雙液注漿法在盾構下穿建筑物基礎時的應用效果研究

寇衛鋒

(北京城建設計發展集團股份有限公司，北京 100037)

城市地下空間建筑物基礎密布，地鐵規劃建設中難免遇到盾構隧道下穿高層、橋梁等建筑物基礎。盾構隧道下穿建筑物基礎成為城市軌道建設中一個難題，國內眾多學者已對此開展了研究。文獻[1]通過數值模擬得出盾構施工對高架橋樁基的影響主要體現在樁體的豎向和水平方向位移上，且樁體水平方向的位移要大于豎向；文獻[2]以天津地鐵2號線盾構隧道下穿多層建筑物為例，將有限元計算結果與現場實測數據進行了對比，得出在精細化分析軟土地區盾構掘進對上方建筑物的影響時應考慮土體小應變的影響。文獻[3]基于沉降預測理論及數值分析軟件，以廣州地鐵區間隧道下穿某7層框架結構建筑為例，研究了不同工況下隧道施工引起的地層沉降對該建筑物的影響。文獻[4]結合南寧地鐵1號線盾構下穿友愛居民小區工程，提出下穿時應以開挖倉壓力為控制指標，提高轉速、降低泥漿黏度是減少參數波動的有效措施。文獻[5-9]從注漿方式、注漿液配合比等方面，對不同地層中盾構下穿建筑物注漿技術進行了分析。

以上工程實例中針對盾構隧道下穿建筑物基礎多采用注漿、托換技術或兩者同時實施。但對基礎埋置較深且盾構隧道從地下水位以下穿越的工程，在基礎底部注漿難以達到較理想的效果，基礎托換耗時長，相應工程造價較高，而采用雙液注漿法可克服上述缺點。

工程實際應用中雙液注漿法又被稱為克泥效工法。文獻[10-11]介紹了克泥效工法在盾構隧道近距離下穿地鐵既有線路工程中的應用，結果顯示采用克泥效工法不僅解決了盾體通過時的地層變形問題，而且可減少二次注漿的頻次，降低施工風險。但有關雙液注漿法在盾構隧道下穿建筑物基礎中的應用還未見相關文獻?；诖?，本文以鄭州市軌道交通5號線盾構隧道施工為例，對盾構隧道下穿建筑物基礎時雙液注漿法的應用效果進行探究。

1 工程概況

鄭州市軌道交通5號線農業東路站—心怡路站區間盾構隧道在ZDK13+662.558—ZDK13+711.322(684—715環，長度約48.764 m)和YDK13+694.410—YDK13+714.582(706—719環，長度約20.172 m)斜交下穿鄭河小區1號樓、側穿2號樓，如圖1所示。

圖1 盾構隧道下穿鄭河小區平面示意(單位：m)

1號、2號樓為7層磚砌體結構，房高18.8 m，采用鋼筋混凝土條形基礎，埋深4.3 m，無地下室，地基為φ500 mm@450 mm水泥深層攪拌樁。樁頂距地面3.8 m，復合地基承載力特征值不小于160 kPa。結合鄭州市地質情況，穿越段采用復合式土壓平衡盾構機進行施工。盾構機將截斷原有建筑物水泥土攪拌樁2.6～3.7 m，盾構截斷攪拌樁左線約224根，右線約114根。右線距離2號樓最近處為2.1 m。下穿鄭河小區1號樓盾構區間隧道頂覆土厚11.7～13.5 m，建筑物基礎下方地基剖面示意如圖2。

圖2 建筑物基礎下方地基剖面示意

隧址區由上至下巖土層物理力學參數見表1。

表1 巖土層物理力學參數

隧址區地下水類型主要有第四系松散層孔隙潛水和微承壓水。潛水埋深5.1～10.3 m。微承壓水靜止水位位于地面下8.0～14.0 m，承壓水水頭3.0～5.0 m。

2 建筑物變形及地表沉降控制標準

為使盾構安全、順利地下穿該建筑物基礎，根據GB 50911—2013《城市軌道交通工程監測技術規范》相關規定以及房屋鑒定報告，綜合分析確定地表沉降及建筑物豎向位移控制標準，見表2。

表2 地表沉降及建筑物豎向位移控制標準

3 建筑物變形及地表沉降控制措施

3.1 盾構隧道施工過程中各階段沉降控制措施

超挖、盾構與襯砌間的間隙等問題使實際挖土量比用隧道斷面面積計算出的挖土量大，這是引起地層損失的主要原因[12]?？蓪⒍軜嬎淼朗┕ひ鸬某两颠^程分為5個階段，如圖3所示。

圖3 盾構隧道施工引起的沉降過程

第1階段早期沉降占總沉降的比例??；第2階段盾構到達前沉降可結合現場沉降監測結果合理調整掘進參數(如盾構推進速度、推力等)降低其值；第3階段盾構通過時沉降、第4階段盾尾通過后沉降可采取同步注漿、二次注漿控制。此外，盾構下穿前后徑向注漿、渣土改良、糾偏、嚴格控制管片拼裝質量等也是盾構隧道下穿建筑物時采取的常規措施。

在盾構隧道下穿建筑物基礎時，為確保盾構安全推進，一般是在建筑物基礎底部采用注漿或基礎托換技術。本次盾構隧道在地下水位以下，注漿效果難以控制。根據以往工程經驗，將雙液注漿法引入本工程。

3.2 雙液注漿法

雙液注漿法是一種兩液型注入材料，它是用特制的黏土泥漿(A液)與強塑劑(水玻璃，B液)以一定的比例混合，形成的一種可塑性黏土材料。盾構施工時，利用盾體預留的徑向注漿孔在盾體與其外側土體之間的間隙同步進行注漿，并根據地面實時監測的沉降情況，及時調整注漿壓力和注入量。

4 沉降控制效果分析

4.1 工程現場實測結果

采用雙液注漿法加固。監測點(JC-01，JC-02，JC-03)布置參見圖2。選取其中出現最大位移的監測點JC-02數據分析盾構隧道下穿時建筑物的沉降，見圖4?？芍憾軜嫷竭_建筑物基礎前，建筑物有少量豎向起伏；隨著盾構逐漸接近，建筑物沉降明顯，約有1.2 mm；在盾構通過時，建筑物先繼續下沉而后隆起；盾構通過后，由于盾尾間隙建筑物繼續下沉，并逐漸趨于穩定。最終，建筑物沉降穩定在3.6 mm左右，滿足表2中關于建筑物沉降的要求。

圖4 盾構下穿時建筑物沉降曲線(2017年7月)

4.2 數值模擬結果

盾構隧道下穿鄭河小區數值分析模型(見圖5)尺寸為120 m(長)×80 m(寬)×60 m(高)，劃分為 35 022 個單元。土體采用實體單元模擬，盾構管片采用板單元模擬，強度準則采用摩爾-庫倫準則。按JGJ 79—2012《建筑地基處理技術規范》中的規定對復合地基進行等強度計算。

圖5 盾構隧道下穿鄭河小區數值分析模型

對于雙液注漿法，采用在盾構管片周圍設置圓形不透水環的方法來模擬，不透水環在性質上類似土體，但是滲透系數大大降低，可有效減少盾構隧道施工過程中的滲水量。由此得到建筑物沉降曲線，參見圖4。數值模擬所得建筑物沉降云圖見圖6。將該模型中的不透水環去除，即改為一般土體，模擬采用常規措施時盾構隧道下穿建筑物，沉降曲線參見圖4。

圖6 采用雙液注漿法時數值模擬所得建筑物沉降云圖(單位：m)

對比圖4和圖6可知：數值模擬所得建筑物沉降曲線與實測曲線變化趨勢一致，且數值模擬所得最終沉降穩定在3.43 mm，與實測值3.6 mm較為接近，證明數值模擬參數取值合理。而采用常規措施時數值模擬得到的建筑物沉降為5.9 mm，不符合樓房沉降控制要求。采用雙液注漿法時建筑物沉降模擬值比采用常規措施時減少2.47 mm，降幅達42%?？梢姸軜嬎淼老麓┙ㄖ飼r采用雙液注漿法能有效減小建筑物的沉降。

5 結論

本文根據現場監測數據結合數值分析，對在地下水位以下盾構隧道下穿建筑物時采用雙液注漿法的應用效果進行了研究，得出以下結論：

1)采用常規措施時建筑物沉降數值模擬值為5.9 mm，不滿足建筑物沉降控制要求。采用雙液注漿法時盾構隧道下穿引起的建筑物沉降實測值為3.6 mm，與采用常規措施時相比降幅達39.0%。

2)該工法能夠在盾構機周圍形成一道可靠的不透水環，該不透水環具有良好抗滲性能，使注漿效果不會因下穿施工位于地下水位以下而受影響，從而有效減少施工過程中滲水量，提高施工安全系數。