盾構(gòu)隧道二次深孔注漿技術(shù)對周邊建筑物保護(hù)的研究與應(yīng)用

任益飛

（中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，河北燕郊065201）

盾構(gòu)隧道二次深孔注漿技術(shù)對周邊建筑物保護(hù)的研究與應(yīng)用

任益飛*

（中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，河北燕郊065201）

接 要：以北京地下直徑線工程為例，介紹了盾構(gòu)在穿越沿線建構(gòu)筑物過程中，通過管片預(yù)留注漿孔進(jìn)行二次深孔注漿實(shí)現(xiàn)對建筑物、地層變形的控制進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對建構(gòu)筑物保護(hù)，對于今后類似工程可提供相關(guān)參考。

盾構(gòu)；二次注漿；建筑物；保護(hù)

1 概述

由于城市化進(jìn)程對交通的需求和地面空間的限制，使得近年來國內(nèi)城市地下交通的進(jìn)展與建設(shè)不斷加速。盾構(gòu)工法因?yàn)槠涫┕ば识雀摺⑹┕ぐ踩煽啃愿摺Φ貙訑_動小等優(yōu)點(diǎn)，在城市地下空間修建的過程中應(yīng)用所占比重不斷提升[1]。但在城市中心修筑地下隧道不可避免臨近或穿越不同建構(gòu)筑物施工，由于各類建構(gòu)筑物的現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)以及與隧道關(guān)系的差異化，也造成其可允許沉降或變形存在較大差異，一般的盾構(gòu)施工所采用的保護(hù)方法主要有地面隔離樁保護(hù)、地面同步注漿或地面深孔注漿加固建筑物基礎(chǔ)等方法，但當(dāng)?shù)孛娼?gòu)筑物與隧道因平面關(guān)系限制、地下管線影響或受制于地面交通占地等條件限制時，上述方法很難實(shí)現(xiàn)。北京地下直徑線由于地處北京市中心城區(qū)，沿線各類建構(gòu)筑物近200多處，在施工中除利用復(fù)合式泥水平衡盾構(gòu)自身的特點(diǎn)外，通過管片預(yù)留二次注漿孔進(jìn)行二次深孔注漿實(shí)現(xiàn)了沿線建筑物的變形控制在允許范圍之內(nèi)，有效地保護(hù)了周邊建筑物，本文就相關(guān)施工技術(shù)予以介紹。

2 工程概況

2.1 項(xiàng)目簡介

北京地下直徑線線路全長9151m，其中隧道全長7230m，盾構(gòu)隧道長度5175m，管片外徑11.6m，采用復(fù)合式泥水平衡盾構(gòu)施工，刀盤開挖直徑12.04m。線路自北京站起，在崇文門大街十字路口東側(cè)進(jìn)入地下，沿前三門大街向西行經(jīng)前門、和平門、宣武門、西便門、天寧寺，最后于小馬廠出地面到達(dá)北京西站。線路平面圖見圖1。

圖1 線路平面圖

2.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

隧道穿越地層?xùn)|西兩端差異性大。西端（天寧寺至和平門）主要穿越的地層為卵石層、圓礫層，局部為粉質(zhì)粘土層、粉土層和粉質(zhì)粘土層等土層，一般粒徑20～60mm，大于20mm的顆粒含量約占總重的65%，亞圓形，中粗砂充填，并且存在最大強(qiáng)度約30MPa的砂層與卵石層的膠結(jié)層。東端（和平門至崇文門）穿越的地層主要為粉質(zhì)粘土層、粉土層和砂層等土層。地下水主要為層間潛水，滲透系數(shù)K＝150m/d，涌水量Q= 37200m3/d。

2.3 周邊主要建構(gòu)物及允許變形

隧道沿線兩側(cè)地面建構(gòu)筑物密集，煤氣、熱力、電力、污水等大型地下管線繁多；下穿西便門橋、天寧寺橋、護(hù)城河和4號線宣武門站等構(gòu)筑物；近鄰箭樓、正陽門等重要文物；與地鐵2號線平行近4km，其中最近距離不足2m。其中沿線主要建筑物允許變形統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 隧道沿線主要建筑物允許變形值統(tǒng)計(jì)表

3 盾構(gòu)施工沉降機(jī)理分析及主要影響因素

隧道施工所引起地表沉降及周圍建構(gòu)筑物變形主要是由于地層損失、排水固結(jié)、土體壓縮變形、結(jié)構(gòu)整體下沉及結(jié)構(gòu)本身變形引起[2]。而對于盾構(gòu)隧道而言，其中地層損失、土體壓縮變形是其中的關(guān)健。而對地層損失而言，根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，各部分所占比重見表2[3]。

表2 盾構(gòu)掘進(jìn)地層損失比重統(tǒng)計(jì)表

4 盾構(gòu)二次加強(qiáng)注漿保護(hù)技術(shù)

4.1 方案確定思路

根據(jù)隧道施工沉降機(jī)理分析及盾構(gòu)掘進(jìn)地層損失統(tǒng)計(jì)，由于盾構(gòu)掘進(jìn)過程對地層擾動以及同步注漿漿液的凝固收縮所形成空隙而產(chǎn)生的固結(jié)，導(dǎo)致即使在盾構(gòu)隧道通過建筑物后仍因?yàn)檫@部分地層損失而產(chǎn)生大的位移，因此為確保施工對周邊環(huán)境的保護(hù)，須對該階段的空隙以及擾動的土體變形予以補(bǔ)償。由于北京地下直徑線地處北京市中心城區(qū)，受施工占地、隧道上方管線影響，很難全部在地面通過隔離樁、注漿加固地基等措施實(shí)現(xiàn)對環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的保護(hù)。因此經(jīng)綜合考慮，在管片上預(yù)留二次注漿孔在漿液凝固后進(jìn)行二次補(bǔ)償回填及建構(gòu)筑地基進(jìn)行相關(guān)加固。

4.2 管片二次加強(qiáng)注漿設(shè)計(jì)

在管片設(shè)計(jì)中，管片上預(yù)留有注漿孔，注漿孔預(yù)埋件如圖2所示。在特級風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)地段，每環(huán)管片上預(yù)留25個注漿孔（除K塊預(yù)留1個注漿孔外，其余預(yù)留3個注漿孔）；其他地段，每環(huán)管片預(yù)留9個注漿孔（每塊管片預(yù)留1個注漿孔）。

圖2 二次注漿孔預(yù)埋件示意圖

在盾構(gòu)下（側(cè)）穿風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)地段時，利用管片上預(yù)留的注漿孔，向管片背后的地層中鉆孔并插入注漿管進(jìn)行深孔注漿，即二次深孔加強(qiáng)注漿，具體如圖3所示。根據(jù)隧道與各建（構(gòu)）筑物的位置關(guān)系，確定各部位的注漿深度。注漿管采用?42mm袖閥管，壁后3.5mm；注漿材料采用普通水泥漿，水灰比1∶1。

圖3 二次加強(qiáng)注漿施工示意圖

4.3 二次加強(qiáng)注漿實(shí)施

4.3.1 鉆孔及注漿管的安裝

盾構(gòu)管片預(yù)留孔開孔時，易出現(xiàn)卡鉆、塌孔或地下水涌入等問題。施工時主要采取下述措施應(yīng)對：

（1）在地層條件較好的情況下，鉆孔作業(yè)可以取消，鑿穿二次注漿孔后直接將注漿花管用風(fēng)鎬頂進(jìn)地層當(dāng)中，可應(yīng)對塌孔對注漿管安裝的影響。

（2）為防止二次注漿孔鑿穿后地層中的地下水涌入隧道，二次注漿孔套管內(nèi)設(shè)計(jì)有可安裝的逆止閥，該逆止閥的功能與單向閥功能相似，可封堵地層中的地下水，但鉆桿和注漿管能夠正常穿過，漿液也可通過逆止閥最直接注入地層當(dāng)中。逆止閥結(jié)構(gòu)形式及安裝形式如圖4、圖5所示。

圖4 逆止閥結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

圖5 逆止閥安裝示意圖（單位：mm）

（3）注漿管安裝完成口立即在孔口安裝一個帶有球閥的孔口管，孔口管采用絲扣連接在二次注漿孔上，便于快速按拆，關(guān)閉球閥后再進(jìn)行注漿管連接，注漿前打開球閥，可有效封底地下水。

4.3.2 注漿工藝參數(shù)及注漿實(shí)施

漿液采用普通水泥漿，水灰比0.8∶1。

注漿管采用?36mm的鋼管，加工形式如圖6所示，管片注漿孔內(nèi)外露10～20cm即可，外露端設(shè)球閥。

圖6 二次加強(qiáng)注漿管加工示意圖

注漿壓力：根據(jù)隧道埋深計(jì)算注漿處靜止水壓及土壓力之和，一般情況二次加強(qiáng)注漿壓力比此數(shù)值大0.3～0.5MPa。

注漿量：據(jù)地質(zhì)情況及注漿記錄情況，分析注漿效果，結(jié)合監(jiān)測情況，由注漿壓力控制二次加強(qiáng)注漿量。

5 實(shí)施效果分析

通過盾構(gòu)管片上預(yù)留注漿孔進(jìn)行二次深孔注漿，北京地下直徑線順利穿越了護(hù)城河、天寧寺橋、西便門橋、北京地鐵2號線環(huán)線及長椿街至前門4車站、4號線宣武門車站、前門箭樓、正陽門火車站等沿線14個特級風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，43項(xiàng)其它各類一、二級風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。地面最大沉降僅15mm，其中2號線運(yùn)營地鐵結(jié)構(gòu)最大沉降2.3mm，小于評估確定的允許沉降3mm；4號線地鐵結(jié)構(gòu)最大沉降1.62mm，小于評估確定的允許沉降2mm。

6 結(jié)語

（1）根據(jù)沉降階段及比重分析，利用二次深孔注漿可以有效控制盾構(gòu)掘進(jìn)的土體變形及周邊建構(gòu)筑物變形，對于建筑物的保護(hù)能起到有效的作用。

（2）采用逆止閥可以有效地避免二次深孔注漿過程中的涌水現(xiàn)象。

（3）由于最終的沉降值屬于多種措施的疊加效果，對于每種措施尤其是二次深孔注漿單項(xiàng)措施對于沉降的控制效果及所占比重有待進(jìn)一步分析。

[1]陳饋，洪開榮，吳學(xué)松.盾構(gòu)施工技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2009.

[2]地盤工學(xué)會.盾構(gòu)法的調(diào)查·設(shè)計(jì)·施工[M]中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[3]趙寶華.富水砂卵石地層大直徑泥水盾構(gòu)施工地表沉降規(guī)律[J].中國工程科學(xué)，2010（12）：94-97.

U455.43

B

1004-5716(2015)03-0175-04

2015-01-15

2015-01-15

任益飛（1973-），女（漢族），浙江東陽人，工程師，現(xiàn)從事隧道施工、檢測相關(guān)技術(shù)工作。