淺談水泥基洞外灌漿技術在隧道糾偏中的應用

趙剛

（中國水利水電第八工程局有限公司鐵路公司工程科技部，湖南 長沙 410004）

1 概述

當前，我國城市軌道交通發展迅猛，正處于大規模建設的高峰期，受地質條件及周邊開發影響，地鐵運營隧道整體受力較設計初期發生較大變化，特別是軟弱地層地鐵隧道，出現不同程度沉降及位移，為確保地鐵隧道的安全運營，常規采取洞內水泥基灌漿技術進行線性糾偏回調，回調施工空間小，操作難度大，有效施工時間短，且只能在夜間停運階段進行。

結合深圳地鐵1 號線區間隧道糾偏工程，對不影響運行前提下實現糾偏回調進行了針對性研究。

圖1 深圳地鐵1 號線整治工程平面示意圖

圖2 糾偏前隧道沉降曲線圖

圖3 糾偏前隧道水平位移曲線圖

該區間受前海建設項目基坑開挖影響，區間隧道產生不均勻沉降及位移，沉降最大值達78.6mm，基坑側位移最大值達29.6mm。受影響區間隧道埋深12m～18m，所處地層自上至下依次為填土、淤泥、粘土、砂質粘土和全、強、中風化花崗巖，其中隧道主要穿越粘土、砂質粘土和全、強風化花崗巖，淤泥地層基本位于隧道拱頂上1m。

2 總體施工方案

為避免土體回調量被現狀隧道周邊松動區吸收，并考慮類似工程注漿糾偏效果，通過注漿和卸土相結合的方法對隧道進行糾偏。采用“小卸載+注漿”及“大卸載+注漿”方式對隧道進行糾偏，方案實施過程中根據現場實際效果調整和優化。

工程整體施工流程為：臨建工程→小卸載及邊坡支護→左線水平糾偏袖閥管注漿→右線水平糾偏袖閥管注漿→左線豎向糾偏袖閥管注漿→右線豎向糾偏袖閥管注漿→大卸載及邊坡支護→壓密注漿加固→基坑回填。

2.1 施工重難點

本工程實施期地鐵1 號線要保持正常運營，如何保證按預期目標對隧道進行糾偏回調，不對其造成破壞或糾偏過度等是本工程的難點；合理選擇卸載及注漿組合及注漿工藝直接關系到糾偏效果，是本工程的重點。

2.2 隧道頂部覆土卸載及注漿對隧道糾偏效果分析

2.2.1 隧道頂部覆土卸載對隧道沉降回調效果分析

地面卸載前需對隧道卸載整體范圍、每次卸載分塊范圍、每次卸載厚度等參數進行細化研究，并通過隧道自動化監測及地面施工監測數據反饋情況，有針對性的對隧道回調效果進行分析，一是隧道頂部覆土卸載速率與隧道回調速率的關系；二是隧道頂部覆土卸載范圍及卸載厚度與隧道回調效果的關系。

2.2.2 水泥基灌漿技術實現隧道回調參數分析

不同地層對于漿液類型、漿液配合比及注漿壓力、注漿流量、注漿分段等有不同的要求，選擇適宜的注漿參數才能達到注漿的效果。項目實施前在周邊選擇與工程地質類似的地段或在項目實施范圍內選擇一試驗段進行注漿參數試驗，主要試驗內容如下：漿液類型、漿液配合比、注漿壓力、注漿分段、袖閥管套殼料及注漿工藝等。

通過試驗段確定各種條件下適宜的注漿參數并優化袖閥管注漿工藝，選擇適宜的袖閥管、套殼料及注漿配套設施。

2.2.3 鉆孔設備及鉆孔工藝分析

目前國內鉆孔設備主要分為地質鉆和潛孔鉆兩種，兩種設備對于不同的地層均有不同的特點，其中地質鉆對于巖層、孤石等適應性強，潛孔鉆在土層中鉆進速度快成孔效率高。通過分析各類型設備及配套工藝條件下功效及成孔率，選擇適宜的設備或設備組合開展鉆孔作業。

2.2.4 地面分區注漿分段長度與隧道回調關系分析

本項目隧道糾偏主要采取豎向孔注漿進行橫向糾偏、斜向孔深入隧道底部注漿進行豎向糾偏，不同的分段長度對隧道糾偏需選擇適宜的注漿參數，主要通過建模計算、現場試驗等手段研究袖閥管注漿長度方向各點與隧道圓形切線的受力關系，通過計算分析及現場試驗確定適宜的分段長度和注漿參數。

3 現場糾偏回調實施方案

3.1 現場糾偏回調實施方案分為六個步驟：步驟一：對左線隧道上方2m 覆土先行卸載，局部釋放和回調已達臨界狀態的管片內力和變形，并觀測土體卸載對隧道回調的作用；步驟二：對左、右線隧道基坑側土體進行豎向袖閥管壓密注漿，加固基坑側土體，并通過控制注漿壓力對隧道進行水平糾偏；步驟三：于左、右線隧道兩側各布置斜向袖閥管，袖閥管縱向間距1m，橫向布置3 排，向隧道底部進行壓密注漿，并進行豎向糾偏；步驟四：在注漿糾偏措施未能達到預期效果（回調30mm）時，對隧道上方土體進行大面積卸載糾偏；按沉降超過50mm 的區段卸載至7.5m 深，沉降達到30～50mm 的區段卸載至5m 深，沉降小于30mm 的區域卸載至2.5m 的原則進行縱向卸載分區。步驟五：卸載完畢后對隧道周邊土體進行壓密注漿，注漿范圍隧道頂部3m，隧道兩側9m，隧道底部以下6m，并預留后續跟蹤注漿管。步驟六：卸載區在隧道洞周土體加固完畢后回填。

3.2 小荷載卸載糾偏

對左線隧道上方影響區段全長進行開挖卸載，卸載厚度2m，施工過程中分區域分塊進行，從沉降最大位置向兩側開挖，采取淺層開挖方式逐層向下開挖，每層開挖深度不大于1m。根據沉降數據對土方卸載進行分區，按沉降超過50mm 的區段、沉降達到30～50mm 的區段、沉降小于30mm 的區域進行分區，將施工區域分為A、B、C、D、E 區共5 個區，考慮到C 區較長，劃分為C-1、C-2、C-3 三個分區，具體參見分區示意圖(圖4)：施工順序由C-1 區中部沿隧道走向向兩側同步均衡開挖，整個長度方向全面積下挖一層后，掉頭重新從C 區中部沿隧道走向向兩側同步均衡開挖，直至達到開挖深度。卸載同步對邊坡進行掛網噴砼支護，避免邊坡坍塌。小荷載卸載后隧道回調效果見圖5。小卸載施工對隧道水平位移無明顯回調，豎向回調約3mm，最大沉降量減小至76mm 內。

圖4 小卸載分區示意圖

圖5 小卸載產生的豎向回調曲線圖

3.3 大荷載卸載

在小荷載卸載未達到預期效果時，對隧道上方土體進行大面積卸載糾偏。按“沉降超過50mm 的區段卸載至7.5m 深，沉降達到30～50mm 的區段卸載至5m 深，沉降小于30mm 的區域卸載至2.5m”的原則進行縱向卸載分區。具體分區同小荷載卸載分區，為降低右線隧道在大面積卸載過程中產生較大回彈的風險，在隧道橫斷面方向上劃分為三個區域。區域一、三土體開挖深度相同，區域二（右線隧道上方）保留高于兩側區域3m 的土體，形成W 形基坑。施工流程按照由C 區沿著隧道縱向向兩側均衡同步開挖，橫斷面上先開挖區域一、三，再開挖區域二。施工分層按照0.50～1m，開挖抽條跳塊施工，每跳塊寬度5m 左右，每次開挖深度不超過1m，各分區、分段每次下挖一層后（即待全面積下沉一層），重新由C 區向兩側均衡同步開挖，直至達到設計開挖深度。施工過程中每層開挖深度根據監測數據反饋情況及時進行調整。

3.4 水泥- 水玻璃雙液漿袖閥管注漿

3.4.1 施工區段劃分

平面上橫向分為7 個施工區、縱向分為6 排孔位，豎向分為5 段依次自下而上同步注漿。根據沉降、位移的程度劃分的7 個區，最中間為沉降最大區域，橫向由以中心區為首開施工點，沿隧道方向往兩側同步施工；縱向根據與距離隧道由遠及近依次從第1 排至第8 排逐步施工，第1 排、第2 排為止漿墻，止漿墻的作用一是形成帷幕防止漿液竄流，二是作為持力層對隧道附近土體造成反作用力以實現對隧道的回調；單孔注漿垂直高度為9m，利用袖閥管的可控性，豎向自下而上劃分段注漿施工。

3.4.2 注漿材料及注漿參數

套殼料配合比：孔底段，水泥：粘土：水=1.0：0.3：1.0，孔口段，水泥：粘土：水=1.0：0.4：1.0；漿液配比：水泥漿水灰比1：1、水泥漿和水玻璃1：1；注漿段長：注漿分段分5 段，段長分別為2、2、2、2、1m；注漿壓力：第1 排0.5MPa、第2 排0.5MPa、第3 排0.3MPa、第4、5、6 排0.3～0.5MPa、第7、8 排0.3MPa；注漿結束標準：注漿壓力逐步升高，達到0.5MPa 后繼續注漿10 分鐘；隧道回調速率達2mm/d 后立即結束注漿。

3.4.3 鉆孔設備及鉆孔工藝

選取地質鉆機和MDL-135D 型錨固鉆機兩種設備進行鉆孔試驗，分別選用不同的鉆頭和工藝進行鉆孔，具體情況如表1 鉆孔方式分析表。

表1 鉆孔方式分析表

根據試驗采用方式三MDL-135D 型錨固鉆機，在雜填土層采用沖擊鉆頭鉆進作引孔后，下部更換三翼鉆頭回轉鉆進。

3.4.4 注漿糾偏

注漿糾偏施工主要工序為：鉆孔、袖閥管安裝、袖閥管開環、配置漿液、注漿、孔口封堵。其工序流程見圖6 注漿糾偏施工流程圖。

圖6 注漿糾偏施工流程圖

鉆孔主要采用地質鉆+泥漿護壁成孔，覆蓋層遇到大塊石鉆進困難時，采用錨固鉆機進行跟管鉆進；注漿采用水泥+水玻璃混合漿液灌注。糾偏注漿鉆孔深度為伸入中風化花崗巖內，水平糾偏孔深一般為26m，豎直糾偏孔深一般為30m。

注漿順序：由隧道外側往隧道側進行注漿，隔孔交替注漿。結合注漿孔分排分區情況，擬定的水平糾偏分排分區注漿順序見表2 水平糾偏分排分區注漿順序：

表2 水平糾偏分排分區注漿順序

豎向糾偏分排分區注漿順序見表3 豎向糾偏分排分區注漿順序：

表3 豎向糾偏分排分區注漿順序

由于YZB-50/70 雙液注漿泵注漿過程中壓力波動較大，注漿方式為液壓脈沖式，對隧道安全不利，為保證注漿過程中隧洞的安全，隧洞附近的2 排注漿孔采用150 型泥漿泵分別注入水泥漿和水玻璃，該泵輸出壓力穩定，流量可控，配合比可調，可適用于不同要求的雙液注漿。

4 糾偏成果

經有限元分析結合監測數據成果對比如下：

4.1 實際小范圍卸載影響（地下水位保持初始水位2.9m 不變）有限元分析結果顯示隧道受小范圍卸載影響較小。

4.2 實際水平糾偏分析

有限元分析結果顯示左線水平變形25-30mm（實際水平糾偏引起最大水平位移28mm），左線隧道豎向位移5-15mm（實際水平糾偏引起最大豎向位移18mm），有限元分析結果與實際工程監測數據較為吻合。

4.3 預期豎向糾偏

有限元分析結果顯示左線水平變形-5～7mm，左線隧道豎向位移10-15mm，該有限元分析結果忽略了水平糾偏產生的加固作用，實際工程中，斜孔豎向糾偏的措施在水平糾偏加固以后實施，所以水平糾偏對土體產生的加固作用不可忽視。

4.4 實際豎向糾偏分析

從分析結果來看，有限元結果顯示左線水平變形-4～4mm，左線隧道豎向位移0-2mm，有限元分析結果與實際工程監測數據較為吻合，斜孔豎向糾偏在水平糾偏加固之后實施糾偏效果微弱。實際工程中，通過自動化監測控制地鐵隧道管片變形值，從而控制隧道在安全范圍以內。

結束語

深圳地鐵1 號線區間隧道糾偏工程已圓滿完成，本工程結合沿海地區地質特點，采用地面土體控制性卸載和袖閥管注漿技術，通過選取不同地層袖閥管注漿工藝及袖閥管注漿參數、自動化監測技術等對隧道豎向和水平變形進行糾偏回調，效果顯著，期間未對既有運營區間產生不良影響，確保了其正常運營，對類似地鐵工程糾偏技術有著十分重要的借鑒作用。