寒冷气候环境下不同注浆方式的注浆效果及影响因素分析

王玉卿

中国中铁隧道股份有限公司 洛阳 471009

一、工程概况

该工程位于吉林省长春市，区间起于长春火车站北广场，终于轻轨伪皇宫车站，区间全长3.3km。区间穿越的部分路段紧邻运营中的高速铁路、在建中的高架桥，部分路段上方密布低矮建筑物，区间还要穿越一个高压电厂。

长春的气候条件比较特殊，夏季雨水丰沛，冬季气候极其寒冷，区间施工的时间跨度内，要面临很多难题。限于现场的条件，无法进行降水施工，因此，采取注浆措施加固地层和堵水就非常必要。

二、两种注浆方式的效果分析

长春轻轨暗挖区间的预注浆先后采取了两种注浆方式，分别是水平旋喷注浆和深孔预注浆。综合对采取两种注浆方式区间的监测情况，对两种注浆方式对地面的影响进行比对。

1.水平旋喷

图1 水平旋喷段典型地表测点沉降时程曲线图

根据设计文件，在长春轻轨长北区间设置了100m的水平旋喷注浆试验段，我们全程对该段施工过程进行了地面沉降监测，并在开挖时对注浆效果进行了跟踪。

水平旋喷时，每隔循环的孔深15m，开挖长度为10m，咬合注浆段为5m，注浆压力为30MPa，开挖时采用CD法。

试验段上方地面没有建筑物，所以我们主要监测的时地面沉降情况，根据对该段的监测数据进行总结并绘制了典型测点的沉降时程曲线图，如图1。

从上图不难发现，在第一循环进行注浆时，由于注浆压力高达30MPa，引起地面比较大的隆起，而在进行第一循环的开挖时，地面隆起迅速回落，并发展很快，最终达到-15mm左右；在第一循环结束后，进行第二循环的注浆施工时，掌子面距离该测点大概10m左右，由图中可以发现，该点的沉降有稍许回升，但总体影响不大。

根据以上分析，隧道内注浆时，引起地面的隆沉对地面的破坏比较严重，如果隧道上方埋有地下管线的话，可能会引起地下管线的破坏，因此从保护隧道周边环境安全的角度考虑，高压的水平旋喷注浆不适合施工环境复杂的城市轨道交通施工。

根据我们对开挖时掌子面的情况进行观察发现，浆液凝固体在30到40cm左右，由此可见，在注浆时浆液的扩散半径不大，这可能与浆液的材质和地质情况有关。而且，开挖时掌子面并不稳定，出现多次的涌水、突泥现象，因此可以综合评定此种注浆方式不适应长春的地质情况，在随后的注浆效果评价会上我们做了相关的报告，得到重视，根据会议结论，更换了注浆的方法，在后续的工程中，采用了深孔注浆。

2.深孔注浆

由于试验段的水平旋喷注浆效果不好，在后续的工程中采取了深孔注浆加固掌子面前方地层，我们在深孔注浆施工时，对隧道上方的地表沉降和建筑物沉降进行了跟踪监测，从监测的结果看，地表的隆沉变化不大，建筑物的沉降和不均匀沉降都在允许范围内，在日常的巡视过程中，没有发现地表和建筑物发生破坏性变形。我们选择一个断面分析一下地表的变化情况，绘制典型测点沉降时程曲线图和横断面沉降槽曲线图。

图2 深孔注浆段典型测点沉降时程曲线图

图3 横断面沉降槽曲线图

从图2发现，在进行第一循环注浆时，地面略有隆起，隆起值在3mm左右，在随后的开挖施工中，地面发生快速的下沉，沉降值在-6mm左右，从最终的监测结果来看，这段时间的沉降值占最终沉降值的80%左右；在第二循环注浆时对该点的影响不大。

从图3的隧道横断面的沉降槽曲线图可以看出，沉降槽的宽度不大，随着离线路中心的距离逐渐减少。沉降的累计值最大-8mm左右。因此，综合分析，采用深孔注浆时，注浆和开挖对地面的影响在可以控制的范围内，比较适合长春的地质情况。

从我们对开挖过程的跟踪观察发现，虽然施工对地面的影响在可控范围内，但是还是有几点需要注意：

合理调整注浆参数，包括注浆压力、注浆材料，在特殊地段，注浆压力不能过大，施工中曾发生施工单位为了保证注浆质量，注浆压力过大，致使地面开裂，根据总结，深孔注浆的压力在5MPa左右为宜，既能达到很好的加固地层和止水效果，也能有效控制地面的隆起。注浆材料采取水泥-水玻璃双液浆为宜，虽然双液浆的强度不是很大，但是双液浆凝固比较快，能起到快速止水的效果，比较适合长春的地质情况。

一定要重视对初支进行背后注浆，及时进行背后注浆能填补初支背后的空洞，加固初支背后土体，能有效防止初支出现局部渗漏水和初支发生过大变形。

采用CD法开挖时，要调整台阶的长度，控制好核心土的量。通过优化开挖的步序，可以控制隧道拱顶的下沉。

三、总结及施工建议

长春当地气候比较寒冷，冬季时间较长，冬季的最低气温达到-28℃左右，在这种寒冷气候下施工的明挖基坑和暗挖区间都会遇到很多难题。

对于暗挖区间的冬施安全，要注意一下问题：

考虑冻胀的风险。冻胀致使路面和地面构筑物发生隆起，发生隆起的部位在寒冷的冬季可能不会发生很大的风险，但是在来年的4月份左右随着气温的回升，地下冻土逐渐解冻，发生地面塌方和建筑物变形的风险很高，我们经过这一年的观察总结，建议在天气转暖后，加强对所有隧道上方的地面和建筑物进行密切监测，特别是初支已经施工完成很长时间的隧道部位要提高警惕，对变形较快的部位即使累计沉降不超过规范要求，也要进行地面加固处理。

关注隧道内初支结构和掌子面的安全。由于冬季地下水补给较夏季少，洞内的渗漏水量较少，施工单位往往会放松对初支结构背后注浆和掌子面深孔预注浆的重视，因此发生局部掌子面塌方进而引起地面塌方的情况也有出现。天气转暖后，初支背后出现很多的渗漏点，况且目前二衬的施工落后太多，在没有二衬保护的情况下，出现初支局部过大变形的风险也要提前考虑。

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