地铁联络通道软基加固施工与监测分析

地铁联络通道软基加固施工与监测分析

范磊

佛山市地铁建设有限公司（广东 佛山528000）

  摘要：依据我国地下铁道设计规范要求，第二条单线区间隧道连贯长度在600m以上时，则要设置联络通道。基础土壤性能直接影响联络通道的施工难度、质量、安全，如果是软基则必须采取相应的加固措施，否则会带来极大的风险隐患。本文以某地铁车站之间的联络通道为例，该联络通道是典型的软土地层，施工中采用了三重管旋喷、劈裂注浆、钻孔灌注桩工艺对软基加固，实时监测软基加固性能，为后续施工奠定了良好基础。

关键词：地铁；联络通道；软基；加固；监测

引言

地铁作为各大城市交通运输体系的重要组成部分，近些年各大城市不断扩大地铁建设规模，其中区间隧道联络通道发挥着重要功能，除了联络功能外，还包括排水功能、防灾功能，如今社会对联络通道设计施工技术愈加关注。除了左右相邻隧道设置联络通道，上下地铁隧道同样需要设置联络隧道。目前，国内外常见的联络通道施工方法有类矿山法、井深法、矩形顶管法、管棚法等，无论是采用哪种方法，一旦遇到软土地层，为了保证后续联络通道安全施工，都要采取相应的加固措施，加固施工质量直接影响联络通道工程是否能顺利完工。因此，加强地铁联络通道软基加固施工与监测的研究有着重要意义。

1. 工程概况

某地铁2号线两站之间最低轨位处设置联络通道，用作两站隧道联络、排水、防灾。联络通道工程由隧道相交喇叭口、集水井组成，采用钢混结构。施工区域为软土地层，结合现场勘查所得材料，地层从上到下分别为：（1）人工填土，厚度在0.6-2.7m之间；（2）粉质黏土，厚度在0.1-2.5m之间；（3）砂质粉土，厚度在2.0-5.6m之间；（4）淤泥黏土，厚度2.6-3.9m之间；（5）灰色黏土，厚度7.2-9.8m之间。

结构与地表间距最大为25.55m，主要软土为软弱淤泥黏土、淤泥粉质黏土，土层孔隙率高、含水率高、荷载性差、内聚力低。在前期测试当中发现区域存在承压水，水压在0.15MPa左右，一旦土层出现扰动情况就会影响土壤整体结构，降低土层的稳定性。所以，必须先处理施工区域软土层，做好加固处理再开展联络通道开挖构筑。

2. 加固方案

结合本联络通道施工环境特性，设计中主要采用三重管旋喷桩为主、劈裂注浆与钻孔灌注桩为辅的施工方案，通过综合加固措施提升联络通道施工区域的整体物理性能。在完成软基加固后，以竖井方式开挖构筑联络通道。在完成盾构施工流程后进行软基加固施工，加固区域为上下行线附近以及竖井、盾构底部死角，联络通道开挖临时使用竖井[1]。

如图1所示，联络通道工程软基处理采用了三种加固技术综合使用，钻孔灌注桩用于竖井两侧护壁加固，旋喷桩用于盾构上下行线地层加固，这样就形成了通道四壁加固（长方形结构）。其余需要加固的区域以及封底、桩体缝隙使用旋喷桩补充。劈裂注浆法用于盾构底部死角加固。

图1  联络通道施工剖面图

3. 三重管旋喷注浆

3.1混合浆液特性

浆嘴、水嘴的间距过小会导致喷浆流、喷水流相互影响，通过测定本工程的浆嘴、水嘴间距较大，二者不会产生影响。混合浆液沿高度可以两种混合浆液，即浆嘴区和水嘴区。浆嘴区混合浆液是由水嘴区浆液加上水泥浆液混合而成；水嘴区混合浆液是由水、切割土体、浆嘴区混合浆上涌液混合而成。根据浆嘴区与水嘴区的混合浆液容重、高压水容重、水泥浆容重、土体容重以及浆嘴、水嘴流量和切割土体体积计算整体容重量。

3.2注浆材料

旋喷注浆采用普通的硅酸盐水泥（525号），并加入一定的外加剂用于提升整体的力学性能和桩体综合性能。旋喷注浆中加入了0.5%的氯化钠、0.05%的三乙醇胺，试验得出旋喷注浆初凝时间为6.5h，终凝时间为12.5h，抗压强度3天为4.1MPa、7天为7.5MPa、28天为14.3MPa。设计中，旋喷桩直径为1.2m、注浆管直径为0.1m、填充率为0.73、未旋喷填充率为0.63、损失系数为0.12、旋喷桩用量为0.91m³/m[2]。

3.3试验与参数选择

桩体直径、强度作为高压旋喷桩作为核心的指标，也是评定施工质量的重要参数数据。影响桩体直径、强度的因素主要包括土体成分、射流性能、浆液配比、喷射参数。为了确保桩体直径、强度达到设计标准和预期使用效果，在类似本工程软弱土层环境下进行模拟试验。本工程通过试验提出以下施工标准：（1）水压不得低于30MPa；（2）水量为75L/min；（3）风压不得低于0.6MPa；（4）风量为3m³/min；（5）喷浆压力不超过2MPa；（6）喷浆量为75L/min；（7）提升速度在8-12cm/min之间；（8）旋转速度在8-20r/min之间；（9）水泥浆密度为1.49-1.60g/cm³；（10）水泥浆水灰比为1:1~0.8:1[3]。

3.4施工流程

如图2所示。

图2  双重管旋喷流程图

3.5施工工艺

（1）桩体定位。按照设计图纸标准进行桩体精准放样，并做好桩体定位，要求桩体定位偏差量不超过5cm，否则影响桩体之间的搭接质量。

（2）液压钻机就位钻孔。钻孔设施选择液压回转钻机，钻孔时钻杆与钻面保持90°垂直，垂直度偏差不应超过1°。

（3）浆液制备。按照试验配比标准搅拌制作浆液，精准计量各项材料加入量，要求浆液搅拌时间不低于5min。浆液制作派有专人看管，按照水灰比标准、拌浆流程进行，避免出现失误，在搅拌台醒目位置设置配合比标牌。

（4）旋喷。在完成钻孔且浆液配置完毕后，将注浆管深入孔底至设计标高位置，依次开启高压清水泵、高压注浆泵、空压机。喷浆中时刻注意各项施工参数是否满足标准。并打开提升装置，卸管后继续复喷20-50cm，保证桩体之间的搭接质量。

（5）三管清洗与移位。旋转喷浆提升到设计顶标高完成注浆，并缓慢将注浆管提出、清洗，避免砂浆凝结导致管道堵塞。将旋喷机运输到下一个施工桩位点，重复上述工序。

3.6特殊工况处理

（1）搭接处理。如果在施工中出现意外情况导致旋喷中断，则需要做好搭接工作。根据重新喷浆注浆管下降高度、中断注浆前2h喷射高度、注浆中断时间计算搭接长度。计算公式为：

a=0.0025b△t

式中：a代表重新喷浆注浆管下降高度（cm）；b代表中断注浆前2h喷射高度（cm）；△t代表注浆中断时间（h）。

注：注浆中断时间如果大于2h则按2h标准计算。

（2）不返浆处理。旋喷施工时在注浆到一定量时会出现返浆情况，持续注浆待到返浆均匀且无气泡时即完成注浆。在旋喷施工中应派有专人实时观察返浆是否正常，如果长时间没有出现返浆情况则停止提升三重管，并保持持续注浆，待到正常返浆后再提升三重管。如果依然不返浆则表明有严重的浆液漏失情况，可灌入水泥和水玻璃混合液提升加固质量。水泥和水玻璃混合液按照1:1比例制作，混合液注浆压力应在0.5MPa以上，注浆流量控制在10-15L/min范围内[4]。

4. 劈裂注浆与钻孔灌注桩

提前确定注浆孔位置，要求注浆孔不会破坏盾构内部钢筋，以管片预留孔方式为主。每个环布置3个孔，加固范围在联络通道外扩15m之内。水泥依然采用普通硅酸盐水泥（525号）作为注浆材料，水灰比为1:1-1:0.8之间，浆液比重控制在1.5-1.6g/cm³之间。钻孔设备选择振动冲击钻机，钻杆注浆。施工中采用上行式注浆方案，段高为1m，注浆按照从下到上、两侧向中心的顺序进行。注浆前先疏导孔洞，缓慢下注浆管，注浆压力控制在0.8-1.5MPa范围内，注浆流量控制在12-15L/min范围内，完成注浆工序后将孔洞封闭避免漏浆。钻孔灌注桩的孔洞间距为1m，桩体直径为0.8m，采用C25标号混凝土按试验标准配比，采用正循环成孔工艺。

5. 盾构变形监测

联络通道加固施工中，需要通过盾构上下行线，为了避免施工时对盾构造成干扰增加风险隐患，本次施工整个流程均对盾构变形进行跟踪监测。在旋喷注浆、钻孔管注浆施工中监测频率为3次/周，盾构盲区注浆监测频率为1次/日。在同一环片上左右对称设置沉降观测点，通过水平观测也提升盾构沉降观测精度和位移精度。联络通道两侧是监测重点，以中心线为基准，左右两侧10m范围内集中布置监测点，每个环片上左右设置监测点，10m范围外也减少监测点布控数量，监控点间距为3m，整体监测范围在联络通道中心线两侧20m范围。水平位移点布设数量与沉降点布设数量相同，在盾构内均匀设置[5]。沉降监测（水准测量法）采用自动调平水准仪进行测量，测点高程精度在0.2-0.4mm范围内；水平位移监测（角度法）采用全站仪，角度误差控制在2-3’’，测量精度在0.4-0.6mm范围内。

通过上述监测方法，在旋喷施工中盾构沉降量、水平位移量均符合安全标准，盾构内注浆扰动较大。在加固施工中盾构呈上隆形式变化，上行线最大提升了13.9mm，下行线最大提升了14.22mm，影响范围在通道中心两侧10m内[6]。如图3所示，下行线水平位移均未超过1cm，普遍在6mm左右。上行线水平位移均未超过3mm，位移量更小。整体来看，沉降量和水平位移均符合安全标准范围。

图3  下行线位移变化曲线

6. 加固效果分析

采用上述联络通道加固施工作业，对最终施工结果进行质量评定，表明本次施工中的软弱土层加固效果良好，物理性能得到明显改善。旋喷、劈裂注浆区域强度有明显增加，加固区域十分坚实、紧密，自理能力可满足后续施工要求，局部强度也可以达到质量标准。为了检测旋喷固结体强度，制作固结体试样进行力学性能检测，检测结果表明单轴抗压强度均在2.5MPa以上，最高强度为4.2MPa，抗剪力在1.1MPa以上，内摩擦角在30°以上，渗漏系数非常小，并且桩体整体均衡、光滑、完整、连续，并未发现夹泥、缩径等负面情况。

在后续联络通道开挖施工中，并未发现有漏水点，土体结构表现稳定。表明上述加固施工方案应用效果良好，经决策采用施工效率更高的全断面开挖方案，并且采用相关工艺有效控制沉降量和盾构管片移动量。

结束语

综上所述，本文针对地铁联络通道软基采取了三重管旋喷、劈裂注浆、钻孔灌注桩加固方案，加固整体性能表现良好，可满足联络通道后续施工要求。采用沉降监测（水准测量法）、水平位移监测（角度法）对盾构变形监测，结果表明沉降量和水平位移量均满足安全标准，整个施工过程中并未出现严重的质量问题，桩体完整、连续、强度大，很好地起到了加固、支撑作用，整体效果可达到预期标准，后续开挖施工十分顺利进行，保障了地铁联络通道的施工质量、进度以及安全。

参考文献

[1] 龙根望.RJP桩软基加固施工技术——以深圳地铁21号线坳背站为例[J].未来城市设计与运营, 2023(2):23-25.

[2] 龙琰.邻近地铁隧道基坑降水设计与沉降监测[J].城市情报, 2023(8):124-126.

[3] 曹小平,韦志凯,卢洪强,等.软土地层小半径盾构隧道下穿在建高铁地基加固效果研究[J].现代隧道技术, 2023(1):102-103.

[4] 任坤明,李恩喜,唐麒钦.昆明市春雨路轨道三号线加固保护的研究[J].2021(11):522-523.

[5] 刘翠清.市政隧道改建对邻近地铁结构扰动的影响分析[J].粉煤灰综合利用, 2021(5):505-506.

[6] 张友杰,张学伟,李志浩,等.软基地区大型上盖地铁停车场柱式检查坑整体道床的施工[J].建筑施工, 2020(11):42-43.