微扰动双液注浆纠偏技术在南京地铁盾构隧道病害治理中的应用

高 永

(南京地铁资源开发有限责任公司，210012，南京∥工程师)

南京河西地区软土地层分布较广，地铁隧道多数采用盾构法施工。盾构隧道因自身多缝的特点，很容易发生渗漏和不均匀变形［1-3］，同时在沿线周边物业开发下，若发生严重的变形，将直接影响地铁隧道结构安全及运营安全。上海地铁运用微扰动双液注浆技术对隧道保护及不均匀沉降治理已经取得了成功经验［4-7］，近几年针对隧道纠偏也取得了成功案例。然而，因南京地铁盾构隧道采用错缝拼装，不同于上海地铁盾构隧道的通缝拼装，且南京地质条件更为复杂、隧道埋设更深，故该技术是否适用南京地铁隧道的纠偏，尚缺乏相应的施工技术参数。本文通过对试验段的成果分析，讨论微扰动双液注浆技术是否适应南京地铁错缝拼装的盾构隧道，并对施工参数进行了优化，希望该技术能为今后南京地铁盾构隧道的病害治理发挥作用。

1 项目背景

南京河西地区某物业开发项目被地铁运营线路(该段地铁隧道为曲线段，最小曲线半径375 m)及地面河道分割成4 个区域，见图1。9 万m2的地面密集开发10 幢超高层建筑，建筑高度为100～200 m;地下设满堂4 层地下室，最大开挖深度达22.75 m，基坑支护设计采用“两墙合一”，即地下连续墙作为基坑围护体。地下连续墙厚度为1.0～1.2 m(临近地铁侧为1.2 m)，深度约65 m，且切入中风化岩层不少于1.0 m，以切断坑内外水力联系;基坑内部设5 层钢筋混凝土支撑，为增加地铁侧被动区土体抗力，对地铁侧的地下连接墙内外采用φ850 mm@1 200 mm 三轴水泥土搅拌桩加固，坑内加固体厚度为8.65 m，坑外加固体厚度为2.65 m。

1.1 地质概况

已运营的地铁隧道主要穿过全新世沉积土地层，其中②-3d2-3 层为粉细砂，②-3c2-3 层为粉土，②-3b3-4 层、②-2b4 层为流塑状淤泥质粉质黏土地层。②-2b4 层、②-3b3-4 层的淤泥质粉质黏土含有机质及少许腐植质，且具有高含水量、高压缩性、大孔隙比、低强度等特点，易产生土体流动及开挖面失稳等现象。隧道通过区域的地质构造稳定，无断层通过，属基本稳定场地;地下水上部属孔隙潜水，深部砂层中的地下水具一定的承压性。

图1 南京河西地区某物业开发项目平面图

1.2 地铁隧道结构病害概况

该项目段上下行盾构隧道共有几十环出现渗漏点，主要出现在盾构隧道两腰部的环纵缝处，偶有顶部滴漏。除个别环外，渗漏量总体相对不大，未出现夹带泥沙的情况，后经封堵后，渗漏明显改善。上行485 环～590 环、下行 510 环～585 环隧道封顶块连接管片形成了连续裂缝，最多处1 环内存在8 条纵向贯通裂缝。物业开发项目施工过程中，共发现12块管片出现破损，其中拱顶4 块、腰部8 块，崩角主要为压损性破损;物业开发项目Ⅰ区基坑土方开挖期间，地铁道床与管片剥离发展较迅速，剥离段连续长度约400 m，最宽处达到35 mm，下行较上行严重，道床底部有一定的脱空量，约在5 mm 左右。

2013年10月底，地铁隧道的最大附加沉降，上行线达60.6 mm，下行线达60.0 mm，上下行线隧道竖向附加变形曲率半径均高于15 000 m。2013年10月底，物业开发项目段的隧道收敛，上行线最大达93.1 mm(相对于标准圆)，下行线最大达86.9 mm，上下行线隧道收敛有95 环超8 cm(详细分布详见图1 地铁隧道黑色背景标记环)，136 环在7～8 cm 之间，收敛超0.5%D(D 为地铁隧道外直径)的比例达52.9%。因地铁隧道横向变形，已造成接触网高度调整余量仅剩余22.7 mm。

2 微扰动双液注浆

2013年10月底，物业开发项目Ⅰ区、Ⅱ区基坑的地下结构已基本施工完成，Ⅲ区基坑仍处于土方开挖阶段，第3 层钢筋混凝土支撑尚未形成闭合体系。Ⅲ区基坑后续开挖必须进行坑内降水，但前期施工经验表明，坑内降水对地铁隧道变形影响较为显著，如何保证运营隧道的结构安全与运营安全，是困扰物业开发项目建设单位与地铁经营单位的现实问题。于是已经在上海地铁隧道纠偏中取得成功的微扰动双液(水泥浆、水玻璃)注浆技术被引入项目中。考虑到上海地铁隧道拼装方式、地质、覆土埋深与南京地铁存在较大差异，且施工缺少试验参数。为检验该技术运用于该项目的可行性，同时也避免注浆施工因缺少实地施工参数而造成地铁隧道收敛进一步扩大的风险，结合项目实际施工进度及场地位置，选择既有地铁隧道收敛在7～8 cm 之间的580～587 环作为本次试验段，并于2013年10月30日至11月10日进行了试验段的注浆施工。

2.1 微扰动双液注浆施工工艺

在地铁隧道外的土层打设注浆管至设计要求的深度，再进行“微扰动”注浆加固。其单孔注浆工艺如图2所示。

图2 单孔注浆工艺流程图

1)放样:实测每环隧道两侧内壁坐标及拱顶高程，并将实测成果放样至地面，以确保每一孔位及覆土深度的精确性。

2)钻取导孔:用专业设备钻取注浆导孔，钻孔深度至隧道顶部位置。

3)安装套管:注浆导孔钻孔完成后，放置套管以防塌孔、方便注浆管的打设。

4)打设注浆管:用专用设备将注浆管打设至隧道底部标高位置。

5)连接注浆管路:通过注浆管路将注浆泵、流量仪、混合器与注浆管等连接，开回流检查注浆管路是否通畅。

6)配制浆液:用拌浆装置按水灰比0.6～0.7拌制水泥浆。

7)边注浆、边拔注浆管:采用双泵双液注浆方法进行“微扰动”注浆，利用专用拔管设备边注浆边拔注浆管，缓慢地连续均匀地进行，拔管速度与注浆流量、注浆单节高度、注浆量相匹配约为每30 s 拔5 cm(根据实际监测数据以调整拔注浆管提升速度)。

8)拔除注浆管:按要求完成注浆，注浆管停滞10 min 左右，待浆液初凝后，利用专用拔管设备将注浆管全部拔出，单次注浆完成。

2.2 施工的经验参数

上海通缝拼装盾构隧道施工的经验参数如下:

1)注浆范围:隧道底部标高以上5.2 m 范围。

2)注浆压力:注浆压力根据实际监测情况确定。

3)注浆流量:水泥浆泵流量为14～16 L/min;水玻璃泵流量为5～10 L/min。

4)注浆孔布置:按隧道两侧 3.0 m、3.6 m、4.2 m 布置，并根据施工监测情况调整。

5)注浆顺序:①同一排内按照做1 跳5～10 环施工;②相邻孔注浆间隔不少于2 d。应根据监测情况即时调整。

6)注浆拔管:由下而上均匀拔管，每30 s 拔5 cm(可根据实际监测数据调整拔管提升速度);注浆量为每孔1 100 L 左右浆液。

7)双液参数:A液为水灰比0.6～0.7的拌制水泥浆，水泥采用 PO 42.5 级;B 液为 35°Be'中性水玻璃，模数为 2.85。A 液与 B 液的体积比为(2～3)∶1。

8)注浆终止条件:①注浆量达到每次注浆的要求;②单次注浆管片变形接近或达到允许值。预警值为≥3 mm，变形值为5 mm 则停止注浆。

2.3 南京地铁试验成果

2013年10月30日至11月10日，本次南京地铁试验段共完成20 个注浆孔，其中583、587 环注浆4 孔，其余各环均注浆2 孔。注浆孔剖面图见图3，注浆施工及监测成果记录见表1。

图3 南京地铁试验段注浆孔剖面图

表1 注浆施工及监测成果记录

2.3.1 注浆效果

南京地铁试验段在微扰动双液注浆过程中，因注浆压力辟裂注浆孔周围土体，对隧道形成一个定向推力，迫使隧道发生回缩;但注浆结束后，由于注浆形成的复合土体侧向强度较低，不能完全抵抗隧道收敛扩张变形，使注浆形成的隧道回缩量出现回弹。从图4 可以明显看出，试验段的地铁隧道表现出明显的纠偏及回弹两个阶段。

1)纠偏阶段:历时 12 d 的注浆，580～587 环隧道纠偏量达 15.2～21.2 mm，且纠偏量在两侧 10 环范围内逐渐衰减，纠偏效果较为明显。

2)回弹阶段:注浆结束后，试验段及两侧影响范围内隧道收敛出现明显的反弹，约20 d 回弹变形基本稳定(考虑到两侧基坑仍在施工，隧道变形仅能达到相对稳定状态)，其中前10 d 回弹量约为总回弹量的80%，总回弹量约为回缩量的29%。

图4 南京地铁试验段隧道收敛监测成果

2.3.2 注浆范围

根据上海地区经验，注浆范围为隧道底标高以上5.2 m。南京地铁试验段由于放样失误导致覆土厚度偏小2.7 m，造成 10月30日至 11月6日施工的14 个孔注浆深度有误，实际注浆深度在隧道底标高以上2.7 m，应注浆区域未进行注浆，隧道顶标高以上不应该注浆区域却进行了注浆。监测数据反应覆土厚度错误的注浆段(10月30日至11月6日)，每孔注浆基本都是前半时段隧道纠偏明显，后半时段注浆隧道纠偏基本无效果;覆土厚度修正后的注浆段(11月7日至11月10日)，每孔注浆全时段内隧道纠偏较为明显，详见图5。

图5 不同监测点的单孔注浆时效图

此外，11月1日与11月5日，注浆孔影响范围内的盾构隧道拱顶管片出现崩角、腰部出现渗漏的结构性病害，其主要原因为隧道拱顶上方的注浆造成。结合南京地铁试验段隧道收敛监测结果与隧道结构病害巡视结果，为避免注浆对隧道结构的进一步损伤，在后期注浆施工时，注浆范围应选用上海的经验参数。

2.3.3 注浆孔布置

南京地铁试验段设计了离隧道两侧净距为3.0 m 与3.6 m 两种注浆孔布置(见图3)。选择11月7日至11月10 试验数据进行研究(此阶段覆土厚度正确)，在选取上海经验参数的前提下，11月7日仅在距离隧道净距3.0 m 处进行注浆试验，从隧道底向上只注浆4.2 m 范围(标准注浆范围为从隧道底向上5.2 m)时当日回缩量已经达到了5.6 mm;后续注浆试验将注浆孔调整至离隧道侧净距为3.6 m，则后续注浆过程数据变化就较为平缓，注浆效果良好。后期施工时应优先在离隧道侧净距为3.6 m处进行注浆，注浆量按常规进行，然后根据注浆效果和回弹情况确定后续施工是否在离隧道侧净距为3.0 m 或 4.2 m 处再进行注浆。

2.3.4 注浆顺序

11月7日单孔注浆试验数据(详见图6)表明，微扰动注浆不只对施工对应环的隧道有影响，对应环相邻5 环的隧道都有较明显的纠偏效果。后期注浆施工时，为了更好地协调各环隧道纠偏效果，避免局部隧道环片的纠偏较大，造成隧道结构的进一步损伤，应根据单孔注浆影响前后5 环的试验成果，同一排内按照做1 环跳不低于5 环进行施工。

11月1日对580 环两侧同时进行注浆时，造成隧道内578 环、582 环拱顶封顶块出现崩角现象，正式施工时，应避免对一环隧道两侧同时进行注浆。

2.3.5 注浆终止条件

南京地铁盾构隧道采用错缝拼装，隧道刚度要明显大于上海地铁通缝盾构隧道，其优点是抗变形能力较强，但伴随的缺点是变形释放能力较低，微小的变形都有可能造成隧道内部应力的激增。后期注浆施工时，在参考上海经验参数的基础上，若注浆孔影响范围内的隧道结构出现病害，应立即终止注浆，以确保隧道结构不会出现进一步的损伤。

图6 试验段某单孔注浆时隧道收敛监测成果

3 结论

通过南京地铁试验段注浆结果分析，在选用上海经验参数的前提下，隧道纠偏效果显著，可得出结论如下:

1)微扰动双液注浆技术适用于南京地铁错缝拼装的盾构隧道纠偏。

2)双液浆参数、注浆范围、单孔注浆量、注浆流量、拔管时机与速度等的上海经验参数可运用于南京地铁隧道纠偏。

3)南京地区注浆孔与隧道的较合适净距为3.6 m，不宜选用3 m 净距的注浆孔布置。

4)南京地区注浆顺序宜为做1 换跳不低于5 环，且应避免对一环隧道同时进行注浆。

5)南京地铁错缝拼装的盾构隧道刚度较大，注浆终止条件在上海经验参数的基础上，尚需结合隧道结构是否出现新增病害，若出现新增病害则应终止注浆。

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