過快，應該重點監(jiān)測和記錄每一處注漿點位置對應地面變形隆起情況，甄別出臨界延米注漿量。

3.3 注漿參數(shù)修正

初始注漿階段得出臨界延米注漿量后，需根據(jù)下一步的注漿過程及地表反應進一步確認臨界延米注漿量的準確性，且根據(jù)地表反饋的變形隆起情況進一步修正該數(shù)據(jù)[5]，確定適應該地層的臨界延米注漿量。后續(xù)注漿加固過程中，需對突變和異常情況進行記錄，用于后期的總結(jié)和分析。

3.4 注漿過程記錄分析

注漿過程記錄和分析對比分兩種方式，即同一孔位不同深度記錄對比分析和不同孔位的記錄對比分析，在初始試驗階段，前者記錄分析方式實用性相對強，而同一類型最終的數(shù)據(jù)總結(jié)分析可以選用第二種記錄分析方式。注漿孔位布置圖如圖1所示，注漿加固剖面圖如圖2所示，不同孔位單孔累計變化量統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

圖1 注漿孔位布置圖

圖2 注漿加固剖面圖

表1 不同孔位單孔累計變化量統(tǒng)計結(jié)果

3.5 注意事項

3.5.1 地表監(jiān)測與注漿同步

為避免地面和地表建筑物因注漿隆起而受到損壞[6]，注漿加固時需盡快找到與當前加固地層匹配的臨界延米注漿量，因而，在注漿加固初始試驗階段，需地表監(jiān)測與注漿基本保持實時同步，并重點監(jiān)測注漿點位置地面的5-6m范圍隆起變形情況，及時對變化情況進行反饋，注漿作業(yè)面操作人員根據(jù)隆起變化同步調(diào)整注漿量，確保在最短的時間內(nèi)總結(jié)出臨界延米注漿量。地表測量監(jiān)測要杜絕全覆蓋撒網(wǎng)式監(jiān)測，因注漿的隆起反應不會傳遞到很遠的位置，且全覆蓋撒網(wǎng)式監(jiān)測會使測量周期變得很長，而導致監(jiān)測結(jié)果和注漿不同步，使臨界延米注漿量產(chǎn)生較大誤差。注漿加固時地表監(jiān)測如圖3所示。

圖3 注漿加固時地表監(jiān)測

3.5.2 均勻回抽注漿

注漿時嚴格控制延米注漿量和提升幅度，每步不大于15-20cm，保證勻速回抽并觀察注漿參數(shù)變化情況。注漿孔開孔直徑不小于45mm，密切關(guān)注注漿量和注漿壓力，當壓力突然上升或從孔壁、斷面砂層溢漿時，立即停止注漿，查明原因后采取調(diào)整注漿參數(shù)或移位等措施重新注漿。

3.5.3 雙液漿配比及調(diào)整

漿液有三種[7]，即A液（水玻璃）、B液（磷酸）、C液（水泥漿），A液先后與B液、C液通過二重管端頭的漿液混合器充分混合成AB液（水玻璃與磷酸混合液）、AC液（水玻璃與水泥漿混合液）。AB混合液中：水玻璃:磷酸（體積比）=1:1；AC混合液中：水玻璃:水泥漿（體積比）=1:1；水泥漿液水灰比：水:水泥（重量比）=1:1；水玻璃的凝結(jié)時間根據(jù)現(xiàn)場進行調(diào)整。調(diào)整原則：若注漿過程中地表隆起較快或出現(xiàn)冒漿情況，則先適當調(diào)高AC混合液中的水玻璃量，以縮短凝結(jié)時間（調(diào)整至20s以內(nèi)即可），再適當調(diào)高 AC 混合液中的水泥漿量，減小漿液的流竄距離來減慢隆起和變形。

3.5.4 注漿全過程動態(tài)調(diào)控

下穿過程中，土層的性質(zhì)會發(fā)生變化，不同位置，不同深度對應的加固注漿對地表的反應也不盡相同[8]，所以地表的隆起變化量必須全程監(jiān)控測量，并根據(jù)反饋監(jiān)測的結(jié)果及時調(diào)整注漿參數(shù)，待確定當前加固土層匹配的臨界延米注漿量后，后續(xù)注漿時需保持地表監(jiān)測與注漿實時同步，整個注漿過程基本處于“反饋-調(diào)整”動態(tài)過程。

4 應用效果

該技術(shù)成功應用于廈門軌道交通2號線東建區(qū)間暗挖隧道下穿外貿(mào)大廈，通過采用該方法解決了淺埋隧道在孔隙比很小的密實土層中注漿加固時，地表及臨近建筑物隆起超限不容易精確控制的問題，避免了因隧道斷面注漿加固造成地面及臨近建構(gòu)物發(fā)生上抬和開裂的風險，提高了施工速度，保證了工期；該技術(shù)被公司指定為推薦使用技術(shù)，現(xiàn)已在其他項目推廣應用。另外，與傳統(tǒng)運用注漿壓力來控制注漿過程相比，采用延米注漿量更加精確，直觀，避免了因注漿導致地面發(fā)生較大隆起而影響地面建構(gòu)筑物安全的風險，確保了施工進度，在保證注漿加固的效果前提下，水泥的消耗量定量化，避免了水泥漿的超注和浪費，且間接地減少了建筑物維修和賠償?shù)馁M用。

5 結(jié)束語

該注漿控制技術(shù)適用于淺埋暗挖隧道中孔隙比很小的密實土層或者淤泥層地層、且對地表或者隧道上方建筑物隆起變形控制十分嚴格的地層加固注漿施工。技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：

⑴ 精確控制。采用每根注漿桿延米注漿量這一指標控制注漿，與傳統(tǒng)注漿壓力控制相比，可更加精確地控制地表及建筑物隆起變形，且經(jīng)現(xiàn)場測試，采用該控制方法，地表建筑物隆起變形在注漿加固前后變化量控制在0.6-1.0mm之內(nèi)。

⑵ 操作簡單。采用注漿量來控制現(xiàn)場注漿加固施工，操作人員便于施工和調(diào)節(jié)控制注漿。

⑶ 安全性高。傳統(tǒng)技術(shù)依靠“注漿壓力”控制現(xiàn)場注漿施工，調(diào)整注漿壓力不能實現(xiàn)精確控制注漿加固過程，且對隆起量控制具有一定的滯后性，而該注漿方法可實現(xiàn)及時控制，安全可靠。