洞內微擾動注漿在已運營盾構隧道收斂變形治理中的應用

張學華

(南京地鐵運營有限責任公司，江蘇 南京 250012)

1 工程概況

南京地鐵某運營盾構隧道全長1 024 m，埋深為8.6～16.8 m，上下行間距15.2 m。該區段地處長江漫灘沉積地質環境中，地層呈二元結構，上部主要以淤泥質粉質黏土為主，下部以粉土和粉細砂為主，在粘性土層中賦存的地下水類型為孔隙潛水，在砂層中賦存的地下水具有微承壓性，屬微承壓水。地下水位埋深較淺，介于0.50～2.60 m。

該區段盾構隧道西側緊鄰周邊商業開發地塊，涉及A、B兩個地塊。A地塊距離盾構隧道52.9 m，對應隧道長度約245 m，該開發項目已基本完工；B地塊距離隧道57.4 m，對應隧道長度約223 m，該開發項目正在基坑開挖階段，目前一期土方開挖完畢，底板尚未澆筑；二期正在進行TRD止水樁施工。該區段盾構隧道結構前期受A、B地塊施工影響，產生了不同程度變形。根據隧道直徑收斂普查的結果顯示，項目影響區內收斂大于7 cm的盾構管片共有125環，其中最大收斂值達到9.6 cm。為確保隧道結構穩定，保障地鐵運營安全，需要對該區段隧道收斂超過8 cm的管片進行鋼環加固，對收斂7～8 cm的管片進行微擾動注漿治理。

現場調查發現，該區段隧道位于城市主干道正下方。若對收斂7～8 cm的管片進行洞外微擾動注漿施工，注漿區域涉及大量市政管網線、綠化等，并需要對路面進行封閉，實施難度較大。為防止隧道收斂變形進一步加劇，確保隧道結構安全，研究采取隧道內微擾動注漿控制管片收斂的應急措施。

因隧道內微擾動注漿控制管片收斂施工技術屬國內首次在運營地鐵隧道內應用，為探索該施工技術，首先進行了5環管片試驗段的隧道內微擾動注漿，技術完善并達到預期效果后，再對剩余管片進行隧道內微擾動注漿加固施工。

2 隧道內微擾動注漿技術方案

2.1 施工流程

(1)注漿設備選用電動泵，原則上是利用隧道管片原有壁后注漿孔，打開原注漿悶頭，先安裝2寸球閥和變絲，再擊穿管片注漿層，然后安裝防噴裝置及1寸球閥，接注漿管路，注入雙液漿或單液漿。注漿結束后，拆除外接頭，清理注漿孔，用圍絲和微膨脹水泥進行封孔。

(2)打開注漿悶頭，依次安裝2寸變絲接頭、2寸球閥、防噴裝置、帶頂尖及閥門的注漿管，再壓漿、封孔。

(3)連接注漿管路，通過注漿管路將注漿泵、流量儀、混合器與注漿管連接。

(4)配制漿液，用自制小型拌漿設備按水灰比0.8∶1拌制水泥漿。

(5)注漿、拔管，采用雙泵雙液注漿方法進行注漿，緩慢連續均勻進行。

(6)拔除注漿管，按要求完成注漿，關閉球閥，單次注漿完成。

(7)重復注漿，按(3)～(6)施工工序根據實際施工情況重復施工，直至達到終孔條件。

(8)拆除球閥，封孔，達到終孔條件后，拆除球閥，用圍絲和快干水泥進行封孔并安加悶蓋，完成單孔工藝。

2.2 施工參數

(1)注漿治理標準：對收斂變形7～8 cm的5環管片進行洞內微擾動注漿，注漿后收斂變形小于7 cm。

(2)注漿范圍：為確保注漿后管片收斂符合治理標準，需對治理管片兩側各擴展2環同時進行注漿。

(3)注漿孔位：原則上利用管片兩側預埋注漿孔(3點鐘、9點鐘方向)進行注漿，具體位置可跟據現場實際情況作適當調整。若預埋注漿孔未能滿足注漿需要，可考慮在管片上開孔。開孔應注意避開管片主筋，滿足深度要求(二次開孔)，同時應預埋好孔口管并用植筋膠固定。注漿完畢后應做好恢復工作，安裝不銹鋼悶頭并進行防腐處理。

(4)注漿壓力：不大于0.4 MPa(即克服初始土壓力后的平衡壓力)。

(5)注漿量：根據現場實際情況及監測數據及時調整。

(6)注漿深度：注漿時采用深淺結合的方法，外側(入土90 cm)采用水泥漿+水玻璃雙液漿，內側及靠近管片外弧面處(入土60 cm和30 cm)采用水泥漿(見圖1)。

圖1 隧道內壁后微擾動注漿示意圖

(7)注漿順序：由兩端向變形嚴重管片靠攏，對稱進行；若變形嚴重區域較為分散，則根據測量數據分塊分段注漿。注漿應遵循“少量、多次、交錯”的原則。

(8)漿液配比

雙漿液：A液采用的是水灰比為0.8∶1的水泥漿，水泥性質為普硅PO42.5級，添加約0.5%～1%的外加劑Bx-2；B液為35°Be中性水玻璃。雙液漿體積比為A液∶B液=6∶1。

單漿液：按水灰比0.8∶1拌制水泥漿。

(9)單次注漿終止條件

①盾構管片單次收斂變化量達到5 mm；

②注漿壓力達到0.4 MPa；

③管片表觀出現異常情況。

2.3 施工風險與應急預案

(1)確定安全風險源

根據地鐵隧道內部實際情況和施工工藝，在諸多風險源中最主要也是最易發生的是，在對隧道管片壁后注漿孔進行二次開孔時，可能發生的倒噴水、噴砂等風險。

(2)安全控制措施

施工過程中，為有效控制二次開孔過程中水、砂噴涌造成的人員和設備損傷，采取了以下措施：①開孔過程中需嚴格執行接觸網斷電掛地線，同時在原有壁后注漿孔上安裝防噴裝置；②做好應急材料、設備的準備工作，尤其在現場常備用于控水控砂的木樁、聚氨酯等材料；③日常定期演練各項突發病害的應急處理工作。

3 施工監測

3.1 監測內容及重點

在洞內進行微擾動注漿期間，管片收斂變形采用人工與自動化監測相結合的方式，自動化監測采用測距儀同時對隧道垂直和水平方向變化進行嚴密監測，保證施工注漿安全。

監測工作遵循以下幾個要點。

(1)施工前對注漿區域及相鄰的盾構管片進行收斂變形、豎向位移和水平位移測量，及時掌控注漿前隧道結構變形數據。

(2)施工期間自動化激光測距實時跟蹤監測，注漿過程中對注漿位置測點進行實時測量，可用于觀察注漿過程中隧道結構的變形情況。

(3)施工結束后立即對注漿管片進行收斂變形、豎向位移和水平位移測量，分析收斂量、隧道沉降和平移量，充分掌握注漿施工前后隧道結構差異的變化，及時調整下一輪注漿的施工參數。

3.2 監測頻率

為確保地鐵隧道結構安全，施工監測應貫穿整個施工周期，并結合人工巡查，及時掌握隧道結構狀態，監測頻率如表1所示。

表1 注漿期間監測工作量統計

4 隧道內微擾動注漿效果分析

經隧道內部微擾動注漿后，試驗段盾構隧道管片收斂均出現不同程度的回縮，回縮量約3～7 mm、最大回縮量為7.1 mm、平均回縮量為5.3 mm，注漿前收斂變形最大值為75.9 mm，注漿后收斂最大值為為69.6 mm，最終收斂值均小于70 mm，基本達到了注漿治理收斂變形的要求，注漿效果如圖2、圖3所示：

圖2 注漿前后隧道收斂變形圖

圖3 注漿治理后隧道收斂變形回縮圖

5 結束語

(1)經過5環洞內微擾動試驗注漿后，試驗段管片基本達到了糾偏回縮的效果，最大有效回縮量達7.1 mm，平均有效回縮量為5.3 mm，治理效果明顯，此方案可有效控制管片收斂變形。

(2)在試驗注漿過程中，注漿管片周邊的2～3環均有不同程度的回縮，為剩余管片洞內微擾動注漿治理范圍提供了試驗數據支持。

(3)洞內微擾動注漿較洞外注漿控制管片收斂的治理方案，不僅確保了搶修的時效性，避免了洞外注漿所需要的施工場地準備、外部協調和市政管線遷移的時間損耗，同時降低了施工風險和工程造價。

(4)自動化激光測距實時監測最大程度上滿足了監測頻率的要求，且測量數據準確、可靠，是注漿施工過程中一種切實可行的監測方法，而且可實時掌握隧道結構安全，確保地鐵隧道運營安全。

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