基于微扰动双液注浆的地铁隧道沉降治理施工工艺

马海鑫（城盾隧安地下工程有限公司，上海 201108）

随着人们对城市内出行方便越来越高的要求，国内众多城市建设了多条地铁线路，以此来缓解严峻的交通压力。伴随而来的是，隧道结构出现了一系列的病害问题，主要包括隧道结构变形、沉降、渗漏水、开裂及道床脱空。众多专家学者对此展开了大量研究，王如路对上海地铁隧道纵向沉降进行了长期研究，认为主要因素包括如下几个方面：隧道设计及施工方式、地质条件、地铁沿线的建设施工、列车运营过程中的振动荷载及隧道渗漏。黄腾等对南京地铁 1 号线西延线隧道结构沉降监测点和差异沉降监测点的数据进行分析，认为隧道结构沉降的主要因素为地质软弱、周边施工和降水、地面堆载。刘建航等结合上海轨交运营隧道检修工作制度，对隧道产生病害的主要原因进行了分析，采用水泥水玻璃双液微扰动注浆工艺对隧道下卧软弱土层进行治理，达到了提高土层的物理力学性能并调整隧道纵向沉降线型的目的。

1 工程背景

郑州市轨道交通 1 号线农业南路～东风南路站总体呈下沉趋势，该地段隧道埋深 15～20 m，隧道先后穿越粉砂、砂质黏土和粉土地层。该区间隧道沉降大于相邻区段，左、右线相邻位置差异沉降明显，水平位移和断面收敛变化较小，无异常变化。

根据运营监测数据，农业南路站～东风南路站左线累计变化最大量为 -39.45 mm（基准点调整 -19.51 mm），位于DK 29 ＋ 483 处，右线累计变化最大量为 -67.58 mm（基准点调整 -23.32 mm），位于 DK 29 ＋ 388 处。右线的沉降变化较左线大，且在 DK 29 ＋ 299-DK 29 ＋ 477 区段连续多期监测出现下沉，除第 3 期外，每期沉降变化都超过 2 mm，有继续下沉的趋势。

经专家现场踏勘及讨论可知农东区间受复杂地层、 地下水位变化，以及地铁小曲线半径运营的振动等综合因素影响，左、右线均以变化最大量前后各 60 环（单线 120 环）共计 240 环沉降较为严重，首先需对隧道外土体进行改良，再进行沉降治理。

2 隧道沉降治理的施工工艺

隧道沉降往往会产生一些伴生病害，如：隧道内管片环纵缝渗漏水，道床与管片之间出现剥离、翻浆冒泥等。采取的主要维护措施为：首先，在渗漏水部位管片壁后压注聚氨酯浆液，对其周围土体进行改良；然后，在隧道内道床脱空位置灌注环氧树脂浆液；最后，对隧道沉降区域采取隧道底部分层注入水泥—水玻璃双浆液进行治理[1]。

2.1 渗漏水处理施工工艺

对存在渗漏水的管片治理措施主要在管片壁后压注聚氨酯浆液的施工工艺。管片壁后聚氨酯注浆的施工流程如图 1所示。

图1 隧道内聚氨酯注浆流程图

隧道内聚氨酯注浆施工如图 2 所示。注浆设备选用电动泵，原则上是利用隧道管片原有壁后注浆孔，每环预留注浆孔位置见图 3 所示，打开原注浆封头，先安装球阀和变丝再击穿管片注浆层（若击穿管片后发现有泥沙渗漏则立即关闭球阀），然后安装外接头，接注浆管路，连接注浆泵，注入配置好的聚氨酯浆液。注浆结束待聚氨酯发泡稳定后，拆除外接头和球阀，清理注浆孔，用微膨胀水泥进行封孔，最后加盖铁封头以替换原封头。

图2 隧道内聚氨酯注浆整体示意图

图3 衬砌环注浆孔布置示意图

2.1.1 注浆顺序和注浆量

（1）同一衬砌环内不同注浆孔的注浆量对称平衡；

（2）隧道注浆顺序纵向采用不跳环连续施工；

（3）每环注浆孔位为 B 1、B 2 环。

（4）各孔注浆量一般最大注入量为 50 kg，每环 2 孔，注入总量不超过 100 kg，实际工程中流量偏差应控制在 5%以内。每孔注浆量可根据实际施工情况进行适当调整。

2.1.2 注浆压力及流量

（1）注浆压力 ≤0.15 MP（不包括起始压力）。

（2）注浆流量 7～10 L/min，总流量 ≤10 L/min。

为了遵循注浆过程均匀、少量、多次的原则，掌握聚氨酯注浆引起的隧道沉降、变形情况，以便及时调整注浆施工参数，确保隧道结构的安全，此外，需对区间聚氨酯注浆范围内隧道结构进行跟踪监测。

2.2 道床脱空治理措施

道床翻浆冒泥间接反映着道床结构与管片的剥离、脱空，影响隧道的稳定性及注浆时存在冒浆的风险。隧底注浆加固前应先完成管片与道床剥离等的加固处理，防止隧底注浆加固时出现冒浆、串浆现象[2]。道床脱空处理的具体措施是在道床与管片之间灌注环氧树脂浆液。

2.2.1 定位放样

首先进行放样定位，沿道床共布注浆孔 4 排，分 A、B顺序先后注浆，孔径φ32～36 mm，孔距 900 mm（纵向距离），孔深在区间隧道结构内达 0～590 mm（具体以实际钻孔深度为准），孔洞需清理干净，并采用早强、快硬、速凝水泥进行封孔埋管。

2.2.2 采用刚性环氧树脂灌浆材料进行埋管注浆

道床与管片剥离及道床脱空采用刚性环氧树脂灌浆材料进行注浆，刚性环氧树脂灌浆材料性能指标如表 1、2所示。

表1 刚性环氧树脂灌浆材料浆液性能指标

表2 刚性环氧树脂灌浆材料固化物性能

注浆方式采用多次重复注浆，注浆压力 0.1～0.2 MPa，注浆量由注浆压力进行控制，计量以现场实际注入量为准。当注浆压力稳定上升至设计终压，并持续稳定 5 min以上，不进浆、进浆量很少或观察孔内渗漏水量很少时，方可停止注浆，再进行封孔作业。

2.3 微扰动注浆治理隧道沉降

微扰动注浆工艺是根据隧道沉降不同区域沉降指标进行的分区、分阶段的注浆治理。在沉降段隧道纵向均匀布置多个注浆孔，实施分层叠加注浆，隧道在注浆抬升和注浆间隔时间内固结沉降的交替作用下渐趋稳定，达到预期的控制沉降、调整隧道纵向曲线的目的[3]。

2.3.1 道床上开孔

在隧道内道床中线和中线两侧约 1.1 m 处放样定位进行钻孔，孔间距分别为 4.5 m 和3 m，孔径φ60 mm，深度为隧底以下 1.5 m，梅花形布置，如图 4 所示；首次垂直开孔至隧道管片底部以上 15 cm（须根据道床深度确定开孔深度）。

图4 注浆开孔平面布置图

第一次开孔结束后，先进行清孔、风干，注浆管底部用快速水泥封口，周围涂抹一定量的植筋胶，然后进行注浆套管安装。套管密封性检测待植筋胶凝固后安装球阀，采用注浆泵注入清水，注入压力约为 0.5 MPa，验证套管与混凝土结构的密封，符合要求后，方可进入下一步注浆施工作业。

2.3.2 注浆

采用二次开孔机或冲击钻的方式进行二次开孔至隧道土体；开孔完成后先在已安装的球阀上安装外螺丝，再接球阀，然后接防喷装置，最后插入注浆芯管，深度为隧底以下1.5 m。

连接注浆管进行注浆，如图 5 所示。从隧道底部自上而下分层叠加注浆，单层注浆长度一般为 30 ～ 50 cm；浆液采用水泥-水玻璃双液浆，水泥浆与水玻璃比为 2∶1 ～3∶1。水泥规格为 P.O 42.5 级的普通硅酸盐水泥，主要指标如表 3 所示。水玻璃采用模数 2.85 的 35°Be’中性水玻璃。

图5 注浆管连接示意图

表3 水泥浆主要指标

微扰动注浆使用凝固效果好、时效性强的水泥与水玻璃混合的双液浆，双液浆压力一般为 0.4 ～ 1.0 MPa，注浆附加压力 ≤0.1 MPa，注浆总压力 ≤0.5 MPa。

注浆时由下而上均匀拔管，每分钟拔 10 cm。当注浆量达到单次注浆的要求，或者单次注浆引起管片变形接近或达到允许值，立即停止注浆。

隧道底部注浆时，保证浆液不堵管的前提下，要求浆液中水泥比重尽量多，可以起到扰动小和注浆效果好的作用。

单次注浆量由注浆压力进行控制，单次注浆要根据隧道结构监测数据反馈，对注浆量进行适当调整，但需保证单次注浆隧道隆起量 ≤5 mm，待注浆压力回落稳定后继续补充注浆，注浆量以现场实际注入量为准。

2.3.3 停止注浆条件

分次分层注浆直至隧道底部 1.5 m 厚度注浆完成且饱满，单次注浆要根据隧道结构监测数据反馈，对注浆量进行适当调整，但需保证单次注浆隧道隆起量 ≤5 mm，当隧道隆起 ＞5 mm 时，应立即暂停当前孔的单次注浆。

2.3.4 注浆效果

经长期沉降监测结果显示，农东区间左、右线在隧道底部注浆施工期间均有明显的隆起趋势，经施工治理后，左、右线隧道结构在地层中的状态趋于稳定，沉降值回归正常范围。

3 结 语

随着城市地面交通的日益拥堵，各大城市为解决这一难题，纷纷大力发展地铁行业。随之而来的是隧道结构出现了一系列的病害问题，各专家学者对隧道结构病害问题展开了广泛的研究，探讨了隧道结构病害产生的原因及其治理措施。本工程隧道结构出现了常见的沉降、渗漏水及道床隆起现象，结合以往理论研究采取的施工工艺对其进行了治理，取得了良好的效果。有以下几方面可供类似工程借鉴：

（1）农东区间受复杂地层、 地下水位变化，以及地铁小曲线半径运营的振动等综合因素影响，致使隧道结构纵向出现不均匀沉降。

（2）微扰动注浆治理隧道沉降效果明显，可供类似工程借鉴参考。

（3）隧道结构沉降采用微扰动注浆治理之前，为防止浆液从道床与管片缝隙中喷出，进而继续抬升道床形成拱形钢轨面，前期应对道床与管片之间的间隙灌注刚性环氧浆液，使道床与管片形成一个受力整体。