深圳市远征天元建筑设计有限公司 广东省深圳市 518000
摘要：以东莞至惠州城际轨道某标段盾构机在掘进过程中穿越上软下硬地层为背景，研究盾构机在掘进时为保证地面房屋建筑的安全，需在盾构机到达房屋下方前、盾构机下穿房屋施工过程中和盾构机完全穿越房屋下方后分别对房屋进行注双液浆加固处理的施工技术。结果表明：该技术有效的解决了盾构机在上软下硬地层掘进时地表和地面建筑物沉降的问题，避免了盾构穿越上软下硬地层过程中出现频繁停机、注浆加固施工，延误工期、增加工程附加费用等问题，也为类似地铁施工提供借鉴和参考。
关键词：盾构施工、上软下硬、预注浆、跟踪注浆、补充注浆
1、前言
东莞至惠州城际轨道某标段盾构区间，长度为1345.7m，区间上软下硬地层约有350m，占26%，在上软下硬地段，隧道围岩由全风化混合片麻岩（W4）、强风化混合片麻岩（W3）和若风化混合片麻岩（W2）组成，有的地段甚至缺失W3地层，直接由W4和W2组成，造成掌子面上下岩层强度差异巨大，在盾构掘进施工过程中，极易发生：①刀具损伤严重；②出土难以控制；③易喷涌；④盾体姿态波动较大，不易控制的情况，从而难以保证地表建筑物安全的问题。因此，在盾构穿越上软下硬地层时做好地层预注浆和跟踪注浆对盾构顺利掘进至关重要。
2、盾构掘进施工技术
2.1上软下硬地层盾构换刀技术
为了保证盾构机正常作业，刀具的完好性十分重要。由于上软下硬地层中，W4地层部分不具备自稳能力，因此在该地层中换刀作业前需对掌子面进行加固处理。结合现场实际情况和工法特点，在隧道拱顶埋深小于18m时采用旋喷桩置换土体的方式以达到加固目的；在隧道拱顶埋深大于18m时小于25m时，采用WSS无收缩注浆加固土体的方式以达到加固目的。
2.2注浆加固施工技术
为了保证盾构机在掘进上软下硬地层时地面房屋安全，需在盾构机到达房屋下方前、盾构机下穿房屋施工过程中和盾构机完全穿越房屋下方后分别对房屋进行注双液浆加固处理。主要分为三个阶段。
（1）对房屋的预注浆加固处理
根据以往的施工经验，在盾构到达前一个月对地表房屋建筑进行预注浆加固处理。
（2）对房屋的跟踪注浆加固处理
盾构机在下穿房屋施工过程中，应密切关注地面及房屋的沉降变化，加大沉降观测频率，当发现房屋累计下沉超过5mm时立刻启动跟踪注浆加固。
（3）对房屋补充注浆加固处理
盾构机在完全穿越房屋过后，为了确保房屋安全，除继续对房屋各控制点进行监测外，还可利用地质雷达扫描设备对房屋内外进行扫描，发现有不密实现象或者房屋继续沉降时，启动对房屋的补充注浆加固作业。对房屋补充注浆加固一般有地面注浆和洞内管片背后注浆（二次注浆）两种办法。
3、注浆加固技术（WSS无收缩注浆技术）
3.1主要注浆材料
注浆材料为AB液（水玻璃—磷酸）、AC液（水玻璃—水泥浆）。水玻璃模数2.6，水泥为PO42.5普通硅酸盐水泥。水玻璃—磷酸体积比1:1，水玻璃—水泥浆体积比1:1，水泥浆水灰比为1:1（重量比）。
3.2注浆工艺流程
钻孔完毕后，先注AB液，终浆压力为1.7MPa，持续10min，待钻杆外壁无流水溢出，即可停注AB液；再注AC液，终浆压力为2.1MPa，待终浆压力注浆持续10min后，该孔注浆即可完毕，可移至下一注浆孔位钻注作业。
3.3注浆参数
(1)浆液配比选定
①一般选用浆液配比：
AB混合液中，水玻璃：磷酸（体积比）=1：1；
AC混合液中，水玻璃：水泥浆（体积比）=1：1；
水泥浆液水灰比，水：水泥（重量比）=1：1；
AC液的凝结时间一般选45s。
②特殊情况调整的浆液配比
调整原则：根据进浆量和注浆压力的变化，及时调整浆液浓度。若长时间注浆压力无变化，且注浆量大，则先适当调高AC混合液中的水玻璃量，以缩短凝结时间（调整至20s以内即可），再适当调高AC混合液中的水泥浆量，同时适当调高注浆压力；
(2)AB浆液注浆终压选定
根据WSS无收缩注浆原理，注AB浆液是将土层颗粒间存在的水强迫挤出，使颗粒间的空隙充满浆液并使其固结，达到改良土层性状的目的。结合现场注浆经验，拟取AB浆液的注浆终压为1.7MPa。
(3)AC浆液注浆终压选定
注浆参数在施工过程中根据实际情况随时调整。注浆压力与砂层孔隙发育程度、涌水压力、浆液材料的黏度和凝胶时间长短等有关，目前均按经验确定。通常情况下按如下经验式计算：
①按已知的地下水静水压力（全风化地层一般取0.5MPa）计算，设计的注浆压力（终压值）为静水压力的2-3倍，最大可达到3-5倍，即
P’＜P＜(3-5)P’
式中：P-设计注浆压力（终压值）（Mpa）
P’-注浆处静水压力（Mpa）
由上公式计算可得注浆终压P=1.5～2.5MPa，结合现场实际，拟取2.1MPa为注浆终压。
②根据注浆处地层深度计算
P=KH
式中：P-设计注浆压力（终压值）（Mpa）
H-注浆处深度（m）
K-由注浆深度确定的压力系数
压力系数K的取值如下表所示：
由上公式计算可得注浆终压P=0.5～0.75MPa，拟取最大值0.75MPa为注浆终压。
综合①②取注浆终压值，故选定注浆终压为2.1MPa。
4、注浆施工的效果
地面跟踪注浆与地下掘进过程中的超方情况和地面房屋监测情况相匹配，盾构以每天2环的进度向前掘进，穿越第一段上软下硬地层（约80m）历时27天，共计注入水泥823.2吨，房屋单日最大沉降为1.1mm，注浆完成后累计最大沉降为6.4mm，保证了地表建筑物的安全，确保了施工质量。
5、结束语
综上所述，盾构机穿越上软下硬复合式混合片麻岩地层采取有效的注浆施工技术可降低盾构掘进施工过程中对地层的扰动，保证了地表建筑物的安全。
参考文献
[2]黄恒儒.土压平衡盾构在上软下硬复合地层中的施工技术[J].广州建筑，2010,06：17-19.
[3]周东伟，张远荣.盾构掘进速度与建筑物基础注浆加固对地表沉降与孔压变化影响的研究[J].铁道建筑，2012,04：89-92.
作者简介
梁通，男，1987年3月生，汉族，广东罗定人，本科，助理工程师，建筑工程设计。
论文作者:梁通
论文发表刊物:《基层建设》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/13
标签：盾构论文; 注浆论文; 地层论文; 房屋论文; 浆液论文; 水玻璃论文; 压力论文; 《基层建设》2017年第26期论文;