赵树林
北京市轨道交通建设管理有限公司 北京市 100029
摘要：地铁隧道施工过程中，常因地质情况复杂导致原设计方案及相关技术参数不能满足施工需要，因此施工中应做到动态设计、动态施工。本文以14号线丽泽～菜户营项目，分析研究了砂卵石地层下预加固措施的比选。首先对设计注浆参数进行施工合理性验证分析，并在此基础上提出合理的加固措施，在实际施工过程中设立试验段进行了验证。结果表明在砂卵石地层条件下，穿越独立基础建筑采用后退式深孔注浆预支护措施可有效的控制地表和建筑物变形。本文对解决下穿施工问题具有现实意义，同时对以后的类似工程又提供了指导和参考。
关键词：暗挖隧道;砂卵石地层;袖阀管注浆;深孔注浆;地表沉降
Advance support Construction technology of metrotunnel through independent foundation of buildings in sandy gravel strata
Zhao Shulin
(Beijing Uni-Construction Group co, Ltd, Beijing, 100029)
Abstract：The metro tunnel construction should be designed and constructed dynamically, because complex?geological?conditions might lead to the original design and related technical parameters cannot meet the construction needs. Combined with specific project of 14th metro tunnel line from Lize to Caihuying, the paper studied how to choose the reasonable pre-consolidation measures in sandy gravel strata. Based on grouting tests, the original design of grouting parameters is improved through the theoretical analysis and optimization, and the effect of grouting is also verified. The construction process should focus on pore forming process, the selection of grouting materials and grouting hole arrangement, etc. The monitoring data shows that deep hole grouting method of backward support is effective to control the settlement of surface and buildings during the process of pass through independent foundation in sandy gravel condition. The article has practical significance to solve problems of undercrossing construction, and also might afford guidance and reference for similar projects.
Keywords：Subsurface Tunnel; Sandy Gravel Strata; Sleeve-valve Pipe Grouting; Deep Hole Grouting; Surface Settlement
引言
在浅埋暗挖法地铁隧道施工中以及在穿越隧道结构上部既有建构筑物或地质条件较差的部位，为保证隧道开挖工作面的稳定，有效控制地表沉降和建（构）筑物变形，通常采用地层预加固处理措施。常用的措施有小导管注浆超前支护、大管棚注浆超前支护、袖阀管注浆超前支护和深孔注浆超前支护等。在以往的相关研究中，郭景伟[1,2]对小导管注浆、大管棚注浆及二重管深孔注浆的施工工艺及适用条件进行了研究。李宏安等[3]对袖阀管注浆和深孔注浆的优缺点及适用条件做了阐述。汪春生[4]介绍了对既有线采用袖阀管注浆，WSS工法加固的施工措施。以上研究主要对注浆的特点及选用的理由进行了分析说明，缺乏必要的注浆试验数据。本文以地铁14号线丽泽商务区站～菜户营站区间为例，通过对下穿建筑物的注浆方法进行试验及数据分析，确定如何选择合理的支护参数，从而确保地层加固的效果。
1工程概况
丽泽商务区站～菜户营站区间需下穿六号国际温泉酒店建筑物。该酒店竣工于1988年，酒店总平面大致呈“L”字型布置，设有一道变形缝，分为南北两段。北段为A座，长54m，宽27m，共7层；南段为B座，长36m，宽12m，共6层。大楼基础为柱下独立基础，基础埋深5.84m，基础主要位于粉土②层及粉砂、细砂②3层。基础底距区间结构顶净距约9.9m。开挖前，建筑墙体已发生多处开裂，最宽裂缝宽度为2cm。隧道结构为马蹄形断面，采用复合衬砌结构形式。区间隧道穿越地层主要为砂卵层，拱部土层以粗颗粒的砂、卵石土为主，结构松散、自稳性差、无法形成自然应力拱，易发生塌落现象。区间结构基本处于潜水水位以上，无需降水。
2施工难点与风险
1）6号温泉建筑物基础为独立基础，基础埋深较浅，穿越施工易引发建筑物变形沉降风险，如何控制地表沉降，最大限度的减小建筑基础的差异沉降，是本工程的难点。本工程地表沉降控制标准值为25mm，建筑物沉降控制标准值为20mm，A座差异沉降控制值为11mm，B座差异沉降控制值为10mm。
2）由于该建筑物产权单位正常营业，建筑物内部监测难以实现，建筑物外墙监测利用以前的监测点监测，所以在穿越建筑物前做好施工注浆参数采集是控制地表沉降的前提也是本工程的难点之一。
3设计地层预加固措施的施工合理性验证
3.1设计预加固注浆参数
超前支护措施采用袖阀管注浆，加固范围为初支结构外轮廓线外2m范围。钻孔直径φ89，环向间距600mm，跳3～4孔打设；纵向每5m打设一环，每环15孔。孔内下φ50、t=6.5mm无缝钢管，管长为12m，钢管上设溢浆孔；浆液采用水泥浆（水灰比1：1）；套壳料（水：水泥:膨润土比为3:1:1）。注浆终压0.2～0.5MPa，从里向外逐渐减压，注浆扩散半径为0.75m。注浆布置见下图所示。
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图1 注浆加固范围示意图
Fig1 schematic diagram of grouting reinforcement range
3.2设计参数验证的目的
注浆前需施做试验段来检验设计参数的合理性，方法是按设计要求进行试验，在施工过程中分析研究试验段所发现的问题，并对其进行调整优化，确定更加合理的注浆参数。
3.3试验内容
1）试验段的位置选择在车站到达建筑物之间，左线2个试验段，右线1个试验段。2）钻孔设备采用MG-50跟管钻进钻机，注浆设备采用KBY-50/70型注浆泵。3）注浆材料和注浆孔及配合比按设计要求采用。
3.3袖阀管注浆试验参数
1）袖阀管注浆试验数据
从3个试验段中分别选取左下、右下、中间部位袖阀管作为研究对象，注浆试验数据如下：
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2）沉降数据及沉降曲线图
施工时先施工左线试验段，选择试验段上方典型监测点为研究对象，监测时间从左线第一循环袖阀管注浆开始，到右线第三循环袖阀管试验段上导洞开挖完成结束。各选取监测点累计监测值分别为DB-01-03（-21.95mm）、DB-01-04（-24.02mm）、DB-01-05（-22.985mm）、DB-01-06（-11.003mm）、DB-01-07（-12.101mm）、GXC-01-03（-12.608mm）、GXC-01-03（-16.009mm）。监测点布置及沉降分析如图所示：
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3）注浆参数分析
从表1和图1及施工现场来看，试验段施工存在以下主要问题：
1）成孔时间4.83h，拔管时间为2.28h，成孔直径大，拔管后易塌孔，成孔不能及时注浆充填。2）当注浆压力在0.5Mpa和0.6Mpa持压时，实际注浆量与理论计算值相差较大（每孔最大理论注浆量[5]为4.8m3），说明水泥浆液可注性差[6]。3）为增加扩散效果，增加注浆压力，当压力超过0.6Mpa时，注浆管口和钻孔口处有溢浆现象，说明注浆管的保压密闭性差，不能满足注浆要求。4）试验段架设前2榀格栅时，需割除侵入初支格栅的部分袖阀管，导致不能重复注浆，注浆施工质量没有保证。5）从监测数据来看，地表累计沉降量已经超过设计值，说明袖阀管注浆效果不理想。且实际开挖过程中易发生坍塌。6）注浆工序转化复杂，注浆施工时间长，不能有效组织流水施工。7）每循环试验段长度为5m，注浆加开挖时间为10天，工效比为0.5m/天。
3.4袖阀管注浆试验段原因总结
1）袖阀管成孔采用跟管钻机成孔，成孔孔径大，造成砂卵石地层的摩阻力和嵌挤力很大，在钻进的过程中，不但容易卡管、钻进速度慢，而且对砂卵石地层扰动较大。拔管过程中同样由于地层阻力，拔管时间长，拔管后由于不能及时注套壳料，易塌孔，造成前期地层沉降大。
2）水泥浆液属于颗粒浆液，一般只能灌注岩土的大孔隙或裂隙（0.2~0.3mm），注入能力有限，凝结时间长且难以控制，易析水沉淀[7]。
3）注浆管口处漏浆是因为目前生产的钢管内壁光滑度及型号大小达不到止浆塞要求的工作条件，采用压力升高的方法增加扩散效果不可行，压力升高导致漏浆。孔口漏浆是因为设计成孔直径为Ф89，成孔后居中放置Ф50钢管及Ф20 PVC管，导致套壳料包裹不均匀，在压力作用下造成孔口溢浆。
4）在开挖过程中，注浆效果不理想时，重新组织注浆施工花费时间长且施工成本高。本工程对于注浆不到位的部位，采用灵活的超前小导管补充注浆。
5）沉降主要集中在成孔阶段和开挖阶段，地层加固效果不理想导致开挖阶段沉降量过大超限值。
6）经过三次试验段的施工总结，每循环袖阀管注浆加固的平均时间为6天，其中成孔（钻孔、拔管、注浆）时间最长，土方开挖时间为4天，严重影响工程进度，导致窝工。
综上，原设计的预加固参数不能满足最基本的隧道安全开挖要求，如不调整加固措施，会造成建筑物变形或隧道坍塌，极易带来人员和财产的损失。
4调整后的地层预加固措施
根据工程特点和难点以及结合袖阀管注浆的问题，穿越建筑物地层预加固措施调整为深孔注浆，参数调整如下。
4.1深孔注浆参数
深孔注浆加固范围为初支结构外轮廓线外2m范围。钻孔直径φ45，环向间距600mm，跳3～4孔打设；注浆段长度为10m，纵向每8m注浆一次，每环15孔。注浆浆液采用双液浆，浆液配比为水泥：硅酸钠：磷酸：抗裂微膨胀剂：速凝增强剂为：1:0.95:0.2:0.1:0.05，注浆压力为0.8-1.5Mpa，扩散半径0.6m-0.8m。
4.2深孔注浆特点
深孔注浆采用地质钻机成孔，成孔直径小，对地层扰动小，钻杆就是注浆管，随着钻杆的退出实时注浆，不用担心引起塌孔；深孔注浆系统设备简单，具有很高的可靠性、经济性，各工序的转换比较简单，成孔速度快，注浆开挖周期短。浆液的固结时间容易调整，渗透性良好，特别是对砂卵层的渗透性强。
4.3深孔注浆试验段数据
注浆试验段长度为10m，开挖8米，注浆时间为4天，开挖时间为5天，工效比为0.89m/天。实际注浆量与理论计算值相差较小（每孔最大理论注浆量[3]为4.8m3），
从深孔注浆试验段随机选取5个孔位做研究对象，数据如下：
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5施工效果及监测结果
调整措施后，开挖过程中掌子面浆脉明显，开挖过程中未出现坍塌现象，监测点监测值均未超过设计允许值，施工影响范围内地表累计最大沉降值为-3.05mm（DB-02-03）；管线累计最大沉降值为-3.0mm（GXC-02-02）；建筑物六号温泉累计最大沉降值为-8.098mm（JCJ-02）；六号温泉最大水平位移值为5.75mm（ZQS-02）；最大差异沉降值为4.9mm（JCJ-03与JCJ-04）。总体监测情况表明沉降变形控制良好。监测点布置见图2。
6结论
1）在安全穿越风险源建筑物及控制沉降效果方面，采用深孔注浆更为适用于本工程。施工监测表明相关监测点最大变形值均控制在设计允许值范围内，最大差异沉降为4.9mm，说明整体沉降变形控制效果好。
2）深孔注浆整合了钻孔、注浆一体化过程，施工时间减少了工序转化的时间，工效比优于袖阀管注浆；同时由于开孔较小，钻杆一边后退一边注浆，减少了塌孔风险，减少了地层前期沉降的问题，此点也是优于采用袖阀管注浆施工的。
3）施工过程中应重点把控成孔工艺的选择，注浆材料的选择和注浆孔的布置等，以确保施工过程中取得良好的支护效果。
4）开挖过程中考虑注浆盲区的因素和加固效果不好的因素，为防止局部不良土层坍塌带来的安全隐患，开挖时应打设超前小导管，以起到棚护土体作用，保证掌子面前方土体稳定。
参考文献
[1] 郭景伟，张利娜. 砂卵石地层暗挖地铁渡线隧道超前支护施工技术[J].市政技术， 2010，28（4）：85-87.
[2] 郭景伟.地铁施工中的二重管注浆超前支护技术[J].市政技术， 2007，24（1）：76-77.
[3] 李宏安，陆琰. 富水砂卵石地层浅埋暗挖法超前深孔注浆加固技术[J].市政技术， 2014，32（5）：83-86.
[4] 汪春生. 新建地铁隧道下穿既有地铁施工技术[J]. 都市快轨交通， 2010，23（1）: 82-84,88.
[5]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京：人民交通出版社，2010:812-850.
[6] 沈春林,潘建立等. 市政工程防水设计与施工[M]. 北京：化学工业出版社，2009:26-28
[7] 刘文永等. 注浆材料与施工工艺[M]. 北京：中国建材工业出版社，2008:15-17