注漿加固在隧道搶險中的應用

張 毅 力

（廣州地鐵設計研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

0 引言

自1969 年10 月中國首條地鐵（北京地鐵）投入運營以來，軌道交通以其安全、準時、高速度、大運量、低污染等優點獲得各級政府及市民的廣泛關注[1]。截至2022 年底，我國共有55 個城市開通城市軌道交通，運營線路308 條，運營線路總長度10 287.45 km（不含港澳臺）[2]。

隨著地鐵線網的加密，城市地鐵建設規模日益增大，建設投資不斷增加，一旦發生事故將造成較大的經濟損失。隨著地鐵建造深度增加，地質狀況愈加復雜，地鐵施工事故增多，其中以滲漏水引起的事故為主[3]。對于盾構隧道而言，因滲漏水引發的病害主要有襯砌管片的裂損[4]，隧道局部沉降等。本文通過研究江蘇省某市某盾構隧道涌水涌砂險情搶險及后續隧道局部沉降病害治理措施，驗證了注漿在搶險及隧道病害治理中的重要作用。

1 工程概況及水文地質概況

1.1 工程概況

該區間為盾構法施工隧道，隧道結構采用外徑6.2 m，厚度0.35 m，寬1.2 m 的平板式單層預制鋼筋混凝土管片襯砌。預制管片混凝土強度等級為C50，抗滲等級為P10。每環襯砌結構由6 塊管片構成，采用錯縫拼裝。襯砌環縱、環縫均采用彎螺栓連接，螺栓強度等級為5.8 級，其中每環縱縫采用12根M30 螺栓，每個環縫采用16 根M30 螺栓。聯絡通道兼廢水泵房處采用特殊襯砌環，即由4 塊鋼筋混凝土管片加2 塊鋼管片組成特殊襯砌環，其中鋼管片用于特殊襯砌環開口處（聯絡通道）。區間右線隧道全長912.600 m，左線隧道全長914.579 m。區間右線沿河道下方敷設，左線沿河道邊道路敷設，河道寬約8 m，水深約2 m。隧道右線在聯絡通道二襯完成后，融沉注漿階段發生涌水涌砂險情，發生險情處隧道覆土厚度約15.5 m。

本區間設置一處聯絡通道兼廢水泵房，聯絡通道兼廢水泵房采用凍結法加固，礦山法施工。待聯絡通道二襯結構形成強度后，凍結壁采用自然解凍方式解凍，凍結孔進行封孔處理。封孔做法為首先割除凍結管至混凝土管片（深度＞60 mm），然后對凍結管進行填充，凍結管割除部位采用10 mm 厚鋼板焊接封堵，并打設2 根M12 膨脹螺栓。隨后對孔口剩余空間進行填充，填充完畢后，在混凝土管片內壁采用4 根M12 膨脹螺栓將250 mm×250 mm×12 mm 弧形鋼板固定（見圖1）。由于混凝土管片與凍結管交界處無法牢固密貼或焊接，此處為結構薄弱點，是造成滲漏的隱患點。

1.2 工程地質及水文地質概況

站址范圍為沖湖積平原區，土層從上至下依次為：1-1 雜填土、3-1 黏土、3-2 粉質黏土、3-3 粉土、4-1 粉質黏土、5-1 粉質黏土、7-1 粉質黏土。根據勘察報告顯示，發生險情隧道位于5-1 粉質黏土層。場地范圍內對該工程有影響的地下水主要為貯存在3-3 粉土層的微承壓水，富水性一般，勘察期間實測水頭埋深2.5 m。險情發生段的隧道平面及縱斷面地質分布詳見圖2。

2 隧道險情發生經過及搶險情況

2.1 險情發生經過

險情發生時，隧道左右線均已貫通，聯絡通道兼廢水泵房已完成二襯，處于融沉注漿階段。由圖2（b）可以看出，險情段隧道位于聯絡通道旁，處于聯絡通道凍結體融沉范圍，且隧道處于5-1 粉質黏土層，地勘報告顯示該層土呈軟塑狀，承載力較低，在凍結體融沉的過程中產生擾動，承載力進一步降低，隧道產生沉降。2020 年2 月18 日2 時，聯絡通道處第294 環6 點鐘方向D44 號凍結管因隧道沉降，沖破凍結孔封堵結構薄弱點，突入隧道結構，現場情況如圖3（a）所示，形成滲漏水通道，隨即引發該處出現涌水涌砂。至4 時，隧道內水位已上升至拱底以上約1 m 處，現場情況如圖3（b）所示，險情發展迅速。至11 時，險情已累及周邊環，導致270環至322 環出現不同程度的病害，隨著滲漏水的持續發展，病害范圍內管片橢圓度持續增大，管片出現大范圍崩角、碎裂，同時管片出現大量縱向裂縫，錯臺情況加劇，會使連接管片間的彎螺栓被拉斷，說明管片結構受損，承載力部分喪失，如圖3（c）～（f）所示，管片縱向裂縫發育明顯、錯臺及縱縫張開較大，連接螺栓拉斷。隨著管片變形，接縫處張開量持續增大，多處開始涌水涌砂，且涌出量較大。受損部分隧道豎向出現下沉，水平出現偏移。隨著險情進展，施工單位持續組織人力搶險。

圖3 隧道險情

2.2 搶險情況

險情出現后，施工單位立即組織工人采用水泥袋堆積反壓措施，未能解除險情。至險情發生的第一日晚，進行管片吊裝孔開孔注漿，注漿材料為聚氨酯，同時進行雙液漿設備調試，涌水涌砂情況未得到減緩，且部分漿液從上部管片間隙滲出，說明此時隧道外側已因涌水涌砂損失大量土層，外部土層已產生較大范圍空洞。至第二日中午，在聯絡通道泵房內用混凝土開孔器完成開孔，通過泵房側壁向滲漏點位進行注漿，采用雙液漿注漿至18 時，改用聚氨酯堵漏。至第三日凌晨，滲漏點停止漏水，1 h后復漏。隨著隧道變形加劇，至第三日9 時，隧道內出現新漏水點，水量較大，同時管片錯臺進一步變大，最大至102 mm，管片縱縫張開嚴重，最大達30 mm，管片出現崩角、碎裂且縱向出現貫穿裂縫，說明管片結構已受損嚴重，承載力部分喪失。為保證隧道整體結構安全，防止出現結構坍塌，造成更大損失，施工單位立即在隧道內架設盤扣支架，如圖4所示，盤扣支架與管片共同受力，抵抗變形。考慮到隧道和地面安全，對滲漏段隧道上方的河道進行填土，確保切斷自上而下的漏水通道來源，防止河水沖擊隧道。隨后數天內，在270 環～317 環管片注漿孔自上而下對稱注漿，控制注漿壓力≤0.2 MPa，單次注漿量≤5 m3，注漿壓力及注漿量進行雙控，隔環注漿，來回循環注漿，對拱腰及拱底管片背面的空腔進行填充，以控制地面下沉及隧道變形，并保持高頻次的隧道監測，直至隧道相對穩定。隧道整體穩定后，通過注漿微調線型及沉降頂升，并逐環進行管片內襯鋼板施工，使內襯鋼板與隧道管片共同受力，完成病害隧道治理。

圖4 隧道內架設支撐

3 隧道病害情況

至隧道情況穩定、搶險完畢，對比隧道貫通測量數據，管片錯臺最大值達102 mm，縱縫張開量最大達30 mm。圖5 為拱頂貫通測量數據與險情發生、拱頂沉降穩定后測量數據的比對，從圖5 可以看出，右線自280 環開始隧道發生明顯沉降，下沉最大值出現在291 環，最大沉降量達-284 mm，至296 環達到隧道線路最低點，在303 環恢復至貫通測量數據。隧道右線285 環～302 環較貫通時整體呈現水平向南，豎向沉降的偏移趨勢。269 環～284 環、303 環～325 環由于注漿作用發生一定的抬升。圖6為根據三維掃描結果合成的受損隧道，襯砌環橢圓度最大達114.57‰，而《盾構法隧道施工及驗收規范》（GB 50446—2017）[5]要求，地鐵成型隧道橢圓度最大為6‰，受損隧道襯砌環橢圓度遠超規范要求。269 環～286 環與301 環～322 環呈現“橫鴨蛋”形態，287 環～292 環呈“豎鴨蛋”形態，293 環～300 環呈“斜鴨蛋”形態。

圖5 病害情況：拱頂沉降對比

圖6 病害情況：隧道整體三維變形（m）

4 注漿頂升及糾偏

根據測量結果，右線第270 環～317 環管片下沉嚴重，隧道局部線型呈現“鍋底”狀下沉，局部已不滿足限界要求。通過對下沉嚴重管片拱底注漿，適當頂升管片，以滿足限界要求。

注漿以最大沉降段右線289 環～293 環位置優先，由此段向東西兩端采取后退式注漿施工進行拱底注漿頂升及束腰作業。圖7 為注漿點位示意圖，圖中紅點代表地面注漿孔位。由于隧道受損后，隧道平面線形出現向南偏移，注漿順序按照先南后北的原則，優先考慮南側進行注漿，同環管片南北同時具備條件的情況下可以對稱注漿，南側注漿壓力均控制0.5 MPa 以內，北側注漿壓力控制在0.4 MPa以內。前后共進行了5 輪注漿作業，共注入雙液漿約3 800 m3，單液漿約665 m3。通過注漿頂升，沉降隧道管片頂升最大達127.35 mm，平面糾偏最大為8.0 mm，滿足限界要求。

圖7 注漿點位示意圖

5 結語

目前該區間已順利通車運營。通過對本次險情的搶險及后續的病害治理，可得出如下結論。

1）隧道出現涌水涌砂險情后，采取的首要措施為注漿堵漏，隨后要對管片背后因水土流失產生的空腔進行注漿填充，以改善管片受力，控制地面沉降及管片變形。

2）對于因水土流失嚴重，導致的局部管片下沉，可采用注漿頂升的方式，微調線型，以滿足限界要求。

3）凍結加固的聯絡通道應重視凍結孔封孔施工，采取切實可靠的措施，確保凍結孔與管片的相對固定且無滲漏。在造價可接受范圍內，建議打設凍結孔范圍內的管片全部采用鋼管片，或者采用混凝土管片內覆鋼板的形式，以便可以采用焊接方式封堵，確保凍結孔后期封堵的可靠性。