无黏性土层在注浆后,注浆材料通过劈裂、渗透等作用将地层孔隙和裂隙进行充填和胶结;同时,浆液在化学反应过程中,某些化学剂与地层中的元素进行离子交换,形成新的物质,增加了地层的黏聚力。注浆加固机理可以用地层强度增长的原理表达。
黏性土层在注浆压力作用下,浆液克服地层的初始应力和抗拉强度,使地层沿垂直于最小主应力的平面上发生劈裂,浆液进入劈裂的地层形成脉状固体。脉状浆液固结体、浆液和地层的化学作用、因浆液压力而挤密的地层,以及部分原地层共同组成复合地基,可承受外部荷载。
地铁盾构隧道径向注浆施工应根据地层特点,通过试验不断地进行主要参数(注浆量、注浆终压、注浆速度)的动态调整。盾构隧道注浆主要目的是充填空隙,防止地层变形,保证盾构隧道的稳定,属压密注浆范畴。一般采用注浆管的径向注浆速度为5~100 L/min,注浆终压为2~3MPa,单孔注浆量Q由下式计算:
α为浆液有效填充率,一般取0. 6~0. 7;
在选择注浆材料时要综合考虑它的耐久性、收缩性以及固结体强度。通常选择普通水泥单液浆或超细水泥单液浆,水灰比一般为0. 6∶1~0. 8∶1,必要时可选择双液浆。
施工时,采取注浆量和注浆终压两个指标控制(其中注浆终压为第一控制指标)。如果注浆量较大,但注浆压力并不上升,应调整浆液配合比,继续注浆,通过注浆量判断其结束注浆。
1. 3 地铁盾构隧道跟踪注浆
地铁盾构隧道跟踪注浆主要是控制地铁隧道的位移沉降,填充由土体位移产生的空隙量,胶结土层,增加土体强度及减少土体的孔隙率。
注浆主要材料为普通硅酸盐水泥和水玻璃,采用单液或双液注浆。双液浆凝结时间一般控制在1 min左右,单液浆凝胶时间尽可能缩短。注浆压力是表征浆液劈裂土体强度和浆液作用范围的重要参数,应从加固土体和尽量减少土体扰动两方面来考虑。所以,注浆压力不宜过大,一般为0. 3MPa。但在被动区注浆时其压力可适当增大。流量不大于50 L/min,注浆效果较佳。注浆管应匀速提升,同时考虑地层损失,注浆量一般为地层损失的2倍。
跟踪注浆应满足平面和深度三维空间的要求,注浆孔应保持适当距离,既要保证协同工作,又要避免互相蹿孔。跟踪注浆重在跟踪,发现情况应及时注浆,严密注意监测资料。两次注浆的时间间隔应确保注浆引起的超孔隙水压力保持在较高水平。由于运营地铁隧道的跟踪注浆一般需清点施工,所以间隔时间有时较长,更应注意注浆效果。
2 地铁盾构隧道注浆应用
2. 1 地铁盾构隧道注浆综述
《地铁隧道工程盾构施工技术规程》(DG/TJ08—2041—2008)中要求盾构隧道施工过程中注浆浆液的性能、注入量、注浆压力必须经现场试验确定,压入量要与推进速度相适应,并注重环境保护。当盾构推进300环后,应对注浆效果进行检查,在拱底和拱腰部位取10个压浆孔,拧开后探查浆液结石体的厚度和强度。
地铁隧道底部挤压注浆范围为底部90度左右,注浆深度应综合考虑地铁运营动荷载的影响深度和下卧土层物理力学性质、厚度等因素。
由于在黏性土和砂性土中注浆机理不同,所以其注浆工艺有所不同。砂性土中由于土颗粒粒径和孔隙尺寸较大、孔隙率较高、浆液渗透扩散距离较远,以及浆液挤压填充效果较差,所以尽量采用多次少量的注浆措施,以提高注浆效果。而在黏性土层中,由于土层渗透性较小,挤压注浆效果较好。
探地雷达技术已逐渐用于软土中盾构注浆效果的无损检测。它是采用反射方式,探明注浆体和空洞的分布情况,检测快速连续,检测对象无损,检测结果直观。检测完成后,建立探地雷达扫描图像,分析注浆效果,作为后续措施的依据。
2. 2 地铁盾构隧道注浆应用实例
某地铁工程在通车运营3个月后,经监测发现某段区间隧道后期沉降较大。为减少隧道沉降对地铁正常运营带来的危害,保护隧道的安全,需对此段隧道进行压密注浆。
经分析,发生沉降段隧道大部分处在 灰色淤泥质黏土中,下有 1j灰色粉砂、 2b灰色粉砂层,均为饱和土,渗透性好,在水动力作用下易产生流砂,且大多处均连通,属微承压含水层,对地铁隧道不利。故采用注浆加固,对下卧土层尽量微扰动,控制好注浆量和注浆压力。
注浆材料采用PC32. 5水泥,水玻璃玻美度为35,模数2. 85,水泥浆水玻璃比为3∶1,水泥浆水灰比为0. 7。
注浆深度为隧道下1. 2 m,考虑到地层情况,适当加深。水泥浆流量为15 L/min,水玻璃流量为5 L/min,合计双液浆流量为20 L/min。每次注浆总量为80 L,加固深度为17.5 cm,注浆时间为4min,拔管一次/min,每次拔管高度均分。当注浆量达到80 L,或注浆后隧道抬升超过1mm报警值时,则停止注浆。注浆顺序为垂直方向由上向下进行,下次注浆在前次注浆下部开始,水平方向上每隔2环跳环施工,同孔注浆间隔为3 d,若沉降回落大时应补注。
注浆时采用液压双液KBY-50/70注浆泵,并对原有设备进行改装,通过在两个吸浆管上分别设置调节阀门,用于调节浆液流量。注浆过程中实行信息化施工,在注浆的同时由专业监测单位对隧道变形(垂直位移)进行实时监测。
注浆施工历时52 d,共注浆22次。由于点数较多,现选择有代表性的6点,分别记为点1、2、3、4、5、6,间隔为2环(2. 4 m),各点累计沉降量见表1,最后两个半月的沉降量见表2,第1 d和第52 d隧道沉降曲线见图1。
3 结语
通过对表1、表2及图1的分析,可以看出, 通过压密注浆后,地铁区间隧道基本稳定,累计沉降量变化较小,最大累计沉降量为1. 5 mm(平均日沉降量为-0. 029 mm);最大隆起量为0. 5 mm。表2反映了从第22 d至36 d半个月累计沉降量最大为0. 3 mm,从第36 d至第52 d半个月累计沉降量最大为0. 4mm。根据上海申通集团颁布的《注浆指导意见》中“持续一个月每半个月沉降量不大于0. 5mm”的规定,可以认为该段地铁区间隧道通过控制沉降已基本趋于稳定。由图1可以看出,第1 d和第52 d地铁隧道沉降曲线基本重合,相差较小,这说明跟踪注浆对维护地铁盾构隧道结构稳定具有重要的意义。
由上述分析可以得出结论:压密注浆对于改善地铁区间隧道沉降,稳定地铁区间隧道有着重要的作用。
参考文献
[1] 刘纯洁,刘建航.地铁隧道压底注浆研究[J].地下工程与隧道, 2009(4).
京公网安备 11010202007575号