寒冷氣候環(huán)境下不同注漿方式的注漿效果及影響因素分析

王玉卿

中國中鐵隧道股份有限公司 洛陽 471009

一、工程概況

該工程位于吉林省長春市，區(qū)間起于長春火車站北廣場，終于輕軌偽皇宮車站，區(qū)間全長3.3km。區(qū)間穿越的部分路段緊鄰運營中的高速鐵路、在建中的高架橋，部分路段上方密布低矮建筑物，區(qū)間還要穿越一個高壓電廠。

長春的氣候條件比較特殊，夏季雨水豐沛，冬季氣候極其寒冷，區(qū)間施工的時間跨度內，要面臨很多難題。限于現(xiàn)場的條件，無法進行降水施工，因此，采取注漿措施加固地層和堵水就非常必要。

二、兩種注漿方式的效果分析

長春輕軌暗挖區(qū)間的預注漿先后采取了兩種注漿方式，分別是水平旋噴注漿和深孔預注漿。綜合對采取兩種注漿方式區(qū)間的監(jiān)測情況，對兩種注漿方式對地面的影響進行比對。

1.水平旋噴

圖1 水平旋噴段典型地表測點沉降時程曲線圖

根據(jù)設計文件，在長春輕軌長北區(qū)間設置了100m的水平旋噴注漿試驗段，我們全程對該段施工過程進行了地面沉降監(jiān)測，并在開挖時對注漿效果進行了跟蹤。

水平旋噴時，每隔循環(huán)的孔深15m，開挖長度為10m，咬合注漿段為5m，注漿壓力為30MPa，開挖時采用CD法。

試驗段上方地面沒有建筑物，所以我們主要監(jiān)測的時地面沉降情況，根據(jù)對該段的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行總結并繪制了典型測點的沉降時程曲線圖，如圖1。

從上圖不難發(fā)現(xiàn)，在第一循環(huán)進行注漿時，由于注漿壓力高達30MPa，引起地面比較大的隆起，而在進行第一循環(huán)的開挖時，地面隆起迅速回落，并發(fā)展很快，最終達到-15mm左右；在第一循環(huán)結束后，進行第二循環(huán)的注漿施工時，掌子面距離該測點大概10m左右，由圖中可以發(fā)現(xiàn)，該點的沉降有稍許回升，但總體影響不大。

根據(jù)以上分析，隧道內注漿時，引起地面的隆沉對地面的破壞比較嚴重，如果隧道上方埋有地下管線的話，可能會引起地下管線的破壞，因此從保護隧道周邊環(huán)境安全的角度考慮，高壓的水平旋噴注漿不適合施工環(huán)境復雜的城市軌道交通施工。

根據(jù)我們對開挖時掌子面的情況進行觀察發(fā)現(xiàn)，漿液凝固體在30到40cm左右，由此可見，在注漿時漿液的擴散半徑不大，這可能與漿液的材質和地質情況有關。而且，開挖時掌子面并不穩(wěn)定，出現(xiàn)多次的涌水、突泥現(xiàn)象，因此可以綜合評定此種注漿方式不適應長春的地質情況，在隨后的注漿效果評價會上我們做了相關的報告，得到重視，根據(jù)會議結論，更換了注漿的方法，在后續(xù)的工程中，采用了深孔注漿。

2.深孔注漿

由于試驗段的水平旋噴注漿效果不好，在后續(xù)的工程中采取了深孔注漿加固掌子面前方地層，我們在深孔注漿施工時，對隧道上方的地表沉降和建筑物沉降進行了跟蹤監(jiān)測，從監(jiān)測的結果看，地表的隆沉變化不大，建筑物的沉降和不均勻沉降都在允許范圍內，在日常的巡視過程中，沒有發(fā)現(xiàn)地表和建筑物發(fā)生破壞性變形。我們選擇一個斷面分析一下地表的變化情況，繪制典型測點沉降時程曲線圖和橫斷面沉降槽曲線圖。

圖2 深孔注漿段典型測點沉降時程曲線圖

圖3 橫斷面沉降槽曲線圖

從圖2發(fā)現(xiàn)，在進行第一循環(huán)注漿時，地面略有隆起，隆起值在3mm左右，在隨后的開挖施工中，地面發(fā)生快速的下沉，沉降值在-6mm左右，從最終的監(jiān)測結果來看，這段時間的沉降值占最終沉降值的80%左右；在第二循環(huán)注漿時對該點的影響不大。

從圖3的隧道橫斷面的沉降槽曲線圖可以看出，沉降槽的寬度不大，隨著離線路中心的距離逐漸減少。沉降的累計值最大-8mm左右。因此，綜合分析，采用深孔注漿時，注漿和開挖對地面的影響在可以控制的范圍內，比較適合長春的地質情況。

從我們對開挖過程的跟蹤觀察發(fā)現(xiàn)，雖然施工對地面的影響在可控范圍內，但是還是有幾點需要注意：

合理調整注漿參數(shù)，包括注漿壓力、注漿材料，在特殊地段，注漿壓力不能過大，施工中曾發(fā)生施工單位為了保證注漿質量，注漿壓力過大，致使地面開裂，根據(jù)總結，深孔注漿的壓力在5MPa左右為宜，既能達到很好的加固地層和止水效果，也能有效控制地面的隆起。注漿材料采取水泥-水玻璃雙液漿為宜，雖然雙液漿的強度不是很大，但是雙液漿凝固比較快，能起到快速止水的效果，比較適合長春的地質情況。

一定要重視對初支進行背后注漿，及時進行背后注漿能填補初支背后的空洞，加固初支背后土體，能有效防止初支出現(xiàn)局部滲漏水和初支發(fā)生過大變形。

采用CD法開挖時，要調整臺階的長度，控制好核心土的量。通過優(yōu)化開挖的步序，可以控制隧道拱頂?shù)南鲁痢?/p>

三、總結及施工建議

長春當?shù)貧夂虮容^寒冷，冬季時間較長，冬季的最低氣溫達到-28℃左右，在這種寒冷氣候下施工的明挖基坑和暗挖區(qū)間都會遇到很多難題。

對于暗挖區(qū)間的冬施安全，要注意一下問題：

考慮凍脹的風險。凍脹致使路面和地面構筑物發(fā)生隆起，發(fā)生隆起的部位在寒冷的冬季可能不會發(fā)生很大的風險，但是在來年的4月份左右隨著氣溫的回升，地下凍土逐漸解凍，發(fā)生地面塌方和建筑物變形的風險很高，我們經過這一年的觀察總結，建議在天氣轉暖后，加強對所有隧道上方的地面和建筑物進行密切監(jiān)測，特別是初支已經施工完成很長時間的隧道部位要提高警惕，對變形較快的部位即使累計沉降不超過規(guī)范要求，也要進行地面加固處理。

關注隧道內初支結構和掌子面的安全。由于冬季地下水補給較夏季少，洞內的滲漏水量較少，施工單位往往會放松對初支結構背后注漿和掌子面深孔預注漿的重視，因此發(fā)生局部掌子面塌方進而引起地面塌方的情況也有出現(xiàn)。天氣轉暖后，初支背后出現(xiàn)很多的滲漏點，況且目前二襯的施工落后太多，在沒有二襯保護的情況下，出現(xiàn)初支局部過大變形的風險也要提前考慮。

[1]TB10121—2007鐵路隧道監(jiān)控量測技術規(guī)程[S].北京：中國鐵道出版社，2007.

[2]秦小龍.隧道施工安全管理的控制要點[J].科技情報開發(fā)與經濟，2008(11):226-227.

[3]王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術.北京：人民交通出版社，2010.

[4]姚宣德，王夢恕.地鐵淺埋暗挖法施工引起的地表沉降控制標準的統(tǒng)計分析[J].巖石力學與工程學報，2006,25（10）：2030-2035.

[5]蔣爵光.隧道工程地質[M].北京：中國鐵道出版社，1991.