天津城建隧道股份有限公司 天津市 300310
摘要：我们知道液化粉土地层会对盾构隧道带来不稳定特性，主要体现在地表失稳、建构筑沉降等。当盾构穿越具有液化特性的粉土层时，我们证明了盾构施工会引起③2粉土的液化，同时液化地层带来其影响的一系列工程连锁反应。本文基于天津地铁5号线昌凌路站~中医一附院站区间，严重液化地层中隧道稳定性的研究，我们分析了原因，并总结出了相应的技术措施。
关键词：液化粉土地层；地面沉降；隧道稳定；深孔注浆
1.隧道稳定因素分析
（1）施工中隧道稳定性分析
盾构施工过程中影响隧道稳定性的因素有很多，如：开挖面失稳、盾尾漏浆、同步注浆量不标准等，这些因素都会导致隧道不同程度的沉降。在液化粉土层中施工时，这些因素体现的更为敏感，而后对隧道的稳定性影响更为突出。表现在施工扰动使液化粉土层发生液化，导致土体之间颗粒发生相对位移，土体重塑，对隧道产生挤压，隧道随之沉降位移。
（2）施工后隧道稳定性分析
受扰动的土体在工后较长时间内发生固结变形及次固结变形，导致隧道在工后长期发生沉降。通过对现有运营隧道的监测分析，发现在隧道建设施工期间发生过较大变形的区段、发生过塌方的部位，或在盾构推进过程中注浆发生问题的地方等，在线路开通投入运营后就会发生较大变形，随着运营时间的增加，不均匀沉降和变形进一步增加。运营中列车的交通荷载长期循环作用会引起土体累积变形进而产生沉降；轨道交通荷载引起土体累积孔压的消散，会产生再固结变形导致沉降。在隧道刚投入运营时，隧道周围土层的固结沉降尚未完全结束，随着列车行车密度增加，线路通过的荷载量增加，隧道沉降速率有迅速增加的趋势。在隧道投入运营几年后，隧道的沉降速率有逐渐趋缓的迹象。另外管片局部渗漏，使得隧道与上体之间的边界条件由不排水边界改变为排水边界，造成隧道周围土体进一步排水固结，使隧道发生工后沉降，这些都会增加隧道的不稳定性。
我们知道在施工过程中，通过控制开挖面的土压力、改善同步注浆浆液、控制注浆量使隧道在施工过程达到稳定。但是液化粉土发生液化后很不稳定，倘若在工后运营期，地铁在行驶中对隧道带来的震动依然引起本区间的土体液化，那么隧道同样会发生一定量的位移及沉降，这对隧道的长久使用稳定性很不利。所以我们分析决定，对隧道周围进行加固，一定程度上改善周围的土质，同时对管片起到加固保护作用。
2.保证隧道稳定性的控制措施
（1）管片及连接螺栓的选择
根据上面分析得知，严重液化粉土地层的不稳定性会导致隧道不均匀沉降，会给隧道管片承受不同程度的剪切力，这就对管片及连接螺栓选择带来一定的要求——管片需要具有坚固的韧性，螺栓具有高强度的抗拉应力变形能力。
1）由于液化地层存在着不稳定性，严重的会导致隧道整体位移变化。为了使管片在隧道中保持长久的稳定、坚固，管片在制作过程中，向混凝土内添加这种聚丙乙烯网状纤维，以增加混凝土的韧性和耐久性，保证了管片在复杂液化地层中的坚固稳定性。
聚丙乙烯纤维称为抗裂纤维，经过特殊工艺技术生产而成。是一种表面粗糙，外形轮廓分明的单丝粗纤维，表面有粗糙的螺纹状。与水泥混凝土的基料有极强的结合力，加入混凝土基料中，经搅拌后，因受到水泥、砂石等骨料的冲击，在混凝土内部形成一种乱向支撑体系，能及有效的控制混凝土及水泥砂浆的早期的塑性收缩裂纹和沉降裂纹。大大提高混凝土的抗渗、抗破碎、抗冲击性能，增加混凝土的韧性和耐磨性，从而使建筑物的寿命大大的延长，极大的减少工程维护费用。
为确保隧道长期的稳定性，我们决定在管片周围注入一定的浆液，起到对隧道包裹、加固的稳定作用。根据不同的埋深、地质情况，选择多孔管片拼接，以便满足后续的注浆要求。
2）地质较好地层的隧道中，管片连接一般选用5.5级强度螺栓进行连接。本盾构区间防止液化地层的变化对隧道管片产生位移，管片螺栓产生拉应力变形，最后超出螺栓的屈服强度而断裂。考虑到区间隧道为柔性结构，且液化土层沿整个区间纵向均有分布，对液化地层下的区间结构及连接螺栓强度等进行加强，以提高区间整体抗液化变形能力，因此在此液化地层中的管片螺栓选用8.8级高强度螺栓连接管片。
（3）注浆范围和深度的研究
根据地质报告得出本区间③2粉土亚层属严重液化土，昌~中区间段场地属严重液化场地。针对液化土层的抗液化措施应结合地铁结构型式、结构与液化土层的具体关系等确定：
区间隧道针对液化土层的处理可结合盾构同步注浆及二次注浆措施来解决，具体处理范围应根据区间结构与液化地层的关系确定；确定在液化层范围，同步注浆可采用水泥砂浆，以消除区间隧道纵向的不均匀沉降。本区间洞身在液化土层范围进行深孔注浆加固。根据地质条件需要对该液化区域进行深层注浆加固，以改善地质情况提高隧道及相关建筑物的沉降稳定，延长使用寿命。
区间加固范围：
a、液化层位于隧道道床以上时注浆范围为（除道床下方90°）外轮廓2m。
b、液化层位于上半洞身时注浆范围为上半断面外轮廓2m。
区间设计在深孔注浆区域，管片形式为16个注浆孔的多孔管片（在原有注浆孔的基础上再增设10个注浆孔，其中原有六个注浆兼做吊装孔用）。
3.隧道深孔注浆
（1）深孔注浆采用花管注浆施工工艺。
（2）成孔方式及成孔流程
采用1吋（DN25）壁厚2mm的钢管制成15cm钻头并加焊钢筋，将注浆钢管（同样为1吋壁厚2mm的钢管）与钻头套丝连接后，使用风动凿岩机成孔。注浆深度为2m，将注浆管每隔0.15m对称钻2排出浆孔，并在孔外包弹性橡胶环，形成单向浆液通道。
（3）液化地层深孔注浆
1）注浆材料
注浆材料：P42.5#普通硅酸盐水泥（正常情况下采用单液浆），必要时在外圈加40Be'水玻璃（即采用双液浆），注浆采取压力和注浆量双控。
a.区间深孔注浆加固施工前应进行注浆试验，通过试验确定后续注浆参数，浆液类型采用双液浆。
b.水泥浆水灰比控制在1：1.0~1：1.5，注浆压力控制在0.3MPa以内。
2）注浆配比
注浆孔深2米，注浆采用P.042.5水泥，40Be'水玻璃，注浆浆液为双液浆。
双液浆初凝时间适配统计表
现场经过多次适配浆液得出1、2、3编组配比，浆液初凝时间符合现场施工要求。现场拟对三种配比进行注浆量和注浆压力的双控试验，得出合理水泥浆配比、双液浆配比、注浆量、注浆压力等参数如下：
3）注浆流程
a.施工过程中，首先拧开隧道预埋管片上的预留孔螺栓，安装防喷球阀，在预留孔中进行钻孔施工，钻孔孔径略小于预留孔孔径。
b.在钻孔过程中如发现泥水渗漏现象，如渗漏量小，则继续钻孔直至设计深度后安装注浆花管进行双液注浆加固。
c.如在钻孔过程中泥水渗流量较大，即立刻停止钻孔，拔出钻杆，安插注浆花管至钻孔深度，进行双液注浆。注浆量视注浆压力及管片测量数值而定，双液浆注浆完成后，再在该孔进行二次钻孔，至设计深度后进行双液注浆。直到该孔注浆完成。
d.在钻孔过程中，如未遇流水流泥情况，钻至设计深度后，直接注入双液浆。
e.注浆完成后，用专业封孔料或快速水泥对该孔进行封孔处理。拧紧螺栓移至下一孔位，再进行钻孔及注浆施工。注浆顺序宜采用跳环、跳孔的方式做到多点、均匀、减少注浆过程注浆压力对成型管片造成挤压，影响成型隧道质量。
4.结论
本文结合天津地铁5号线昌～中区间工程，针对严重液化地层中隧道稳定性的研究，我们分析了原因，并总结出了相应的技术措施。根据现场施工及实验，形成了一套在液化地层施工对隧道稳定的深孔注浆及浆液配比理论，对盾构后续穿越液化地层保证隧道稳定性奠定了良好的基础，满足的地铁建设的高标准要求。
论文作者:王启龙
论文发表刊物:《基层建设》2019年第22期
论文发表时间:2019/10/25
标签：隧道论文; 注浆论文; 管片论文; 区间论文; 土层论文; 钻孔论文; 盾构论文; 《基层建设》2019年第22期论文;