一种用于软土地铁隧道的双液微扰动注浆加固方法

摘要

一种用于软土地铁隧道的双液微扰动注浆加固方法，包括向土层中注入浆液的过程，浆液由水泥浆和水玻璃组成，水泥浆和水玻璃的体积比为2.5∶1～3.0∶1，采用均匀、少量、多点、多次的注浆方法，每个单次注浆的长度为8.8cm～35.2cm，同时，实时监测隧道沉降情况。任意一个单次注浆过程均按拌浆、安装防喷装置、压管、注浆、拔管和关闭球阀的操作顺序来完成。本发明将隧道沉隆变形预测和现场注浆控制融为一体，达到控制隧道变形的目的，解决了软土地铁隧道下卧土层加固问题，并且不影响隧道正常运营。本发明对于新线建设移交过程中的旁通道、泵站、端头井和穿越段隧道变形注浆控制有着广泛的应用。

说明书

技术领域：

本发明涉及建筑领域，尤其涉及地下工程地基加固技术，特别是一种 用于软土地铁隧道的双液微扰动注浆加固方法。

背景技术：

地铁运营隧道随着使用时间会在部分地段发生程度不同的纵向变形， 从而引起道床与管片脱开、隧道渗漏水等情况。引起隧道纵向变形的因素 较复杂，既有隧道施工期的，又有地铁运营后的，有系统本身的，也有周 边环境变化引起的，主要表现在(1)建设期的考虑不周或盾构推进过程中 预留的潜在隐患；(2)列车长期运行振陷导致隧道差异沉降等缺陷；(3) 地铁安全保护区内实施的数以百计的新建、改建和扩建工程及市政工程项 目施工对地铁结构的影响；(4)越来越多的建设地铁隧道、地下管线等构 筑物穿越既有运营隧道，从而引起既有运营隧道的差异沉降等问题。运营 隧道的差异沉降，如不及时控制，任其发展，将影响地铁的运营安全。

现有技术中，经常采用劈裂注浆和压密注浆技术控制地层沉降。

劈裂注浆是将低粘滞度的细颗粒浆液通过袖阀管的注浆孔注入土层 中，浆液劈裂土层，适量的浆液颗粒侵入裂隙，使地层损失得到补偿，以 劈裂注浆法补偿隧道施工引起的地面沉降曾在Viennese地铁工程、靠近美 国和加拿大边界的Saint Clair River Tunnel Project，伦敦的Jubilee  Extension Project、伦敦的Dockland Extension Project和伦敦地铁工 程等工程中得到成功应用，但在低固结度的软弱粘性土层中无成功应用案 例，因为浆液的高流动性和低粘滞性使得浆液的分布和注浆量难以控制， 难以达到预期效果。

压密注浆是在高压力的作用下将干硬性的厚浆压入土层中而不产生劈 裂，在挤压作用下压密土层。此法曾成功应用于Northwest Line of  Baltimore Region Rapid Transit System、The Washington Light Rail  Transit Tunnel in Seattle和The Tunnel and Reservoir Plane System  in Evanston Illinois，压密注浆的主要不利是难以在同一个注浆孔重复 注浆以控制沉降的发展，此外浆液在高压力挤压下容易失水堵管。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种用于软土地铁隧道的双液微扰动注浆加固 方法，所述的这种用于软土地铁隧道的双液微扰动注浆加固方法要解决现 有技术中劈裂注浆加固方法难以用于软弱粘性土层、压密注浆方法难以控 制沉降发展和容易失水堵管的技术问题。

本发明的这种用于软土地铁隧道的双液微扰动注浆加固方法包括一个 向土层中注入浆液的过程，其中，在所述的向土层中注入浆液的过程中， 先在隧道内部选定合适位置开孔并进行水泥水玻璃双液浆注浆，所述的水 泥水玻璃双液浆包括了水泥浆和水玻璃，所述的水泥浆和水玻璃的体积比 为2.5∶1～3.0∶1，在所述的向土层中注入浆液的过程进行之前，根据地质条 件、隧道结构特点、隧道差异沉降现状、沉降速率及发展趋势确定注浆范 围、注浆孔位和注浆深度，在所述的向土层中注入浆液的过程中，分次进 行注浆，每个单次注浆的长度为8.8cm～35.2cm，同时，实时监测隧道沉降 情况。

进一步的，在所述的向土层中注入浆液的过程中，混合浆液的流量为 20L/min，其中，水泥浆由水泥浆泵从水泥浆容器中抽取，水泥浆泵的流量 为14～16L/min，水玻璃由水玻璃泵从水玻璃容器中抽取，水玻璃泵的流 量为4～6L/min。

进一步的，在所述的向土层中注入浆液的过程中、每个单次注浆的步 骤内，每8.8cm长度的土层中注入40L浆液。

进一步的，在所述的向土层中注入浆液的过程中、每个单次注浆的步 骤内均匀拔管。

进一步的，在所述的向土层中注入浆液的过程中，按照由下而上或者 由上而下的顺序进行单孔竖向注浆，上下相邻的注浆深度依次搭接。

进一步的，在所述的向土层中注入浆液的过程中，根据隧道沉降线型 确定纵向注浆顺序，当次注浆跳环进行，间隔大于等于2环，同孔注浆至 少间隔48小时。

进一步的，在所述的向土层中注入浆液的过程中，任意一个单次注浆 过程均按拌浆、安装防喷装置、压管、注浆、拔管和关闭球阀的操作顺序 来完成。

本发明与现有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明是通过在 隧道内部合适的位置开孔进行水泥水玻璃双液浆注浆，来达到加固土体并 控制隧道变形的目的。本发明采用均匀、少量、多点、多次的注浆方法， 并提出了具体的单次注浆长度、单次注浆量和注浆流量，实时监测隧道沉 降，将隧道沉隆变形预测和现场注浆控制融为一体，达到控制隧道变形的 目的，解决了软土地铁隧道下卧土层加固问题，并且可以在不影响隧道正 常运营情况下进行。本发明对于新线建设移交过程中的旁通道、泵站、端 头井和穿越段注浆控制和列车长期运营振陷及周边施工影响导致的隧道变 形控制都有着广泛的应用，在其他相同的地下地面构筑物、建筑物加固中 也可以提供参考。

附图说明：

图1是本发明的用于软土地铁隧道的双液微扰动注浆加固方法的实施 流程图。

具体实施方式：

如图1所示，本发明的用于软土地铁隧道的双液微扰动注浆加固方法 包括一个向土层中注入浆液的过程，其中，所述的浆液包括了水泥浆和水 玻璃，所述的水泥浆和水玻璃的体积比为2.5∶1～3.0∶1，在所述的向土层中 注入浆液的过程进行之前，确定注浆范围、注浆孔位和注浆深度，在所述 的向土层中注入浆液的过程中，分次进行注浆，每个单次注浆的长度为 8.8cm～35.2cm，同时，实时监测隧道沉降情况。

进一步的，在所述的向土层中注入浆液的过程中，浆液的流量为 20L/min，其中，水泥浆由水泥浆泵从水泥浆容器中抽取，水泥浆泵的流量 为14～16L/min，水玻璃由水玻璃泵从水玻璃容器中抽取，水玻璃泵的流 量为4～6L/min。

进一步的，在所述的向土层中注入浆液的过程中、每个单次注浆的步 骤内，每8.8cm长度的土层中注入40L浆液。

进一步的，在所述的向土层中注入浆液的过程中、每个单次注浆的步 骤内均匀拔管。

进一步的，在所述的向土层中注入浆液的过程中，按照由下而上或者 由上而下的顺序进行单孔竖向注浆，上下相邻的注浆深度依次搭接。

进一步的，在所述的向土层中注入浆液的过程中，根据隧道沉降线型 确定纵向注浆顺序，当次注浆跳环进行，间隔大于等于2环，同孔注浆至 少间隔48小时。

进一步的，在所述的向土层中注入浆液的过程中，任意一个单次注浆 过程均按拌浆、安装防喷装置、压管、注浆、拔管和关闭球阀的操作顺序 来完成。

实施例1：

轨道交通11号线南段在轨道交通1号线某区段内下穿轨道交通1号线， 两者最小净距为7.48m，穿越完成后的5个月内，由于11号线土体扰动引 起的土体损失导致1号线产生不均匀沉降，沉降段纵向长度约100m，上行 线最大沉降量达12mm，下行线最大沉降量达10mm，而且还具有继续下沉 的趋势。为避免1号线进一步的沉降造成更大的差异沉降而影响地铁结构 的安全，采用本发明的方法对1号线下受扰动土层进行加固，并通过注浆 使沉降段上抬，达到对差异沉降段进行土体加固和线形调整的双重目的。

在本实施例的加固过程中，先对沉降量大于6mm的区段进行注浆加固， 上行为43环，下行为37环。为保证管片受力均匀，每环管片设2个注浆 孔，分别对称位于道床两侧的水沟内，同时为避免开设注浆孔时破坏管片 的受力主筋，注浆点设置的平面位置，在环向上距拱底块纵缝的距离为 547mm，在纵向上为每环管片的中间偏封顶块大头20mm的位置。总的注 浆深度初步确定为从1号线拱底块外底面开始垂直向下4m～5m的范围。

注浆顺序，在环向上为单环对称注浆，在纵向上采取跳二注一的方式 进行注浆。注浆时采取人工实时监测和电子水平尺数据采集来分析注浆的 抬升效果和回落情况。注浆参数通过注浆量和单次抬升量双控确定，竖向 注浆顺序采用由上往下进行，每次注浆高度为17.6cm，注浆量为80L，注 浆时间为4分钟，水泥浆水玻璃体积比为2.5∶1～3.0∶1，双液浆流量为 20L/min，其中水泥浆泵流量14～16L/min，水玻璃泵流量4～6L/min。如 果注浆过程中抬升量超过1mm，则马上停止注浆。

通过将近4个月的注浆，1号线隧道上下行线沉降控制在-4mm附近， 抬升最大达8mm，注浆加固效果明显。

实施例2：

轨道交通二号线中某隧道发现产生较大差异沉降，其中离洞口100环左 右位置处上下行隧道和某泵站位置处下行隧道局部沉降较大，平均沉降速 率约为0.3～0.4mm/d，并发展为43.2mm和50.7mm，导致洞口附近和泵站 附近隧道局部斜率较大，为0.16％左右，对列车运营和隧道结构安全构成威 胁，隧道多处出现渗漏水情况，并且其泵站最大沉降位置处出现严重道床 与管片脱开现象。

结合隧道上下行隧道沉降曲线和隧道所处位置土层情况可知，洞口向东 至离泵站约20环位置处隧道上下行沉降情况基本相同，主要是由于双圆盾 构推进过程下卧某层淤泥质粘土扰动过大造成其后期长期沉降。而泵站附 近下行沉降明显大上行，因为该处隧道沉降是由于下行线外侧泵站施工融 沉注浆不及时，造成泵站的后期沉降，从而引起下行线隧道沉降，并同时 造成上行线隧道沉降，其二者之间差异沉降约为20mm。

为保证隧道结构安全，在充分考虑隧道沉降产生原因的情况下，采用本 发明对隧道底部下卧土层进行注浆加固，达到减小并控制隧道沉降变形的 目的。在对洞口和泵站处隧道斜率最大位置处进行紧急注浆加固措施后， 结合已有的沉降实测数据，对隧道沉降符合规律位置处进行沉降发展趋势 预测，以调整隧道线型为原则确定需要进行注浆加固的位置以及其加固时 间，从而制定合理的全面整治方案。

在本实施例中，注浆整治份四个阶段，第一阶段注浆位置为上下行线离 洞口第7环至第46环及下行线泵站左右各20环，同时对泵站底部下卧土 体进行注浆，主要目的是控制隧道局部线型斜率过大，其余位置处先不注 浆，通过隧道自身沉降调整隧道线型。

第二阶段注浆位置为上下行线离洞口第47环至第66环，共20环，在 第二阶段注浆期间，需兼顾第一阶段注浆位置的补浆工作，补浆量和补浆 频率以沉降测量数据位依据。

第三阶段注浆位置为上下行线离洞口第67环至第96环，共30环，同 时兼顾第一阶段和第二阶段补浆工作，通过第三阶段注浆进一步调整隧道 线型。

第四阶段注浆位置为上下行线离洞口第96环至第126环，共30环。结 合前三阶段注浆施工，最终将隧道线型调整达到最佳的状态。

水泥浆和水玻璃比为3∶1，水泥浆中水灰比为0.7，双液浆流量为 20L/min，其中水泥浆泵流量14～16L/min，水玻璃泵流量4～6L/min，单 次注浆高度为17.6cm，单次注浆量为80L，并根据注浆情况、注浆效果和 监测数据进行适当调整。

拔管速度根据双液浆流量、单次注浆量、单次注浆高度，按下式确定：

v＝l/(V/q)

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式中v-拔管速度(cm/min)；

l-单次注浆长度(cm)；

V-单次注浆量(L)；

q-双液浆流量(L/min)。

通过本发明，在适当的位置和适当的时候进行适量多次的注浆加固，隧 道变形得到控制，最大抬升大14mm，隧道沉降线型得到大大的改善。

实施例3：

轨道交通11号线盾构推进施工在轨道交通2号线某区段内下穿轨道交 通2号线，两者最小净距为1.65m，穿越完成后由于11号线土体扰动引起 的土体损失导致2号线产生不均匀沉降，上行线最大沉降量达16mm，下行 线最大沉降量达22mm，而且还具有继续下沉的趋势。为避免2号线进一步 的沉降造成更大的差异沉降而影响地铁结构的安全，采用本发明对2号线 下受扰动土层进行双液微扰动注浆加固，并通过注浆使沉降段上抬，达到 对差异沉降段进行土体加固和线形调整的双重目的。

本实施例中，先对沉降量大于6mm的区段进行注浆加固，上行为35 环，下行为37环。为保证管片受力均匀，每环管片设2个注浆孔，分别对 称位于道床两侧的水沟内，同时为避免开设注浆孔时破坏管片的受力主筋， 注浆点设置的平面位置，在环向上距拱底块纵缝的距离为547mm，在纵向 上为每环管片的中间偏封顶块大头20mm的位置。

注浆顺序，在环向上为单环对称注浆，在纵向上采取跳二注一的方式 进行注浆。注浆时采取人工实时监测和电子水平尺数据采集来分析注浆的 抬升效果和回落情况。注浆参数通过注浆量和单次抬升量双控确定，竖向 注浆顺序采用由上往下进行，每次注浆高度为17.6cm，注浆量为80升，注 浆时间为4分钟，水泥浆水玻璃体积比为2.5∶1～3.0∶1，双液浆流量为 20L/min，其中水泥浆泵流量14～16L/min，水玻璃泵流量4～6L/min。如 果注浆过程中抬升量超过1mm，则马上停止注浆。

通过将近2个月的注浆，2号线上行线沉降控制在-6mm附近，抬升最 大达10mm，下行线沉降控制在-14mm附近，抬升达8mm，注浆加固效果 明显，本工程还在进行中，目标在加固2号线下卧土体并将上下行线沉降 都控制在-6mm左右。