浅埋暗挖隧道下穿建筑物洞内注浆精确控制技术研究

冉贵猴

中铁十一局集团城市轨道工程有限公司 湖北 武汉 430074

1 前言

地下工程修建过程中经常揭露第四系富水砂层，该地层具有含水丰富、胶接强度低、自稳能力差的显著特点，在工程扰动及地下水作用下，极易诱发塌方、涌水溃砂等工程灾害事故[1]。注浆是加固最常用方法，通过注浆可有效提高砂层的整体力学性能及抗渗性能。

目前国内外对于暗挖隧道下穿既有建筑物注浆已取得了一些成果，张连震等[1]以青岛地区含黏性土砂层为典型被注介质，开展了砂层劈裂–压密注浆模拟试验，揭示了注浆扩散过程中劈裂通道形态、注浆压力、应力场以及位移场随时间变化规律，获得了试验条件下的砂层劈裂–压密注浆影响范围；李俊杰[2]针对新建隧道近接既有隧道施工引起的结构及地表沉降变形问题，以成都地铁8号线新建暗挖区间隧道近接交叉下穿既有7号线地铁盾构区间隧道施工为背景，提出了既有线注浆加固土体、新建暗挖段施作超前支护、严格控制施工工艺、以监测预警手段反馈施工的综合控制措施；王联平[3]以深圳地铁7号线下穿既有地铁4号线福民站为工程背景，研究了深孔注浆加固、回填及补偿注浆等关键技术。李小雨等[4]总结了区间暗挖隧道下穿桥桩施工过程中建筑物的影响。 对于已有研究，由于暗挖隧道和既有结构之间相互影响的情况比较复杂，且地质情况、周围环境以及施工特点差异很大，现有施工经验不能够直接运用。本文依托厦门2号线东建区间暗挖隧道下穿外贸大厦为背景，对注浆量控制进行了研究。

2 工程概况及注浆遇到的问题

2.1 工程概况

厦门市轨道交通2号线一期工程东渡路站～建业路站区间起止里程为YDK21+434.400～YDK22+436.341，共设两个临时竖井，2#施工竖井中心里程为YDK22+125.000，其中2#竖井～建业路站区间隧道出狐尾山后，向东转入湖滨北路敷设，并下穿厦门外贸中心大厦裙楼。外贸中心大厦为25年以上建筑，裙楼基础采用筏板基础，基础处于亚黏土层，承载力为250KPa，部分地下室为无梁楼盖形式，大厦裙楼地下室距离隧道顶为11.12m，隧道施工对地表变形影响较大。

2.2 注浆过程出现的主要问题

隧道全断面位于强风化、全风化凝灰熔岩地层，围岩等级以Ⅴ级为主，地下水丰富，设计采用全断面帷幕注浆加固。现场施工采用WSS工法后退式帷幕注浆加固土体，浆液为水泥-水玻璃双液浆（250kg水泥配备双液浆0.94m3，水玻璃水泥凝结速度23～25s），钻机钻孔至预定深度后开始后退注浆，当采用最慢档位注浆时，由于强风化凝灰熔岩层孔隙比较小，初始注浆压力已达到2.0～2.2MPa，且大厦地下室监测点出现隆起和地面轻微开裂，地下室原有渗漏水量也变大，暂停现场注浆加固，经分析，通过调整注浆终压[3]来控制地表建筑隆起的方法不可取，然而，结合当时土层特点，经现场多次压浆试验和总结，研究了运用每根注浆杆延米注浆量来控制注浆，根据地表建筑物监测情况调整注浆量大小，保证建筑物的安全。

3 注浆控制关键技术

3.1 注浆原理

利用其液压在地层中产生劈裂孔隙，改善地层的可注性，从而达到注浆加固的要求。在透水性差的土层注浆加固中，通过调整每个注浆孔的延米注浆量，改变劈裂孔隙的大小，从而改变浆液对土体的挤压程度。多个注浆孔对土体挤压效果的叠加效应造成对隧道上方土体的挤压和上抬，从而传导到地表和地面构筑物。

3.2 初始注浆试验阶段

全新地层注浆加固时，土层的某些性质，如孔隙比及渗透系数等可以从理论上把握，但在注浆加固方面的特性需通过初始注浆试验来获取，有时需从第一个孔或者4-5m长度的注浆加固过程总结出该地层的大概临界延米注浆量，这是整个注浆加固控制的第一步，尤为关键，在这一试验阶段注浆量和注浆速度不宜过大过快，应该重点监测和记录每一处注浆点位置对应地面变形隆起情况，甄别出临界延米注浆量。

3.3 注浆参数修正

初始注浆阶段得出临界延米注浆量后，需根据下一步的注浆过程及地表反应进一步确认临界延米注浆量的准确性，且根据地表反馈的变形隆起情况进一步修正该数据[5]，确定适应该地层的临界延米注浆量。后续注浆加固过程中，需对突变和异常情况进行记录，用于后期的总结和分析。

3.4 注浆过程记录分析

注浆过程记录和分析对比分两种方式，即同一孔位不同深度记录对比分析和不同孔位的记录对比分析，在初始试验阶段，前者记录分析方式实用性相对强，而同一类型最终的数据总结分析可以选用第二种记录分析方式。注浆孔位布置图如图1所示，注浆加固剖面图如图2所示，不同孔位单孔累计变化量统计结果如表1所示。

图1 注浆孔位布置图

图2 注浆加固剖面图

表1 不同孔位单孔累计变化量统计结果

3.5 注意事项

3.5.1 地表监测与注浆同步

为避免地面和地表建筑物因注浆隆起而受到损坏[6]，注浆加固时需尽快找到与当前加固地层匹配的临界延米注浆量，因而，在注浆加固初始试验阶段，需地表监测与注浆基本保持实时同步，并重点监测注浆点位置地面的5-6m范围隆起变形情况，及时对变化情况进行反馈，注浆作业面操作人员根据隆起变化同步调整注浆量，确保在最短的时间内总结出临界延米注浆量。地表测量监测要杜绝全覆盖撒网式监测，因注浆的隆起反应不会传递到很远的位置，且全覆盖撒网式监测会使测量周期变得很长，而导致监测结果和注浆不同步，使临界延米注浆量产生较大误差。注浆加固时地表监测如图3所示。

图3 注浆加固时地表监测

3.5.2 均匀回抽注浆

注浆时严格控制延米注浆量和提升幅度，每步不大于15-20cm，保证匀速回抽并观察注浆参数变化情况。注浆孔开孔直径不小于45mm，密切关注注浆量和注浆压力，当压力突然上升或从孔壁、断面砂层溢浆时，立即停止注浆，查明原因后采取调整注浆参数或移位等措施重新注浆。

3.5.3 双液浆配比及调整

浆液有三种[7]，即A液（水玻璃）、B液（磷酸）、C液（水泥浆），A液先后与B液、C液通过二重管端头的浆液混合器充分混合成AB液（水玻璃与磷酸混合液）、AC液（水玻璃与水泥浆混合液）。AB混合液中：水玻璃:磷酸（体积比）=1:1；AC混合液中：水玻璃:水泥浆（体积比）=1:1；水泥浆液水灰比：水:水泥（重量比）=1:1；水玻璃的凝结时间根据现场进行调整。调整原则：若注浆过程中地表隆起较快或出现冒浆情况，则先适当调高AC混合液中的水玻璃量，以缩短凝结时间（调整至20s以内即可），再适当调高 AC 混合液中的水泥浆量，减小浆液的流窜距离来减慢隆起和变形。

3.5.4 注浆全过程动态调控

下穿过程中，土层的性质会发生变化，不同位置，不同深度对应的加固注浆对地表的反应也不尽相同[8]，所以地表的隆起变化量必须全程监控测量，并根据反馈监测的结果及时调整注浆参数，待确定当前加固土层匹配的临界延米注浆量后，后续注浆时需保持地表监测与注浆实时同步，整个注浆过程基本处于“反馈-调整”动态过程。

4 应用效果

该技术成功应用于厦门轨道交通2号线东建区间暗挖隧道下穿外贸大厦，通过采用该方法解决了浅埋隧道在孔隙比很小的密实土层中注浆加固时，地表及临近建筑物隆起超限不容易精确控制的问题，避免了因隧道断面注浆加固造成地面及临近建构物发生上抬和开裂的风险，提高了施工速度，保证了工期；该技术被公司指定为推荐使用技术，现已在其他项目推广应用。另外，与传统运用注浆压力来控制注浆过程相比，采用延米注浆量更加精确，直观，避免了因注浆导致地面发生较大隆起而影响地面建构筑物安全的风险，确保了施工进度，在保证注浆加固的效果前提下，水泥的消耗量定量化，避免了水泥浆的超注和浪费，且间接地减少了建筑物维修和赔偿的费用。

5 结束语

该注浆控制技术适用于浅埋暗挖隧道中孔隙比很小的密实土层或者淤泥层地层、且对地表或者隧道上方建筑物隆起变形控制十分严格的地层加固注浆施工。技术优势主要体现在：

⑴ 精确控制。采用每根注浆杆延米注浆量这一指标控制注浆，与传统注浆压力控制相比，可更加精确地控制地表及建筑物隆起变形，且经现场测试，采用该控制方法，地表建筑物隆起变形在注浆加固前后变化量控制在0.6-1.0mm之内。

⑵ 操作简单。采用注浆量来控制现场注浆加固施工，操作人员便于施工和调节控制注浆。

⑶ 安全性高。传统技术依靠“注浆压力”控制现场注浆施工，调整注浆压力不能实现精确控制注浆加固过程，且对隆起量控制具有一定的滞后性，而该注浆方法可实现及时控制，安全可靠。