克泥效控制沉降工法在盾構(gòu)穿越棚戶區(qū)施工中的應(yīng)用

楊箭亮 張進(jìn)科 剌寶成

摘 要：盾構(gòu)長(zhǎng)距離、大坡度穿越淺基礎(chǔ)、無(wú)基礎(chǔ)棚戶區(qū)房屋施工時(shí)，如何控制房屋基礎(chǔ)及周邊地表沉降至關(guān)重要。通過(guò)在盾構(gòu)殼體外同步注入克泥效輔助材料，盾構(gòu)通過(guò)時(shí)有效的控制建構(gòu)筑物的沉降量。本文以哈爾濱市軌道交通3號(hào)線二期工程出入段線區(qū)間盾構(gòu)長(zhǎng)距離（910米）穿越棚戶區(qū)房屋施工為例，介紹克泥效輔助材料在本項(xiàng)目施工中的應(yīng)用及控制沉降的效果。

關(guān)鍵詞：地鐵；盾構(gòu)；克泥效；注漿；沉降控制

中圖分類(lèi)號(hào)：U455.43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）18-0085-03

1 工程概況

哈爾濱市軌道交通3號(hào)線二期工程出入段線盾構(gòu)區(qū)間隧道設(shè)計(jì)為單洞單線雙線隧道。區(qū)間隧道采用中交天和2臺(tái)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工。盾構(gòu)由明挖區(qū)間端頭井始發(fā)下穿淺覆土段，下穿既有紅黎街道路到達(dá)棚戶區(qū)，長(zhǎng)距離穿越棚戶區(qū)及信義溝河道，穿越既有鐵路橋進(jìn)入安通街，沿安通街道路敷設(shè)，最終由盾構(gòu)1#、2#接收井接收。盾構(gòu)區(qū)間左線起始里程為出DK0+983.945～DK2+684.929，隧道全長(zhǎng)1703.065m（含長(zhǎng)短鏈），盾構(gòu)區(qū)間右線起始里程為入DK0+843.950～DK2+685.062，全長(zhǎng)1841.112m。

盾構(gòu)區(qū)間從DK1+500-DK2+410段下穿棚戶區(qū)，共計(jì)長(zhǎng)度910米。（圖1所示）覆土為2.3米～23米。棚戶區(qū)房屋主要為淺埋條基或無(wú)基礎(chǔ)搭建，1-3層不等、房屋基礎(chǔ)差、房屋修建時(shí)代較早，從外觀查看房屋不同程度均存在裂縫。共計(jì)排查了256間房屋，其中盾構(gòu)正穿176間，側(cè)穿房屋80間，地下室及高壓線支架共計(jì)12處。正穿、側(cè)穿下水井及地窖（埋深5米以?xún)?nèi)）總計(jì)9處。

2 水文地質(zhì)

盾構(gòu)下穿棚戶區(qū)以信義溝河道為界進(jìn)行闡述：里程DK2+019-DK2+410（391米、信義溝河道以東）段區(qū)間埋深2.3米-7.5米，詳勘資料揭示，隧道穿越地層主要為4-2、5-1可塑性粉質(zhì)粘土，地表存在約1.7米-2.5米厚，以建筑垃圾為主的1-1雜填土。DK1+500- DK2+019（519米、信義溝河道以西）段區(qū)間埋深7.5米-22.5米，詳勘資料揭示，隧道穿越地層主要為5-1可塑性粉質(zhì)粘土，地表存在2.2米-2.7米厚以建筑垃圾為主的1-1雜填土。

3 地表及地表結(jié)構(gòu)物變形控制指標(biāo)

盾構(gòu)下穿棚戶區(qū)房屋過(guò)程中，要使地表及房屋基礎(chǔ)不出現(xiàn)沉降、變形很難做到，關(guān)鍵在于如何將沉降變形值控制在容許范圍內(nèi)，因此必須根據(jù)實(shí)際情況確定相應(yīng)的變形值控制指標(biāo)，采取相應(yīng)措施減小沉降速率，控制沉降累計(jì)量，避免沉降超過(guò)允許范圍。

依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)要求，盾構(gòu)穿越棚戶區(qū)試驗(yàn)段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及常規(guī)監(jiān)測(cè)儀器的監(jiān)測(cè)精度，確定了盾構(gòu)下穿棚戶區(qū)的變形控制指標(biāo)（見(jiàn)表1所示），并將控制值的80%作為監(jiān)控量測(cè)預(yù)警值。

4 控制盾體上方地表、建筑物基礎(chǔ)沉降的方法

盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，隧道沉降一般分為5個(gè)階段，早期下沉，挖掘面下沉，通過(guò)時(shí)下沉，盾尾間隙處下沉，后續(xù)下沉，如圖2所示。

盾構(gòu)施工過(guò)程中，掘進(jìn)掌子面及掌子面前方地表出現(xiàn)下沉?xí)r，在繼續(xù)掘進(jìn)的同時(shí)，加強(qiáng)地表監(jiān)測(cè)頻次，適當(dāng)提高土倉(cāng)壓力，控制每環(huán)出渣量，如有異常及時(shí)分析原因，同步注漿、二次注漿及時(shí)跟進(jìn)。盾尾間隙處下沉在掘進(jìn)過(guò)程中可通過(guò)同步注漿解決；盾構(gòu)掘進(jìn)完成后后續(xù)下沉可通過(guò)二次注漿或通過(guò)成型管片吊裝孔采用小導(dǎo)管注漿加固措施控制沉降。而盾構(gòu)通過(guò)時(shí)沉降主要是由于地層損失引起的，本項(xiàng)目土壓平衡盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)直徑6.27米，盾體直徑6.24米，盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，盾體與土體之間存在3厘米的空隙（見(jiàn)圖3所示），每掘進(jìn)1環(huán)（1.2米管片），盾體周邊理論產(chǎn)生空隙為：（6.27×6.27-6.24×6.24）×3.14÷4×1.2=0.35方。

盾構(gòu)掘進(jìn)通過(guò)過(guò)程中，由于自重，下部空隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于上部空隙，及時(shí)對(duì)此空隙進(jìn)行填充，有效減小地層沉降，保證地面建筑物安全。項(xiàng)目部邀請(qǐng)專(zhuān)家對(duì)下穿棚戶區(qū)專(zhuān)項(xiàng)方案進(jìn)行論證，根據(jù)專(zhuān)家意見(jiàn)及其它地鐵軌道工程類(lèi)似施工經(jīng)驗(yàn)，采用新型材料“克泥效”，在盾構(gòu)通過(guò)時(shí)解決地層沉降問(wèn)題。

5 克泥效工法

5.1 克泥效簡(jiǎn)介

克泥效是由合成鈣基黏土礦物、纖維素衍生劑、膠體穩(wěn)定劑和分散劑構(gòu)成。克泥效工法是將高濃度的泥水材料與塑強(qiáng)調(diào)整劑（即水玻璃）兩種液體分別以配管壓送到指定位置，再將此兩種液體以適當(dāng)比例混合成高黏度塑性膠化體后，再通過(guò)徑向孔注入的一種新型工法。混合后的流動(dòng)塑性膠化體不易受水稀釋?zhuān)移漯ば砸膊浑S時(shí)間而變化。

5.2 克泥效配合比

（1）原材料?？四嘈В焊＝ㄖ刑旖煌üこ碳夹g(shù)服務(wù)有限公司；水玻璃：哈爾濱魯泰新材料有限公司。（2）指標(biāo)要求。詳見(jiàn)表2所示。（3）試驗(yàn)配合比?？四嘈Чしú捎肁、B液，A液為克泥效與水混合的混合液，B液為水玻璃。根據(jù)克泥效、水、水玻璃三種摻入量不同做三組試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)不同配比混合液攪拌時(shí)間進(jìn)行記錄，對(duì)同重量巖石在不同配比混合液中的沉陷量進(jìn)行分析總結(jié)（見(jiàn)圖4，圖5所示），結(jié)合巖石沉降量、抗水試驗(yàn)、經(jīng)濟(jì)效益配合比選擇，確定選用混合液配合比為克泥效（kg）：水（L）：水玻璃（L）=400：846：50。

5.3 克泥效設(shè)備配置

中交天和盾構(gòu)機(jī)在前盾及中盾部位上部設(shè)置有4個(gè)徑向注漿孔，下部設(shè)置2個(gè)徑向注漿孔，主要用于克泥效及其它新型材料注入，達(dá)到控制盾體上方土體沉降的目的。根據(jù)克泥效注入要求，盾構(gòu)機(jī)配備一套變頻控制的軟管擠壓泵，克泥效、水混合液攪拌器、水玻璃存儲(chǔ)器、電子流量計(jì)配套安裝，整部設(shè)備安裝在盾構(gòu)6號(hào)臺(tái)車(chē)，通過(guò)注漿軟管在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中對(duì)盾體部位空隙同步注入克泥效漿液，填充空隙。為使注入效果達(dá)到最佳，本項(xiàng)目克泥效注入孔位選擇中盾上部11點(diǎn)位和1點(diǎn)位兩個(gè)徑向注漿孔。如圖6圖例所示。

5.4 克泥效施工工藝

5.4.1 克泥效施工工藝流程

克泥效施工工藝流程圖7所示。

5.4.2 克泥效施工注意事項(xiàng)

（1）根據(jù)理論計(jì)算，每環(huán)注入克泥效漿液為0.35m3，考慮土體滲透及注入過(guò)程中損失，考慮1.35倍的注入系數(shù)，實(shí)際注漿量為0.47m3。（2）克泥效注入時(shí)間要與盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)間相匹配，同步實(shí)施，根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)分析，正常情況下完成1環(huán)掘進(jìn)時(shí)間約為35分鐘，因此克泥效注入時(shí)間應(yīng)與掘進(jìn)時(shí)間同步實(shí)施。（3）在盾構(gòu)穿越棚戶區(qū)施工過(guò)程中，每4小時(shí)測(cè)量一次，地面監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)要及時(shí)分析上傳，根據(jù)數(shù)據(jù)分析確定是否調(diào)整克泥效漿液注入壓力及注入量。（4）克泥效施工工法雖然以注入量控制為主，但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，多次施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，克泥效注入壓力宜控制在0.2～0.3MPa之間，注入壓力過(guò)大，盾構(gòu)機(jī)處于大下坡位置掘進(jìn)施工，易流入刀盤(pán)位置，造成材料損耗過(guò)大。注入壓力過(guò)小，逐漸設(shè)備位于6號(hào)臺(tái)車(chē)，距離注入徑向孔約70米，克泥效漿液注入效果不佳。

6 克泥效在本項(xiàng)目使用效果分析

以右線區(qū)間監(jiān)測(cè)點(diǎn)位JGC-32、JGC-32-1、JGC-36為例說(shuō)明（見(jiàn)圖8所示）：盾構(gòu)通過(guò)過(guò)程中，盾構(gòu)區(qū)間右線440～451環(huán)掘進(jìn)過(guò)程中，正穿棚戶區(qū)房屋，在未使用克泥效的情況下，地層沉降變化速率、預(yù)警值均超出限值，最大沉降達(dá)到9.47mm，房屋老舊裂縫出現(xiàn)擴(kuò)大趨勢(shì)。通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)紅色預(yù)警會(huì)分析，沉降為盾體通過(guò)時(shí)空隙未及時(shí)填充引起。

在右線盾構(gòu)后續(xù)掘進(jìn)過(guò)程中，同步注入克泥效漿液，以460環(huán)～470環(huán)三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位JGC-48、JGC-48-1、JGC-52為例進(jìn)行說(shuō)明（見(jiàn)圖9所示）。

盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，及時(shí)注入克泥效漿液，填充了盾體與土體之間的空隙，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的沉降均控制在了2mm之內(nèi)，有效控制了盾體上方土體沉降變形，為后續(xù)管片壁后注漿加固贏得時(shí)間。對(duì)地表房屋進(jìn)行監(jiān)測(cè)，老舊裂縫無(wú)擴(kuò)張現(xiàn)象，房屋傾斜度無(wú)明顯變化。同時(shí)將監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)也控制在預(yù)警值范圍內(nèi)。使用克泥效材料控制盾體上方沉降效果顯著。（見(jiàn)圖10所示）。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)哈爾濱市軌道交通3號(hào)線出入段線盾構(gòu)機(jī)穿越棚戶區(qū)施工，對(duì)采用克泥效施工段及未采用克泥效施工段沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，使用克泥效漿液能夠有效控制盾構(gòu)機(jī)通過(guò)時(shí)盾體上方土體沉降，在盾構(gòu)穿越棚戶區(qū)復(fù)雜情況下起到了至關(guān)重要的作用，目前左右線均在進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)穿越棚戶區(qū)施工，進(jìn)展順利，為下一步盾構(gòu)機(jī)穿越鐵路橋一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源沉降控制提供了參考依據(jù)。另外根據(jù)克泥效的特點(diǎn)針對(duì)盾構(gòu)機(jī)小半徑曲線（曲線半徑300m）掘進(jìn)對(duì)超挖部分如何填充進(jìn)行研究，在盾構(gòu)區(qū)間小半徑（曲線半徑300m）掘進(jìn)時(shí)同步注入克泥效漿液使小半徑曲線盾構(gòu)掘進(jìn)能夠順利進(jìn)行。此次克泥效工法在本項(xiàng)目成功運(yùn)用，對(duì)后續(xù)地鐵建設(shè)中的類(lèi)似盾構(gòu)穿越建、構(gòu)筑物施工具有非常重要的借鑒意義。