盾构区间“栽头”位置注浆管片抬升

侯鹰鹏，王敏

（中交二公局第三工程有限公司，西安710018）

1 工程概况

1.1 盾构机平面位置

花仙区间左线盾构机“栽头”明显时累计掘进729环，盾构机刀盘位于大都村农商银行门前道路和绿化带上，盾尾刚刚通过文登河1.5m。文登河河宽20m，河水深度约2m，隧道线路与文登河斜角角度约30°。

1.2 工程地质

左线地质情况：地质剖面图显示，盾构机底部为＜7-1-1＞强风化砂质泥岩，侵入洞身范围45cm，盾构机盾身范围内地质主要为＜4-2B＞淤泥质土，盾构机纵向坡度为5‰上坡，该处刀盘前方隧道拱顶埋深为19.6m。

右线地质情况：根据线路设计平面图，该位置右线隧道地质情况主要为＜7-1-1＞强风化砂质泥岩、＜3-1＞粉细砂地层。

2 推进情况及“栽头”处理

2.1 推进情况

在推进720～725环过程中，盾构机姿态基本可控，有一定的“栽头”趋势，在推进726～729环过程中，趋势明显变大，每环栽头量在30～40mm，且推进前300mm过程中栽头量大，栽头量达到15～20mm。

盾构机“栽头”段线路为5‰上坡，但盾构机（前筒部分）相对水平方向呈现为下坡，且坡度在逐环变大。

2.2 “栽头”处理

具体处理措施如下：

1）主动铰接推进施工工法：通过手动锁定上部铰接油缸，在盾构机刀盘转动、出渣及保持土仓压力的条件下，伸长中下部主动铰接油缸，将盾构机中、前盾部分向前移动，然后利用推进千斤顶及辅助油缸将盾构机尾盾部分向前移动，收缩铰接油缸，利用该方法循环，实现了盾构机的“抬头”。

2）调整线路坡度：将原有5‰上坡调整为3‰上坡，调坡主要考虑排水问题。

3）抬升注浆加固对超限的管片通过注浆的形式进行抬升，注浆抬升到设计允许范围内。

3 深层注浆抬升管片施工

3.1 概况

“栽头”位置位于左线735～745环，此区域左右隧道线净距离6.67m，管片衬砌的设计强度为C50，分左转、右转、标准3类，管片采用错缝拼装。其中，在“栽头”左右线位置设置大致为Ⅱ类、增设注浆孔管片，标准块每块3个注浆孔。

盾构机“栽头”处理掘进过程中，隧道自735环开始垂直方向出现超限，隧道于738环垂直最大超限值已达-260mm，导致成型隧道垂直方向坡度变化较大，隧道自734环开始水平方向出现超限，隧道于741环水平偏移值已达-198mm，影响隧道排水、后期铺轨工作。经项目部研究讨论决定，对735～744环隧道管片进行注浆抬升。

3.2 注浆抬升管片的主要影响因素

抬升的施工过程中通常需要充分利用和有效克服土体及隧道间的摩擦力和土体的剪切力来进行隧道抬升【1】，对注浆隧道区域抬升的施工效率的影响因素包括以下3个方面。

3.2.1 隧道下方的土体

735～745环隧道管片下方土体：隧道底部为＜7-1-1＞强风化砂质泥岩，侵入洞身范围45cm，隧道洞身范围内地质主要为＜4-2B＞淤泥质土，该处前方隧道拱顶埋深为19.6m，抬升区域下方土体的强度相对较高，注入浆液后能够在下部形成致密浆泡，借助下部提供的反力，为管片抬升提供较好的基础。若下方土体较软弱时，下部无反力层，注入浆液后会造成浆液劈裂，进一步扰动土体及沉降。

3.2.2 隧道上方的土体强度

735～745环隧道管片上方土体相对软弱，土体与成型隧道间阻力较小，有利于抬升隧道管片。

3.2.3 隧道深度

隧道拱顶埋深决定隧道上方的土压力，相同地层条件下，上方土压力大，土体与成型隧道间阻力大，不利于管片抬升。

注浆位置隧道地质属于“上软下硬”，一般情况下，适宜管片抬升。

3.3 注浆施工

3.3.1 注浆前准备阶段

为了有效保证隧道管片抬升过程中不发生过大的变形和管片之间的相互呈台阶式错台，对抬升区域管片进行钢支撑（I20b工字钢）加固。

为了实时监控抬升区域隧道结构及周边环境状态，须对抬升注浆全程进行监测，主要措施包括：支撑区域管片及前后5环设置收敛点、注浆范围地面巡视及监测地面沉降。

综合考虑，决定分阶段对735～744环进行隧道抬升作业，现场采用下部循环注浆、内部提前支撑、全程实时监控、多次适量的施工方式，管片姿态要求：水平达到-120mm，垂直达到-150mm。

3.3.2 注浆试验阶段

采用不同的注浆范围，试验抬升效果，不同的注浆范围是采用1、2、3个注浆孔注浆。通过现场试验对735～744环管片同注浆量，不同注浆范围情况下抬升管片。具体见表1。

表1注浆范围表

根据注浆时间及双班注浆，采用1孔、2孔注浆能够有效地抬升管片。同时，采用较少的注浆孔注浆用时相对少，注浆作业对周围土体的扰动小。

3.3.3 加固土体阶段

1）注浆范围

注浆为增加下部土体强度，注入浆液下方有较好的反力层，更有效地抬升沉降隧道管片，为保证注浆安全，考虑到地层加固范围较大，制定了单液浆注浆加固方案，对抬升区域管片5点位、7点位注浆孔分别进行注浆。

2）注浆工艺

采用P·O42.5R级普通硅酸盐水泥，水灰比1∶1，水泥掺量为500kg/m3，5点位注浆完成后，再注7点位孔位环，注浆压力一般为0.2～0.3MPa，单孔注浆量4 000L，单孔注浆时间为80min，单次注浆深度为20cm，由管片外20cm注至外100cm深度，此为1个循环，如压力超过0.3MPa或有异常现象时则停止注浆，停歇30min后，换下一环孔位注浆。

3）加固效果

加固阶段，注浆累计垂直抬升最大值为46.1mm，水平抬升最大值为20.8mm。

4）收敛情况

根据相关施工规范及要求，衬砌环直径椭圆度允许最大偏差为0.6%D（D为隧道外直径）。注浆加固阶段隧道注浆抬升引起的抬升区域收敛值最大改变量为3mm，满足要求。

3.3.4 抬升阶段

1）注浆范围

隧道抬升主要发生在注浆前期。注浆孔位以7点、9点为主，注浆深度原则上进入相对稳定持力层，注深度2.0m一直注至管片底部，具体注浆深度参考地质情况。

2）注浆工艺

注浆采用钢花管注双液浆微扰动注浆工艺，采用水泥-水玻璃双液浆，以水玻璃和水泥浆体积比为1∶1的双液浆作为注浆材料。钢花管采用φ25mm，壁厚2.5mm钢管，2m长，每40cm设置1道注浆孔，每道2个孔。

注浆考虑隧道纵向整体线型及结构受力特征，由管片沉降最大位置向两边跳环注浆施工，一环7点位，一环9点位，从735～744环，7、9点全部注入为1个注浆循环，大体呈“V”字型注浆。单孔通过注浆钢花管从远及近分层注浆，注浆水泥量为1 500L，注浆时间40min左右，其中水泥浆40～50L/min，注浆压力在0.6～0.8MPa，未做支撑环出现渗水、表皮轻微破损等异常情况则停止注浆，停歇30min后，注循环中下一个孔。

3）抬升效果

抬升阶段，注浆累计垂直抬升最大值为64.9mm，水平抬升最大值为33.1mm。

4）收敛情况

741环收敛值较大，经现场监测试验查看，支撑架设与管片不紧贴造成收敛较大，打紧管片支撑后，收敛变化值减小至正常值，且过程中未发生管片结构损坏。

3.3.5 稳定阶段

1）注浆范围

为保持前期的抬升效果，此阶段以稳定为主。注浆孔位以8点、9点为主，注浆深度为管片底部注入。

2）注浆工艺

采用单液浆，浆液同加固阶段，管片中未开孔8点位及9点位注入单液浆，注浆方式为1环8点位注浆完成后，下一环9点位注入，直接从管片底部注入，从735～744环，8点、9点全部注入为1个注浆循环，单孔注浆量的1 500L，单孔注浆时间为30min，有异常现象则停止注浆，停歇30min后，换下一个孔位注浆。

3）抬升效果

稳定阶段，注浆累计垂直抬升最大值为77.2mm，水平抬升最大值为73.3mm。

4）收敛情况

此阶段隧道注浆抬升引起的抬升区域收敛值较小，满足要求。且过程中未发生注浆管片结构损坏，部分支撑在隧道抬升期间发生了塑性变形，保证了隧道的收敛变形量，说明了内部支撑设计的重要性。

3.4 最终抬升量

通过分阶段地进行注浆抬升管片，隧道轴线满足基本设计要求。

工程实践表明，管片抬升量相对较大，隧道结构并未出现较大问题，但注浆抬升管片过程中不可避免地出现管片破损、崩裂、渗漏水等质量缺陷，后期需专业堵漏人员进行修补破损管片及渗漏管片【2】。

4 结语

基于上述分析，可得以下结论：

1）通过对地质情况分析、注浆范围及工艺研究，采用下部循环注浆、内部提前支撑、全程实时监控、多次适量的施工方式，成型隧道整体实现了抬升。

2）工程实践表明，内部支撑的有效实施，保证了隧道结构安全。

3）抬升阶段用了双液浆，利用其快速凝结的特点保证了施工进度；稳定阶段，隧道下部侧向持续少量的水泥单液浆，保证了后期注浆安全以及隧道抬升后的稳定。