城镇地铁下穿老旧建筑沉降控制技术

阮 超

(中铁十四局集团第五工程有限公司,山东 济宁 272117)

1 工程概况及背景

为方便施工，节约工期，设计利用原有风道作为施工通道，风道进洞后，经19 m直线段后转直角弯，下穿地表后堡房屋区。房屋区多为20世纪80年代修建的老旧建筑物，基础为条形板式基础，埋深2.5 m；受开挖扰动，房屋区地层易发生不均匀沉降，进而会导致房屋开裂。因此密集房屋区的沉降控制工作非常重要。

2 现场监测及分析

2.1 沉降情况

经第三方评估单位数值模拟计算，当累计沉降量达到27.5 mm时,房屋可能会开裂。为了保证地表房屋区的安全，在地表房屋区设置若干监测点。其中，风道下穿房屋监测点如图1所示。

图1 监测点平面布置简图

风道施工至房屋区下方以后，房屋监测点(JGC-11-4点)开始出现沉降。尽管及时采取了超前和回填注浆加固措施，但随着施工的继续进行，该点沉降仍以0.5～1.3 mm/d的速率递增；风道施工至11 m(穿过房屋基础2 m)时，累计沉降量达到10.64 mm，沉降情况如图1所示。

2.2 原因分析

监测点沉降曲线见表1。

表1 监测点沉降曲线 单位：mm

1)风道穿过房屋一角，埋深14 m，拱顶距房屋基础11.5 m，埋深浅荷载大；加之施工扰动，使得地层容易产生不均匀沉降，使房屋受拉变形。

2)车站穿越的岩层主要为砂岩和砂质泥岩，且岩层倾角较平缓；风道拱部主要沿砂、泥岩界面延伸；在施工过程中，拱部围岩的容易发生砂、泥岩脱落现象，造成超挖，进而导致地层土体损失，使地表发生沉降。

3)根据洞内监测数据，洞内变形量不大，分析地表沉降的原因是施工扰动和初期支护的收敛变形影响。

在圈定的注浆加固范围之内，以1×1m的间距对注浆孔进行布置，呈梅花形布置。孔位布置完成后，监理工程师应对其进行检查，确认无误后进入下一道工序。

3 加固处理方案

3.1 地表加固方案

由于地表房屋区建筑物密集，作业空间小，无法全面展开房屋区的加固工作；加之加固的范围较小，控制作用有限，直接对地表房屋区基础进行加固工作的方案难以实现。

在参考以往施工经验的基础上，研究决定实施在竖井上方布设管棚及注浆管，对整个房屋区基础进行加固的方案。具体操作为：在通道上方，向房屋区基础下部土体打入两排长管棚，然后进行注浆作业。这种方案的优点有：一方面，通过注浆加固了房屋区基础下方受扰动的土体，有效控制现有沉降；另一方面，通过管棚的棚架作用，加固和提升了房屋区基础地层的刚度，有效控制后续施工引发的继续沉降。

3.1.1 管棚施工

1)管棚参数。为有效发挥棚架的作用，管棚覆盖整个房屋基础底层。管棚采用的钢管直径为89 mm，壁厚为5 mm，长度25 m；一共设置两排，自上而下梅花形布置；第一排布设于地下4 m，第二排布设于地下3 m，如图2所示。

图2 管棚布置和钻孔顺序图

2)成孔方法。钻孔作业主要采用XY-2型管棚钻机。具体工作实施如下：先使用陀螺仪确定钻孔仰角，钻直径为130 mm的孔；然后安装直径为89 mm钢管，每节钢管长3 m，两节钢管之间用丝扣连接。

3.1.2 管棚注浆施工

1)注浆管加工。先用壁厚5 mm、直径89 mm的钢管加工成花管，然后接直径42 mm变径钢管。加工形式如图3所示。

图3 注浆管加工示意图

2)水泥浆。水泥浆的水灰比为0.8∶ 1～0.6∶ 1。在施工过程中，先稀后稠，根据注浆量和注浆压力适时调整水灰比。

3)注浆量。注浆量根据式(1)确定。

Q=ηαA

(1)

式中,η为地层加固孔隙率，%；α为填充率，%；A为地层加固的体积。

本文工程中，房屋区地基土层主要是黏土，地层加固孔隙率η为60%，填充率α为30%，扩散半径为0.5 m，总注浆量4 m3。

4)注浆管封口。管棚施工过程中，钻孔直径为130 mm。为了使注浆起到有效作用，保证管口不漏浆，需要进行注浆管封口。为达到理想的封口效果，口端3 m不打孔，在距口端2.8 m的位置处焊接直径为130 mm的钢板，钢管从钢板中间穿过，如图4所示;在钢管上方设置直径为4 mm的排气管；钢管安装完成后，先用麻丝和水泥浆堵塞钢板与钻孔间的缝隙，然后从钢板处压注水泥砂浆，堵塞注浆管与孔壁之间的空隙；最后在风道的衬砌处用C20的细石混凝土做封堵墙封堵。

图4 钢板开孔加工示意图

5)作业顺序。为节约工期，钻孔和注浆平行业。为避免管棚串浆，注浆作业按照先外围后内部、跳孔间隔的注浆顺序进行。第一排施工完成以后再进行第二排施工。

6)注意事项。注浆过程中，注意排气。在开始时，把泄气阀门打开，直到连续冒浆后，再关闭阀门，进行封闭注浆。

在注浆过程中加强地表观察，加强对地表和洞内的监测，根据监测数据的变化情况，动态控制注浆压力，并对注浆量进行了控制，防止浆液流失。发现异常时，停止注浆并分析原因。

3.2 洞内加固方案

为了控制风道隧洞初期支护的收敛变形和底层受扰动的松动变形，根据施工经验，对风道隧洞采取径向和系统锚管注浆加固方案。在开挖地段的拱部和侧墙部位，沿开挖面垂直方向径向打入直径42 mm，长度6 m的注浆导管；导管呈梅花型布置，间距1 m×1 m，然后进行高标号水泥浆注浆工作。

为有效控制后续施工引起的沉降，保证后续施工的顺利进行，对风道隧洞的后续开挖采用超前导管注浆加固方案，每2 m施作一环，环间距为0.2 m,每根导管长2 m;同时在施工过程中，缩短开挖支护时间，及时注浆加固土层，控制超挖，控制沉降。

4 加固结果

注浆加固过程中，单孔最大注浆量4.3 m3，平均注浆量3.6 m3，实际注浆量与预期设计相一致。在地表和洞内加固作业实施完成后，对地表和隧洞进行监测，监测结果显示监测点JGC-11-4没有继续沉降，其余各监测点的沉降也得到了有效控制，说明加固作业作用明显。在风道后续的施工过程中，各监测点的沉降速率没有再出现报警的情况；至风道施工通过房屋区为止，各监测点位的累计沉降量都在可控范围，累计沉降量最大值仅有17 mm，现场巡查也未发现细微裂缝，房屋安全状况良好。加固方案的实施有效增强了地层的刚度，有效控制了地表沉降，保证了施工的顺利进行。

5 结束语

管棚注浆加固技术具有工艺简单、价格低廉、加固范围广等优点，地表注浆对因施工而受到扰动的土体起了加固作用，而洞内的注浆则对初期支护产生的变形起了加固作用；在双重作用下，有效提高了土层的刚度，进而使得体层的整体稳定性得以提升，从而控制了房屋区的沉降量。

南滨路车站工程采用这种技术进行施工加固，有效控制了沉降，使得下穿回填土密集房屋区的浅埋隧道施工顺利完成，有效保证了房屋区建筑物的安全，为后续的地铁施工提供了条件,为类似工程的施工提供了借鉴和参考。

[ID:013921]