某工程注浆加固对地铁隧道收敛影响的分析

黄亚德，李文佳，陈 涛，李更召，范鹏程

(1.天津市勘察院， 天津 300191； 2.天津东晟图地理信息技术有限公司， 天津 300000)

某工程注浆加固对地铁隧道收敛影响的分析

黄亚德1，李文佳2，陈 涛1，李更召1，范鹏程1

(1.天津市勘察院， 天津 300191； 2.天津东晟图地理信息技术有限公司， 天津 300000)

某工程施工过程中在地铁隧道上方形成大量堆载，造成隧道出现一定程度变形，从而影响地铁的正常运营。为了抑制堆载对地铁隧道造成的变形，通过双侧注浆施工工艺，在隧道两侧距离隧道壁不同距离处分次进行注浆，对隧道两侧土体进行加固和挤压，以达到对周围土体微扰动的效果。在注浆过程中使用激光测距仪对隧道收敛情况进行实时监测，对注浆后隧道的变形情况进行量化跟踪，以掌握地铁隧道的注浆效果。通过对各次注浆后收敛监测数据的分析可以看出，随着距离地铁隧道由远及近逐排注浆，其收敛累计变化量逐渐增大，地铁隧道因上部堆载造成的不利变形得到了有效的控制，注浆效果明显，可为类似工程提供借鉴和参考。

地铁隧道；收敛；注浆；微扰动；监测

岩土工程具有地质条件的不确知性、土性参数的不确定性以及荷载条件的多样性等特点[1]，加之现场施工环境复杂多变，从而使得岩土工程具有很强的不可预见性，对于实际工程中可能遇到的多种问题，很难单纯从理论上进行预测，此时，在理论指导下有计划地进行现场工程的监测工作显得十分必要[2-4]。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[5-7]。上海地铁运用微扰动双液注浆技术对隧道保护及病害治理已经取得了成功经验[8-10]。监测工作是岩土工程信息化施工中不可缺少的重要部分，及时掌握注浆过程中隧道结构的动态变形情况，有利于优化施工方案，真正做到信息化施工[11-13]。

1 工程概况

本工程隧道采用盾构法施工。隧道洞顶埋深约9.0 m～11.0 m，盾构管片以错缝形式拼接，隧道内径5.5 m，外径6.2 m，管片环宽1.2 m。由于隧道上方不明原因堆载(见图1堆载区域与区间隧道相对位置关系)，造成隧道出现较大变形，使里程K6+503—K6+603范围内区间管片出现裂缝、渗水、错台、接缝张开及道床脱空等病害，已威胁到地铁隧道的运营安全。根据区间隧道的评估分析报告，将隧道结构的损伤程度划分为损伤严重区段、损伤轻微区段两种情况。隧道结构损伤严重段主要为上行线167～219 环。本文对此工程现场监测的结果进行分析，并将理论与实践相结合，综合其研究成果对监测工作进行归纳总结，为现场监测工作提供重要的参考资料。

图1 堆载区域与区间隧道相对位置关系图

2 监测方案

本次加固维修是对里程K6+503—K6+603范围内区间管片出现的裂缝、渗水、道床脱空等病害进行修复处理，并对上行线167～219号管片(K6+521—K6+584)进行隧道外侧双液微扰动注浆。因此本项目监测范围对应地铁X号线里程(K6+521—K6+584)，共计监测范围63 m。由于需要对上行线167～219号管片(K6+521—K6+584)进行隧道外侧双液微扰动注浆。注浆不可避免地会对土体的稳定性造成较大的影响，进而影响土体中柔性结构的地铁隧道。上行地铁隧道与下行地铁隧道之间的距离约为8.8 m，采用上行地铁隧道两侧双液微扰动注浆方式，注浆孔距离上行隧道结构的外侧分别约为2.7 m、3.6 m和4.5 m，注浆孔距离下行隧道结构的外侧分别约为6.1 m、5.2 m和4.3 m，如图2所示。因此上行线167～219号管片(K6+521—K6+584)和下行线对应的位置为本次监测的重点区域，注浆孔与地铁上下行隧道相对位置关系见图2。

图2 注浆孔与地铁上下行隧道相对位置关系图

2.1 监测项目及监测频率

为保证地铁结构的安全，针对本项目特殊性，在注浆期间对除巡视检查外的所有监测项目全部实行24 h全自动化监测，其余施工工序结合现场作业面的情况实行自动化加人工的监测方式，监测项目如表1所示。

表1 监测项目一览表

2.2 监测报警值

监测报警值由设计单位及评估单位联合给出。监测报警值见表2。

表2 监测报警值

3 监测结果分析

本文主要分析不同注浆孔注浆后对隧道收敛变化的影响。

隧道收敛监测采用激光测距仪进行监测，由于隧道上方出现荷载，造成隧道顶部地面出现沉降，进而造成隧道被挤压，出现收敛值的变化。本工程地面堆载主要集中在上行线一侧，故上行线出现更大的变形。因此，在上行线一侧进行双侧微扰动注浆，在上行线隧道的两侧各布设三排注浆孔，其中注浆孔距上行线隧道的距离分别为2.7 m、3.6 m、4.5 m，位于上下行隧道中间的注浆孔距离下行线隧道的距离分别为4.3 m、5.2 m和6.1 m。依据《城市轨道交通工程测量规范》[14](GB50308—2008)等在监测范围内每个对应环片分别布设一个激光测距仪。

本次注浆采用分排注浆、隔一注一的注浆方式，按照距离上行线隧道壁4.5 m、3.6 m、2.7 m的顺序进行注浆，上行线两侧的注浆孔同时注浆。

(1) 距离上行线4.5 m的注浆孔注浆。对第一排注浆孔注浆后，各环片的收敛值变化量如图3所示。

图3 第一排注浆孔注浆后各环片收敛累计变化量曲线

由图3可以看出，受注浆影响，隧道各环片收敛出现一定变化。监测曲线整体呈抛物线形，由于隧道在监测区域中央位置受损最为严重，隧道在这个位置整体受力较敏感，且在中央位置隧道变形最大，所以受注浆影响同样最大，收敛变化量最大。注浆工作从167环注浆开始，按照隔一注一的注浆方式，至218环注浆结束，各监测环片收敛平均累计变化量为-2.18 mm。

(2) 距离上行线3.6 m的注浆孔注浆。对第二排注浆孔注浆后，各环片的收敛值变化量如图4所示。

图4 第二排注浆孔注浆后各环片收敛累计变化量曲线

由图4可以看出，受注浆影响，隧道各环片收敛进一步变化。监测曲线整体呈抛物线形，由于隧道在监测区域中央位置受损最为严重，隧道在这个位置整体受力较敏感，且在中央位置隧道变形最大，所以受注浆影响同样最大，收敛变化量最大，第二次注浆相对于第一次注浆变化量同样在中央位置较显著。注浆工作从167环注浆开始，按照隔一注一的注浆方式，至218环注浆结束，各监测环片收敛平均累计变化量为-4.92 mm。一二次注浆后隧道收敛累计变化量差值见图5所示。

图5 一二次注浆后各环片收敛累计变化量差值曲线

由图5可以看出，受注浆影响，第二次注浆在第一次注浆的基础上，收敛累计变化量继续增大，在隧道受损区域变化量相对较大，各监测环片的平均变化量为-2.10 mm。受地质情况、注浆量及注浆压力等各种外界因素影响，各环片第二次注浆后收敛累计变化量相对于第一次的变化量出现一定的差异。

(3) 距离上行线2.7 m的注浆孔注浆。对第三排注浆孔注浆孔注浆后，各环片的收敛值变化量如图6所示。

图6 第三排注浆孔注浆后各环片收敛累计变化量曲线

由图6可以看出，受注浆影响，隧道各环片收敛进一步变化。监测曲线整体呈抛物线形，由于隧道在监测区域中央位置受损最为严重，隧道在这个位置整体受力较敏感，且在中央位置隧道变形最大，所以受注浆影响同样最大，收敛变化量最大，第三次注浆相对于第二次注浆变化量同样在中央位置较显著。注浆工作从167环注浆开始，按照隔一注一的注浆方式，至218环注浆结束，各监测环片收敛平均累计变化量为-7.67 mm。各次注浆后环片收敛累计变化量差值见图7所示。

图7 各次注浆后各环片收敛累计变化量曲线

由图7可以看出，受注浆影响，第三次注浆在第二次注浆的基础上，收敛累计变化量继续增大，在隧道受损区域变化量相对较大，各监测环片的平均变化量为-2.75 mm。受地质情况、注浆量及注浆压力等各种外界因素影响，各环片第三次注浆后收敛累计变化量相对于第二次的变化量出现一定的差异。

综合以上监测数据可以看出，注浆施工过程中，注浆压力作用于注浆孔与隧道之间的土体及孔隙水之中，在改变周围水土压力的同时，注浆压力也通过土体及孔隙水传递至隧道侧壁，从而导致隧道结构发生收敛变形，随着距离隧道侧壁由远及近逐排注浆，作用于隧道侧壁的压力逐渐增大，因而使得隧道结构收敛累计变化量也逐渐增大，从而有效抑制了上方堆载对隧道结构产生的不利变形。

4 结 论

本文以某注浆工程为例，介绍了隧道注浆监测数据处理分析的过程，通过对注浆后各监测环片收敛的监测结果分析，可以得出以下结论：

(1) 随着注浆次数的增加，注浆量的逐渐增大，隧道管片收敛累计变化量逐渐增大。

(2) 随着注浆孔与隧道壁的距离逐渐变小，注浆对隧道收敛的影响逐渐增大。

(3) 隧道监测范围内中间区域由于受损较严重，隧道对外力的感应更敏感，同样注浆量下，收敛累计变化量更大。隧道收敛累计变化量曲线整体呈抛物线形。

(4) 隧道的收敛值受地质情况、注浆量及注浆压力等各种外界因素影响，同时由于隧道各个部位受损情况不同，对外力的感知也不一样，所以各个监测环片收敛累计变化量曲线呈锯齿状。

(5) 通过以上监测，可以看出隧道注浆时隧道收敛监测的必要性，通过对隧道收敛变化的监测，及时调整注浆方案，真正做到监测指导施工，以实现信息化施工[15-16]。

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Influence of Grouting Reinforcement on Metro Tunnel Convergence in A Practical Engineering

HUANG Yade1, LI Wenjia2, CHEN Tao1, LI Gengzhao1, FAN Pengcheng1

(1.TianjinInstituteofGeotechnicalInvestigationandSurveying,Tianjin, 300191,China；2.TianjinDongshengtuGeographicInformationTechnologyCo.,Ltd.,Tianjin, 300000,China)

In the construction of an engineering, there are large stack above the metro tunnel which caused the deformation of tunnel in certain degree, the normal operation of the metro was impacted. In order to restrain the deformation, grouting construction in both sides was adopted in different distance of the both sides of the tunnel wall, the soil on both sides of the tunnel is reinforced and extruded to achieve the effect of micro disturbance of the surrounding soil. Real-time monitoring of the convergence condition of tunnel is proceeded by laser rangefinder in the process of grouting which can quantify the deformation of the tunnel after grouting, thus the metro tunnel grouting effect can be measured precisely. Comparing the convergence monitoring data before and after the grouting, it can be seen that the convergence cumulative variation increases gradually along with the grouting from far and near of the metro tunnel, the unfavorable deformation of the metro tunnel caused by the upper stack has been controlled effectively, the grouting effect is obvious which can provide reference for similar projects.

metro tunnel; convergence; grouting; micro-disturbance; monitoring

10.3969/j.issn.1672-1144.2017.03.025

2017-01-17

2017-02-28

黄亚德(1987—)，男，河北唐山人，助理工程师，主要从事地铁运营监测方面的工作。 E-mail：476902946@qq.com

TU473

A

1672—1144(2017)03—0123—04