杭州国电大坝安全工程有限公司 浙江杭州 310030
摘要：由于华东地区城市轨道交通设施特殊的赋存环境，下卧土层一般为淤泥质土与粉砂土组成的软弱地基，土体含水量大、压缩性强，在地铁运行及土体固结的影响下，往往出现地铁隧道沉降的问题。本文主要讨论微扰动注浆治理地铁隧道沉降病害的依据、注浆过程以及注浆参数等方面的问题，对类似沉降病害治理的方案设计及施工处理提供了一定的依据。
关键词：地铁隧道沉降；微扰动注浆；抬升过程；注浆参数；水泥-水玻璃浆液
1沉降指标
完整描述地铁隧道沉降病害的指标有三个：分别为沉降曲线的曲率、沉降的幅度、沉降的速率。沉降曲线的曲率为：地铁隧道曲线线型上某个点的切线方向角对弧长的转动率，表明曲线偏离直线的程度，曲率越大，表示曲线的弯曲程度越大；沉降的幅度：表征隧道线型上某一点在垂直方向上偏离设计高程的程度，沉降的幅度越大，沉降病害越严重；沉降的速率：即单位时间内沉降幅度的数量值，地铁隧道沉降速率越大，越应引起注意。
一般认为，沉降曲线的曲率＞1/3000、沉降的幅度＞5cm、则沉降的速率＞0.6mm/月，既达到地铁隧道沉降病害的治理标准。另外，当沉降的幅度≥8cm时，需要立即进行抬升治理。
2沉降治理的依据
地铁隧道沉降病害治理的依据主要包括沉降的实测值和沉降的预测值。沉降的实测值为地铁日常维护保养中观测到的实际的沉降数值，包括沉降曲线的曲率、沉降的幅度、沉降的速率等。
由于大部分微扰动注浆抬升治理不是在隧道沉降最终完成的情况下才开始的，而理论上，微扰动注浆的抬升量应与地铁隧道最终的沉降量一致。但沉降的实测值只是个过程值，是地铁隧道沉降过程中某个时间点上的沉降量。而沉降的最终值在治理的开始时刻是个未知量，所以需要以沉降的实测值为依据，通过一定的数学处理方法，计算出地铁隧道的最终沉降量，即沉降的预测值，为确定设计抬升量提供一定的依据。
在“沉降的实测值”逐步收敛减少的情况下，“沉降的实测值”与“沉降的预测值”符合如下的经验公式：
Smax：为隧道在不采取任何措施的情况下最终沉降量；
St：为某一时刻沉降的实测值；
t：为沉降至St时的时间；
a：为计算系数。
该公式中St与t为已知量，Smax与a为需要求解的未知量。由于上述经验公式为曲线方程，不能直接求解。需要把曲线方程转化成直线方程，才能求解。上述经验公式的等价直线方程为：
该直线方程的求解结果（最小二乘法）为：
Smax即为沉降的预测值，也是设计抬升量主要参考依据。另外，ti的时间间隔越大，沉降的预测值与最终沉降量的误差最小，一般情况下ti的时间间隔为一个月。
3微扰动注浆的概念
微扰动注浆工艺是根据隧道沉降预测曲线上各沉降点的沉降数据对沉降部位进行分区、分阶段的注浆治理措施。在各区段隧道纵向均匀布置的多个注浆孔内按计划实施少量、多次注浆，使隧道沉降在注浆抬升和注浆间隔时间内固结沉降的交替作用下渐趋稳定，达到预期的调整线型和使沉降稳定的目的。微扰动注浆的特点是多点、少量、多次、均匀。
多点：沿地铁隧道轨道线以一定的间距（杭州地铁一般是2～2.2m的间距）布置多个注浆孔实施注浆；
少量：主要是为了避免一次注入量太大，致使地铁隧道抬升量过大，影响隧道结构和轨道线路的线型，给隧道结构和列车的运行带来安全隐患，所以单次注浆的注入量不能太大；
多次：分时段多次注浆结束后72h内的回落量大致为注浆抬升量的30%。要通过不断对隧道下卧层土体加固抬升来控制隧道的长期不均匀沉降，即隧道微扰动注浆抬升治理不是一次完成的，需要通过反复多次注浆，最终达到设计的抬升量；
均匀：主要是指多个注浆孔单次注浆的注入量比较均匀，一般为80L（水泥、水玻璃的混合浆液）。
4微扰动注浆不同的抬升阶段
完整的微扰动注浆过程包括三个不同的注浆阶段：分别是抬升注浆、间隔注浆、固结稳定补浆。抬升注浆：在抬升注浆阶段中，适当减少两次注浆之间的时间间隔△T（一般为1～3天），适度增大单次注浆的抬升量△S1，使抬升量△S1始终大于两次注浆间隔时间内的土层固结沉降量△S2，从而使抬升阶段的有效累计抬升量U= ∑（△S1-△S2）达到预期值，则第一阶段抬升注浆结束。然后暂停一段注浆时间，待注浆引起的空隙水压力经过一定的固结沉降而得到较大消散后，使加固土体的物理力学性能得到较大的改善且能剩余一定的隧道抬升量。此时再根据监测数据判断是否有必要再进行第2次的抬升注浆，方可使隧道抬升量达到预期目标。
间隔注浆：待抬升注浆使隧道抬升量达到预期目标且沉降稳定后，进入间隔补浆阶段，间隔补浆阶段的时间间隔△T一般为2～3周。
固结稳定补浆：待隧道沉降速率接近0.02mm/d时，转而进入固结稳定阶段进行补浆（固结稳定补浆阶段的时间间隔△T 在1个月以上），补浆的位置是在隧道管片外部与加固土体之间的空隙进行。
5微扰动注浆的工艺参数
（1）钻孔参数：包括孔径、孔向、孔间距、偏斜率等。孔径以能插入钢质灌浆管为原则，且留有一定的操作空间；孔向一般垂直于道床；孔间距没有固定的标准，原则上应确保一环内注浆引起的附加横向力和横向变形低于隧道管片结构的承载力和允许变形；偏斜率不是主要的指标，因为微扰动注浆的孔深不大，偏斜值不会很大。布孔时尽量避开管片的受力钢筋、预埋件、轨枕、钢轨等。
（2）注浆材料：注浆材料采用水泥浆、水玻璃的混合浆液。水泥浆的水灰比为0.6～0.7，水玻璃玻美度为35°～42°，模数为2.85～3.2，水泥浆与水玻璃比例控制在2.5：1～3：1之间，水泥-水玻璃浆液的初凝时间约为20s。微扰动注浆采用双液注浆、两套进浆管路，水泥浆与水玻璃通过混合器在孔口混合。
（3）单次注浆长度：单次注浆长度不应过大，一般认为单次注浆长度应控制在8.8～35.2cm之间为宜。
（4）单次注浆量：单次注浆量应配合单次注浆长度和掺入量确定，单次注浆量不应大于80L。
（5）注浆流量：一般情况下，水泥-水玻璃混合浆液的注浆流量为20L/min，其中水泥浆流量为14～16L/min，水玻璃流量4～6L/min。
（6）拔管速度：微扰动注浆采用边拔管边注浆的施工工艺，拔管速度根据单次注浆量、单次注浆长度和双液注浆流量，按下式确定：v=L/（V/q）。式中v为拔管速度（cm/min）；L为单次注浆长度（cm）；V为单次注浆量（L）；q为双液注浆流量（L/min）。
（7）跳孔要求：为避免局部抬升量过大，微扰动注浆采用沿地铁隧道
纵向间隔跳孔施工的原则，间隔距离一般不少于2环管片。
（8）不同注浆阶段的时间间隔：在淤泥质软黏土与粉砂土组成的软弱地基中，抬升注浆阶段△T一般为1～3 天；间隔补浆阶段的△T为2～3周，固结稳定补浆阶段的△T为1个月以上。
（9）微扰动注浆的影响半径：微扰动注浆的影响半径至少在0.6m以上，且在0.3米半径范围内注浆加固的效果比较均匀和明显。
6结语
城市轨道交通列车运营时的震陷、隧道下卧土层的土体固结以及盾构施工对土体的扰动，均容易造成地铁隧道的不均匀沉降。以往治理饱和含水软土地层隧道不均匀沉降一般采用劈裂注浆或压密注浆的补偿注浆方法，但在高含水量软土地层中难以控制注浆的效果且易发生负面影响，而且运行的地铁隧道中使用时可能会造成不良后果，所以劈裂注浆与压密注浆工艺逐渐被淘汰，取而代之的是一种新型的微扰动注浆施工工艺。通过微扰动注浆工艺的实施，达到调整地铁隧道线型或使地铁隧道沉降趋于稳定的目的，为地铁的安全运营创造条件。
参考文献：
[1]周梁，廖少明，史宁强，李家平。隧道软弱下卧地基注浆加固试验。重庆交通大学学报（自然科学版），2010年12月，Vol.29 No.6。
[2]汪小兵。盾构穿越引起运营隧道沉降的注浆控制研究。地下空间与工程学报，2011年10月，Vol.7。
[3]李芹峰。轨交隧道结构变形与渗漏治理新技术。地铁与隧道防水，文章编号：1007—497X（2014）一06—0037—0。
[4]闫勇，郑秀华。水泥-水玻璃浆液性能试验研究。水文地质与工程地质，文章编号：1000—3665（2004）01—0071—02。
[5]刘建航，王如路，汪小兵。上海轨交运营隧道检修制度和沉降治理技术难题对策。地下工程与隧道，2013年 No.1。
作者简介：
崔科伟（1982-），男，工程师，主要从事水电站缺陷处理工作。
论文作者:崔科伟,陈美玲
论文发表刊物:《基层建设》2015年27期供稿
论文发表时间:2016/3/23
标签：注浆论文; 隧道论文; 地铁论文; 水玻璃论文; 间隔论文; 阶段论文; 病害论文; 《基层建设》2015年27期供稿论文;