摘 要:就注漿法在盾構(gòu)推進穿越已運營地鐵隧道中的應(yīng)用作一深入探討,并結(jié)合XX市軌道交通4#線盾構(gòu)推進穿越2#線(已運營)的工程實例,并在對工程地質(zhì)情況調(diào)查的基礎(chǔ)上,進行了嚴密的理論計算,確定了施工方案,實施過程中采用了“分段、跳環(huán)、跳孔、單孔分層多次高壓劈裂注漿技術(shù)”對兩隧道間軟弱夾層進行加固,注漿的同時在2#線隧道內(nèi)安裝電子水平尺進行實時監(jiān)測,工程取得成功。
關(guān)鍵詞:注漿;盾構(gòu)推進;穿越;已運營;隧道
XX市軌道交通4#線工程XX站—XX站區(qū)間隧道位于XX及XX之下,北起XX站(與地鐵2#線XX站相鄰),南至XX站,全長670ｍ,根據(jù)提供的路線平面圖及剖面圖:該區(qū)段隧道在XX、XX及XX交匯處從地鐵2#線下面斜交穿越地鐵2#線。為確保該區(qū)段隧道及運營中的地鐵2#線的安全。除盾構(gòu)推進過程要求采取必要措施外,還必須對近距離隧道間軟弱土夾層進行加固。
1 加固措施
盾構(gòu)在推進過程中會對周圍的土體造成的不定量的超挖(或欠挖)和擾動,使隧道軸線附近的地面以及地下構(gòu)筑物造成一定量的沉降影響。而所穿越的地鐵2#線位于4#線隧道上方,最近的距離為1.045ｍ。并且4#線隧道以379.851ｍ半徑斜線穿越運營中的地鐵2#線隧道,這將增加對隧道周圍土體的擾動和超挖。雖然在推進過程中對同步注漿也有非常嚴格的控制,但同步注漿為惰性漿液,考慮到惰性漿液凝結(jié)時間長、強度低、不穩(wěn)定等諸多不利因素,因此在盾構(gòu)順利穿越2#線后,必須對近距離2條隧道間軟弱土夾層進行加固。經(jīng)多方論證,并充分考慮加固施工的可行性、安全性及操作的可控制性,最終選定雙液注漿加固。注漿加固利用管片上的注漿孔。注漿加固分4步進行:
(1)隧道盾構(gòu)施工后,在保證注漿對盾構(gòu)推進沒有影響的前提下,對隧道進行雙液同步注漿加固。具體實施為:在盾尾后5～8環(huán)處從隧道上部預(yù)留注漿孔進行同步注漿,在盾尾后10環(huán)以后從隧道下部預(yù)留注漿孔進行同步注漿。
(2)在同步注漿施工過程中,在對地鐵2#線有影響的施工區(qū)段從隧道頂部90°范圍內(nèi)的預(yù)留注漿孔中打入適當(dāng)數(shù)量的預(yù)埋注漿管,預(yù)埋注漿管深度暫定為3ｍ,如孔位距地鐵2#線隧道管片外壁距離不足3ｍ時,預(yù)埋注漿管打入深度為距地鐵2#線隧道管片外壁20ｃｍ左右。預(yù)埋注漿管打入后,根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和實際要求,隨時準(zhǔn)備進行跟蹤注漿加固,以達到保護地鐵2#線的目的,在變形較大時起到一定的糾偏作用。
(3)在同步注漿施工過程中及結(jié)束后,對地鐵2#線有影響的施工區(qū)段范圍內(nèi)的惰性漿液進行置換注漿加固(置換注漿加固為雙液注漿),以徹底置換掉惰性漿液,置換注漿加固范圍為管片外0.5ｍ。
(4)在隧道置換注漿施工結(jié)束后,對該區(qū)段兩隧道間軟弱土體進行雙液注漿加固。加固區(qū)段為下行線隧道341～451環(huán)、上行線隧道114～239環(huán)。施工范圍為隧道頂部90°范圍內(nèi)的5只預(yù)留注漿孔以上、地鐵2#線中心線以下范圍內(nèi)的土體,加固后的土體應(yīng)有良好的均勻性和較小的滲透系數(shù),注漿加固后土體強度要求≥1.2ＭＰａ。兩條隧道推進結(jié)束后,根據(jù)實測資料,可對變形較大的部分,打開預(yù)留的注漿孔,進行再注漿,達到控制變形的目的。
2 模擬實驗
在盾構(gòu)穿越地鐵2#線前,在XX路上布設(shè)兩排深層沉降監(jiān)測點,模擬盾構(gòu)穿越地鐵2#線時現(xiàn)有隧道沉降情況,用以指導(dǎo)盾構(gòu)穿越地鐵2#線時的施工參數(shù)。
因受模擬推進區(qū)段路面實際情況的影響,經(jīng)與管線及道路管理部門協(xié)商,根據(jù)沉降槽對稱性原理,點位從隧道軸線上方向單側(cè)布設(shè)。具體位置布設(shè)在Ｚ321、Ｚ324、Ｚ330、Ｚ345、Ｚ350及Ｚ355處,每排1～2只測點,測點深度軸線點距離盾構(gòu)面1.40ｍ。模擬推進的目的是檢測所擬定的盾構(gòu)推進所有主動技術(shù)保護措施的實際效果以及盾構(gòu)推進的過后惰性漿液同步注漿。雙液同步注漿、置換注漿,以及土體加固注漿和跟蹤注漿效果,用以指導(dǎo)正式穿越施工。主要檢測指標(biāo)是地面沉降量、盾構(gòu)上方1.4ｍ處土層垂直位移量。
模擬推進的長度為20m，前影響區(qū)20ｍ,后影響區(qū)10ｍ,共計50ｍ。
盾構(gòu)推進進入模擬區(qū)域, 在盾構(gòu)推進穿越深層監(jiān)測點前,測點有一個持續(xù)緩慢的隆起過程，在盾構(gòu)推進穿越深層監(jiān)測點后, 測點有一個持續(xù)緩慢的沉降過程。在ＳＣ321、ＳＣ324、ＳＣ330點的累計沉降由正變?yōu)樨摂?shù)時,開始對上述區(qū)域的隧道頂部進行注漿補漿施工。在SC345點的累計沉降接近為零時開始對ＳＣ345點對應(yīng)區(qū)域的隧道頂部進行注漿補漿施工。在ＳＣ350、ＳＣ355點開始出現(xiàn)明顯沉降加速趨勢時,對ＳＣ350、ＳＣ355兩點對應(yīng)區(qū)域的隧道頂部進行注漿補漿施工。
注漿施工以少量多次為原則,在測點剛脫出盾尾時,測點沉降速度較快,注漿補漿每天施工1～2次,每次注漿量400Ｌ/孔;經(jīng)過幾次注漿后,測點沉降速度變緩,注漿補漿改為每2～3ｄ施工一次,每次注漿量400Ｌ/孔;當(dāng)測點穩(wěn)定后,補漿施工不再進行。
根據(jù)沉降觀測記錄顯示,在注漿補漿后,觀測點有明顯的回升,經(jīng)一段時間的穩(wěn)定后再次沉降,但沉降速率明顯減慢。注漿施工控制以少量多次,每次注漿后以達到穩(wěn)定測點并略有回升為原則,單次注漿應(yīng)將其抬升量控制在1.0～2.0ｍｍ以內(nèi),如此反復(fù)多次,以達到穩(wěn)定的目的。
根據(jù)模擬實驗結(jié)果,在隧道管片完全脫出盾尾及其后面附屬設(shè)備的這一時間段內(nèi),通過同步補充注漿,可以將地鐵2#線的沉降控制在3～4ｍｍ以內(nèi),為后續(xù)置換注漿、土體加固注漿及跟蹤注漿創(chuàng)造了有利的時間和空間效應(yīng)。在后續(xù)注漿施工時,再將地鐵2#線逐步恢復(fù)到原位。
3 施工技術(shù)要點
(1)注漿孔選擇、布置:該本次雙液注漿孔布置在上行線隧道117～239環(huán)、下行線隧道341～451環(huán)的拱底、標(biāo)準(zhǔn)、鄰接塊中預(yù)埋件1和預(yù)埋件4的壓漿預(yù)留孔內(nèi)(土體加固注漿及跟蹤注漿僅利用頂部5只預(yù)留注漿孔),隧道管片每環(huán)間距1.2ｍ,每環(huán)中預(yù)留孔為16只。
先用沖擊鉆將預(yù)留孔疏通,置換注漿將1.0ｍ的注漿管振動插入孔內(nèi)至隧道管壁外側(cè)0.5ｍ處;土體加固注漿及跟蹤注漿將1.0ｍ的注漿管采取內(nèi)絲連接振動插入孔內(nèi)至隧道管壁外側(cè)要求的深度處。隨即將特制的防噴裝置安裝好,并將單向球閥接在注漿管上,以便注漿。若出現(xiàn)有漿液或地下水滲漏的情況時,先將防噴裝置安裝在預(yù)留孔中,并接上單向球閥,直接將安裝有防漏密封圈的注漿無縫鋼管打入注漿孔至設(shè)計深度,以達到防止地下水或漿液滲漏的目的。
(2)施工流程。同步注漿施工流程見圖1。
置換注漿、土體加固注漿、跟蹤注漿施工流程:確定孔位→疏通預(yù)留孔→振插注漿管→安放防噴裝置→配漿→注漿→拔管→分層注漿→拔管→孔口注入封閉漿→洗漿管移位。
(3)雙液漿配比:為盡量減少注漿過程對地鐵2#線及周邊環(huán)境的影響,經(jīng)過計算及實驗,選用收縮率小于5%的漿液配比,具體如下:甲液為水∶水泥∶粉煤灰∶膨潤土=100ｋｇ∶100ｋｇ∶100ｋｇ∶5～8ｋｇ;乙液為35°水玻璃30～50ｋｇ。
如注漿孔需多次打開重復(fù)注漿,雙液注漿施工結(jié)束后,在洞口區(qū)域注入適量的封閉漿以保證再次注漿時注漿孔能順利被打開。
(4) 施工技術(shù)參數(shù):
注漿壓力:≤0.5ＭＰａ;
注漿流量:10～15Ｌ/ｍｉｎ;
注漿量:200～400Ｌ/孔(同步注漿、置換注漿);
雙液漿初凝時間:30～45ｓ。
(5) 漿液形成、運輸與注漿過程,同步注漿、跟蹤注漿及二次置換注漿,注漿設(shè)備跟在盾構(gòu)機后,材料用電瓶車運入隧道,根據(jù)需要,隨時進行注漿。
穿越區(qū)域土體加固注漿施工時盾構(gòu)推進已結(jié)束,對象為下行穿越地鐵2#線的軌道交通4#線內(nèi)預(yù)留孔向外進行,由于地鐵隧道內(nèi)空間有限,僅在地鐵車站兩端頭口與地面相通,給運輸施工設(shè)備與材料帶來困難,針對具體情況,采取如下措施:
①地面拌漿:設(shè)置地面拌漿,依據(jù)漿液具體配比分別配成甲液、乙液,儲于地面儲漿桶內(nèi)。
②輸漿管輸送漿液:將配成的甲、乙漿液分別通過輸漿管輸送入隧道。
③隧道內(nèi)混合:將通過輸漿管輸送來的甲、乙兩液按一定比例混合后立即用注漿泵注入孔內(nèi)。
④注漿順序:為減少漿液滲漏,降低注漿壓力,采取分段施工形式,以每50環(huán)為一個施工段,每段實施施工一環(huán)跳三環(huán)的跳環(huán)形式施工,每環(huán)一次施工受力均衡的2～3只孔。置換注漿實施一環(huán)隔三環(huán)施工。同時,根據(jù)監(jiān)測情況調(diào)整注漿量和壓力,注漿結(jié)束后,拔除注漿管,封閉孔口。
(6)注漿壓力及流量控制:注漿壓力控制在0.5ＭＰａ以下,注漿流量控制在10～15Ｌ/ｍｉｎ。
(7)注漿量控制:同步注漿根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù),注漿量在200～400Ｌ/孔范圍內(nèi)調(diào)節(jié),注漿以少量多次為原則,結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù),按照規(guī)定抬升量進行控制。置換注漿注漿量為400Ｌ/孔,2400Ｌ/環(huán);同時結(jié)合注漿壓力進行控制。跟蹤注漿注漿量按實際要求而定。雙液注漿注漿量根據(jù)每段加固土體方量以及所要加固的土體進行調(diào)整,④、⑤—1層土要求加固體的Ｐｓ值增加約1倍,根據(jù)施工經(jīng)驗,注入漿量為加固土體方量的20%(即水泥摻入量約5.5%),同時結(jié)合注漿壓力進行控制。每只孔分為6個注漿段,每次施工一個注漿段,各個注漿加固段注入漿量分別為：
①5.6～6.1ｍ:0.276ｍ3; ②5.1～5.6ｍ:0.252ｍ3; ③4.6～5.1ｍ: 0.229ｍ3;④4.1~4.6m:0.205ｍ3;⑤3.6～4.1ｍ:0.181ｍ3;⑥3.1～3.6ｍ:0.158ｍ3;每只孔總計注入漿液方量為1.301ｍ3。⑤-2層土因原狀土Ｐｓ較高，注漿時漿量適當(dāng)減少。
(8)注漿時間的選擇:除2#線隧道發(fā)生較大變形需及時糾偏外,注漿時間選擇在地鐵2#線停運的23:00至次日凌晨6:00,以保證注入的雙液漿有一定的凝固時間,提高加固效果。
(9)工程施工中遇到的問題和解決辦法:
①防噴:隧道外地下水十分豐富,局部較深處甚至有承壓水,在疏通預(yù)留孔及放置注漿管時,采用特制防噴裝置,防止地下水滲漏和噴射,確保隧道安全;同時在注漿過程中,確保注入漿液初凝時間滿足配比要求,使?jié){液盡快凝固,減少地下水和漿液滲漏。
②漏漿:具體施工中可能由于注漿管插入預(yù)留注漿孔后,在注漿的同時可能會造成沿注漿管外側(cè)返漿、冒漿及臨近孔冒漿現(xiàn)象。采用特制的防噴裝置,進行防噴和堵漏,施工結(jié)束時,待雙液漿初凝后將注漿管拔出,清洗孔口,用專用蓋封閉,并將現(xiàn)場清洗干凈。
③頂壁鄰接塊預(yù)留孔距地面較高不利于施工的解決辦法:針對離開隧道底部有一定距離的標(biāo)準(zhǔn)塊、鄰接塊高空斜向成孔和注漿,采用現(xiàn)場搭建可移動工作平臺解決施工困難。
4施工監(jiān)測
在4#線隧道及地面布置測點對注漿全過程進行跟蹤監(jiān)測和注漿后的延時監(jiān)測;在地鐵2#線隧道內(nèi)布置電子水平尺進行24ｈ實時監(jiān)測;以盡量減小注漿對4#線隧道、地鐵2#線和周邊環(huán)境的影響,并根據(jù)測量數(shù)據(jù)及時調(diào)整施工參數(shù)和施工順序,做到信息化施工。
5 結(jié)束語
在上海地鐵建設(shè)施工中盾構(gòu)法推進穿越已建成并投入運營的地鐵隧道,此前僅人民廣場站地鐵2#線穿越地鐵1#線有過一次。但上次穿越區(qū)域緊鄰車站,且穿越形式為直交穿越,其對1#線的影響程度較小,緊鄰車站又為其糾偏和加固等提供了十分便利的條件。而本次穿越區(qū)域在遠離車站的隧道區(qū)間中間,埋深大,土質(zhì)差,且穿越形式為小角度弧形斜交穿越。對被穿越隧道影響距離長,弧形段的施工土方超挖更加劇了對土體的擾動,對被穿越隧道而言是很大的威脅。
經(jīng)反復(fù)驗算及多方反復(fù)論證,我們最終確定了上述加固保護方案,經(jīng)模擬實驗段驗證有效可行。上海地鐵監(jiān)護公司提出的地鐵保護要求是:施工期間隧道累計變形量不超過±3ｍｍ,施工結(jié)束后1年的累計變形量不超過±5ｍｍ。在實施過程中,在我方的努力及相關(guān)各方的大力協(xié)助下,施工期間隧道累計變形量均控制在±2ｍｍ以內(nèi),施工結(jié)束后1年測量的累計變形量最大處為-2.3ｍｍ,大大好于保護要求,工程取得了圓滿成功。
