壁后注漿對地表沉降的影響試驗研究

鄭東升

0 引言

盾構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往前開挖推進的同時,進行同步的壁后注漿(硬性水泥砂漿或惰性漿),這是盾構施工中主動控制地層變形的重要環節。

為了實現壁后注漿的目的和滿足盾構施工要求,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域(不漏失到掘削面及圍巖土體中去);2)漿液應具有良好的和易性和流動性,且離析少;3)漿液應具有適當的稠度,不易被地下水稀釋;4)材料穩定性好,不易分層,以便能長距離壓送;5)壁后注漿填充后,應能及早凝結約束管片,并且早期強度最好與原狀土的強度相當;6)漿液硬化后的體積收縮率和滲透系數要小;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壁后注漿目的的關鍵。

目前,由于盾構施工中主要風險點在盾構端頭加固、盾構始發和聯絡通道地基加固、施工。目前盾構施工中的重大事故也是在這一塊。但是隨著盾構施工穿越地面建筑物和地中構筑物(例如橋梁基礎、已建隧道、地中管線等)的實例越來越多,引起結構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 工程地質和水文地質條件簡介

盾構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盾構穿越地層為④-1a粉質黏土(1 m),④-1粉土(1.5m),⑤層粉質黏土～淤泥質粉質黏土(3.5 m)。

場地地下水有潛水和承壓水兩種類型。潛水穩定水位在地面下1.0 m～1.9 m。對盾構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 監測方案

惰性漿液施工時地表沉降監測布置如圖1所示。

2.3 地表沉降

100環布設的地表監測點得到的地表沉降如圖2所示。

從圖2中可以看出:

1)注漿參數黃砂量較少,缺少支撐盾構襯砌骨料支撐,雖然稠度經每環監測均符合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～100環之間姿態較差,處于姿態調整期間,盾構刀盤切削土體擾動較大。3)部分管片拼裝時發現漏漿現象,雖然在下一環推進過程中已進行補漿,但已經造成剛脫出盾尾的管片沉降較大。4)盾構處在干將河及駁岸中間,左右兩側土壓力不均勻,容易致使盾構刀盤切口壓力不平衡。5)地表沉降點位布設大部分在草地上,土質松軟,人員流動較大,不排除人為踩踏影響。6)目前盾構在9.5‰的豎曲線推進,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 監測方案

硬性漿液施工時地表沉降監測布置如圖3所示。

3.3 地表沉降

從硬性漿液施工時地面隆陷與盾構掘進過程的關系可以看出:1)盾體前方普遍隆起較大,最大值達到4 mm,主要原因為掘進過程中推進速度過快,土壓波動值大,以及土壓設定偏高引起。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行壁后注漿施工。

4 結語

通過以上分析可知,盾構施工在保持開挖面穩定的前提下,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,加上后續沉降,可能突破30 mm,對周圍環境帶來不利的影響。通過嚴格控制盾構掘進參數,采用水泥硬化漿,地表累計沉降可控制在-20 mm,滿足相關規范的要求。

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