大断面平顶直墙隧道穿越砂卵石地层的注浆加固技术研究

大断面平顶直墙隧道穿越砂卵石地层的注浆加固技术研究

赵凯

北京建筑大学北京100044

摘要：研究在砂卵石地层中，平顶直墙大断面的开挖。注浆对地表沉降的影响。运用三维软件建立模型，模拟施工过程，确定最优的注浆方案。由于砂卵石层本身结构复杂，不稳定因素较多，施工时发生问题往往比较严重，所以位于砂卵石地层的工程本身风险就较大。

关键词：砂卵石地层；注浆加固；地表沉降

中图分类号：TU94文献标识码：A

StudyongroutingreinforcementtechnologyoflargesectionflattoppedWalltunnelcrossingsandygravelstratum

ZhaoKai

(BeijingUniversityofCivilEngineeringandArchitecture,BeiJing,100044)

Absteact:Theexcavationofflattopwallwithlargecrosssectioninsandycobblestratumisstudied.Influenceofgroutingonsurfacesettlement.Threedimensionalsoftwareisusedtoestablishthemodel,simulatetheconstructionprocess,anddeterminetheoptimalgroutingscheme.Becauseofthecomplexstructureofsandgravellayerandunstablefactors,theproblemsinconstructionareoftenserious,sotheriskofsandandcobbleformationisgreater.

Keywords:Sandycobblestratum；Groutingreinforcement；Surfacesubsidence

1.引言

由于砂卵石层本身结构复杂，不稳定因素较多，施工时发生问题往往比较严重[1]，所以位于砂卵石地层的工程本身风险就较大。目前也没有一个精准的计算模型来估算，大多是按照以前的工程经验来施工[2]。根据砂卵石地层的力学特性[3]，采用相应的注浆方式和注浆量。根据现场注浆情况与数值模拟结果的比对，努力使注浆范围合理化，使工程施工更安全、更可靠，进一步积累对砂卵石地层的注浆设计的经验。

2.工程背景

2.1.工程概况

本工程为北京某地下停车库之间的过街通道。通道分为两侧行车道，中间为人行通道，均从地铁1号线及长安街下穿越，通道北部连接某新建地下停车库，南部直达某医院地下停车库。

2.2.地质条件

本研究段所在的地质情况：卵石⑥层：杂色，密实，湿，最大粒径不小于350mm，一般粒径40～60mm，大于20mm颗粒含量约占总质量的90％，亚圆形，中粗砂充填，局部粘粉充填；卵石⑦层：杂色，密实，饱和，最大粒径不小于290mm，一般粒径40～60mm，大于20mm颗粒含量约占总质量的90％，亚圆形，细砂充填；

3.注浆加固的基本原理

采用注浆的方式对土体进行加固，其目的是通过加固周边地层来实现减小地层变形的目的。注浆进入地层变成固结体，增大了地层的刚度和强度，固结体有四种方式：渗透、挤密、填充和劈裂。注浆材料的扩散方式也为四种：渗透扩散；挤密扩散；填充扩散；劈裂扩散；

3.1注浆方案的初选

针对本工程的实际情况，对注浆加固的范围，采用了三种方案。隧道纵向加固长度约为15.8m，该长度为采用大断面平顶直墙形式的隧道长度。横向加固范围的选择如图3-1所示。注浆1、2、3的宽度分别为1m。

采用的四种方案A,B,C，D。方案A：不注浆；方案B：注浆1；方案C：注浆1+注浆2;方案D:注浆1+注浆2+注浆3

4.模型概况

本论文应用Midas-GTSNX软件对隧道注浆加固进行模拟，在导洞上方进行注浆加固，土层上边界取到地表处，下方边界自地表向下取55m，模型X方向宽度（横向）120m，Y方向长度（沿人行隧道纵向）15m。模型节点数共计36509个，单元36237个。

5.数据对比

为了消除边界效应的影响，取模型中间位置的节点和单元作为研究对象。本论文主要研究对象为开挖上方的地面沉降问题，4种不同注浆加固范围方案，所造成的地表沉降值如下所示：方案A沉降42mm，方案B沉降27mm，方案C沉降15mm，方案D沉降11mm。

为了更加直观地查看结果，将上述数据绘制在下图中：

从上述图表中可以看出，在没有注浆加固的情况下，地表的沉降量最大，达到了42mm，远远超过了地表的允许沉降量；B,C,D方案均采取了注浆加固的方式，并随着注浆范围的加大，注浆效果越好，开挖所引起的地表沉降量也越小，分别为27mm、15mm和9mm。仅从地表沉降值上看，注浆范围越大，效果越好，可以更好地维护地表环境。从数据出我们也可以看出方案C的注浆量是方案B注浆量的2倍，但所减小的地表沉降量仅为12mm，增幅为-44.4%；同理D方案的注浆量为C方案的1.5倍，但地表沉降值增幅为-26.7%。C方案既满足允许值，注浆量又相应减少，所以推荐采用C注浆方案。

6.结论

1.采用注浆的方式对砂卵石地层进行加固，可以实现减小地层变形的目的。

2.随着注浆量的增多，地表沉降量减少。

3.加大注浆量，地表沉降较小的趋势较小。

参考文献

[1]陈卫军,朱忠隆.近距离交叠隧道研究现状及评析[J].现代隧道技术,2002,39(1):42-47.

[2]李围,何川,等.南京地铁区间隧道盾构法施工关键技术研究－区间盾构隧道下穿玄武湖公路隧道施工研究报告[R].成都:西南交通大学,2002.

[3]孙钧，刘洪洲交叠隧道盾构法施工土体变形的三维数值模拟[J].同济大学学报,2002,22(4):379-385.