某出站地道沉降机理及处置技术研究

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【摘要】针对我国南方某建于湖相沉积地层中的新建火车站出站地道因地基承载力不足而引起的持续沉降造成的地道结构局部沉降和开裂情况，在分析其沉降观测资料基础上，提出并实施了高压旋喷注浆加固增强桩间土强度及提高管桩承载力的技术措施，弥补了地基承载力的不足。

【关键词】地下通道；沉降变形；地基承载力；加固处置

1 工程概况

新建南方某出站地道站地道（DK70+187.463），设计地道洞身净尺寸8.4m（宽）*3.8m（高），外轮廓尺寸为9.6m*5.1m。该地道处为巢湖湖积平原，地形平坦，地势较低，地面标高一般在6.8～7.8m。线路跨越众多河沟、鱼塘及沼泽地等。地层从上至下依次为：（1）淤泥质粉质粘土：灰褐色-深灰色，软塑～流塑，有异味；（2）粉质粘土：褐灰色～褐黄色，硬塑；（3）粉质粘土夹粗角砾：褐黄色，硬塑，角砾直径3-11cm，含砾约40-60%；（4）上层泥岩、泥质砂岩：褐黄色～棕黄色，强风化，岩芯风化呈碎块状及短柱状；（4）下层泥岩、泥质砂岩、砂质泥岩：青灰色～棕黄色，弱风化。

该工程区域内的地下水主要为孔隙潜水，一般0.4～0.9m，水量充沛，受大气降水及地表径流补给，随季节变化不大。化学侵蚀环境：L1。地震动峰值加速度0.005g；动反应谱特性周期为0.35s。

地道洞身基底处路基专业采用Ф0.4m，间距2.2m的管桩进行处理，路基设计承载力达150KPa以上。通道施工前，基底为桩帽结构+0.5m厚碎石垫层+0.1m中粗砂垫层夹二层土工格栅。施工地道时，需要挖除侵入地道结构的部分碎石垫层，然后如下施工：夯实基底后，设置300mm厚砂夹碎石；其上铺筑0.2m的C20砼垫层，做防水层后浇筑地道结构。段施工顺序如下：底板―底板防水―翼墙―翼墙刚性防水―顶板―顶板防水―外墙防水―回填。

2 出站地道沉降情况及沉降原因分析

2.1 出站地道沉降情况

某出站地道施工完成后7个月后发现地下通道出现局部的开裂和下沉现象。开裂渗流情况如下：（1）地下通道左侧转角平台处顶板变形缝处存在长度0.5m范围渗水；（2）地下通道集水井左侧0.8米处存在从顶板向腹板发育的裂缝并出现渗水痕迹；（3）地下通道右侧转角平台底板沉降缝位置出现错台裂缝现象。

根据观测，该出站地道沉降和开裂的情况示意图见图1所示。为之对该出站地道进行了分区域埋设沉降观测标观测。在观测地道内部数据的同时，对地道范围内地表沉降观测点也进行了观测，无明显变化，已经铺设的轨道板未见裂纹发育。

2.2 出站地道沉降原因分析

根据该出站地道沉降观测资料及地质情况，通道处预压产生了过大的变形；同时在后期的施工过程中地基承载力不足引起的持续沉降造成巢湖东站出站地道局部沉降和开裂。

3 出站地道沉降开裂处置方案

3.1 整体处置原则及处置方案

鉴于该出站地道沉降开裂的情况及沉降和开裂的原因，为确保该通道的安全运营，弥补地基承载力的不足，拟对地下通道采用高压旋喷注浆加固，增强桩间土的强度及提高管桩承载力。该出站地道沉降、开裂处置方案见图2所示。高压旋喷加固范围为地下通道范围内的桩间土，加深度深入岩层为至。

3.2 高压喷射注浆法施工

高压喷射注浆法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水、（空气）成为20～40MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个圆柱状固结体（即旋喷桩），以达到加固地基或止水防渗的目的。

喷射方法采用三重管法。三重管法是一种浆液、水、气喷射法，使用分别输送水、气、浆液三种介质的三重注浆管，在以高压泵等高压发生装置产生高压水流的周围环绕一股圆筒状气流，进行高压水流喷射流和气流同轴喷射冲切土体，形成较大的空隙，再由泥浆泵将水泥浆以较低压力注入到被切割、破碎的地基中，喷嘴作旋转和提升运动，使水泥浆与土混合，在土中凝固，形成较大的固结体，其加固体直径可达2m。

喷射注浆法的加固半径和许多因素有关，其中包括喷射压力P、提升速度S、被加固土的抗剪强度τ、喷咀直径d和浆液稠度B。加固范围与喷射压力P、喷咀直径d成正比，与提升速度S、土的抗剪强度τ和浆液稠度B成反比。加固体强度与单位加固体中的水泥掺入量和土质有关。高压喷射注浆的成桩机理包括以下五种作用：

（1）高压喷射流切割破坏土体作用。喷射流动压以脉冲形式冲击破坏土体，使土体出现空穴，土体裂隙扩张。

（2）混合搅拌作用。钻杆在旋转提升过程中，在射流后部形成空隙，在喷射压力下，迫使土粒向着与喷嘴移动方向相反方向（即阻力小的方向）移动位置，与浆液搅拌混合形成新的结构。

（3）升扬置换作用（三重管法）。高速水射流切割土体的同时，由于通入压缩气体而把一部分切下的土粒排出地上，土粒排出后所留空隙由水泥浆液补充。

（4）充填、渗透固结作用。高压水泥浆迅速充填冲开的沟槽和土粒空隙，析水固结，还可渗入砂层一定厚度而形成固结体。

（5）压密作用。高压喷射流在切割破碎土层过程中，在破碎部位边缘还有剩余压力，并对土层可产生一定压密作用，使旋喷桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。

3.3 工艺流程

（1）施工前准备工作

在设计文件提供的各种技术资料的基础上作补充工程地质勘探，进一步了解各施工工点地基土的性质、埋藏条件。准备充足的水泥加固料和水。水泥的品种、规格、出厂时间经试验室检验符合国家规范及设计要求，并有质量合格证。严禁使用过期、受潮、结板、变质的加固料。一般水泥为425号普通硅酸盐水泥。水要干净，酸碱度适中，pH值在5～10之间。根据补充勘探资料，在选择的试验工点加固范围内的各代表性地层用薄壁取土器采取必需数量的原状土送试验室，对取得的土样在进行试验之前应妥善保存，使土样的物理和化学性能尽可能保持不变。室内配合比试验。根据设计要求的喷浆量或现场土样的情况，按不同含水量设计并调整几种配合比，通过在室内将现场采取的土样进行风（烘）干、碾碎，过2～5mm筛的粉状土样，按设计喷浆量、水灰比搅拌、养护、力学试验，确定施工喷浆量、水灰比。一般水灰比可取1.0～1.5。为改善水泥土的性能、防沉淀性能和提高强度，可适当掺入木质素磺硫钙、石膏、三乙醇胺、氯化钠、氯化钙、硫酸钠、陶土、碱等外掺剂。若试验之前土样的含水量发生了变化，应调整为天然含水量。试桩试验。根据室内试验确定的施工喷浆量、水灰比制备水泥浆液在试验工点打设数根试桩，并根据试桩结果，调整加固料的喷浆量，确定搅拌桩搅拌机提升速度、搅拌轴回转速度、喷入压力、停浆面等施工工艺参数。根据施工现场实际情况，施作临时排、截水设施，利用罐车将排除泥浆外运。按设计要求完成施工放样，定出桩位，用白石灰作出明显标识。

（2）施工工艺

采用地质钻机，在通道底板钻孔，布设导向管，开孔直径Φ89。钻机定位。移动旋喷桩机到指定桩位，将钻头对准孔位中心，同时整平钻机，放置平稳、水平，钻杆的垂直度偏差不大于1%～1.5%。就位后，首先进行低压（0.5MPa）射水试验，用以检查喷嘴是否畅通，压力是否正常。制备水泥浆。桩机移位时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆。首先将水加入桶中，再将水泥和外掺剂倒入，开动搅拌机搅拌10～20分钟，而后拧开搅拌桶底部阀门，放入第一道筛网（孔径为0.8mm），过滤后流入浆液池，然后通过泥浆泵抽进第二道过滤网（孔径为0.8mm），第二次过滤后流入浆液桶中，待压浆时备用。钻孔（三重管法）。当采用地质钻机钻孔时，钻头在预定桩位钻孔至设计标高（预钻孔孔径为15cm）。插管。当采用旋喷注浆管进行钻孔作业时，钻孔和插管二道工序可合而为一。当第一阶段贯入土中时，可借助喷射管本身的喷射或振动贯入。其过程为：启动钻机，同时开启高压泥浆泵低压输送水泥浆液，使钻杆沿导向架振动、射流成孔下沉；直到桩底设计标高，观察工作电流不应大于额定值。三重管法钻机钻孔后，拔出钻杆，再插入旋喷管。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可用较小压力（0.5～1.0MPa）边下管边射水。提升喷浆管、搅拌。喷浆管下沉到达设计深度后，停止钻进，旋转不停，高压泥浆泵压力增到施工设计值（25MPa），坐底喷浆30s后，边喷浆，边旋转，同时严格按照设计和试桩确定的提升速度提升钻杆。在达到设计深度后，接通高压水管、空压管，开动高压清水泵、泥浆泵、空压机和钻机进行旋转，并用仪表控制压力、流量和风量，分别达到预定数值时开始提升，继续旋喷和提升，直至达到预期的加固高度后停止。桩头部分处理。当旋喷管提升接近桩顶时，应从桩顶以下1.0m开始，慢速提升旋喷，旋喷数秒，再向上慢速提升0.5m，直至桩顶停浆面。若遇砾石地层，为保证桩径，可重复喷浆、搅拌：按上述4～6步骤重复喷浆、搅拌，直至喷浆管提升至停浆面，关闭高压泥浆泵（清水泵、空压机），停止水泥浆（水、风）的输送，将旋喷浆管旋转提升出地面，关闭钻机。清洗。向浆液罐中注入适量清水，开启高压泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干净。并将粘附在喷浆管头上的土清洗干净。移位。移动桩机进行下一根桩的施工。补浆。喷射注浆作业完成后，由于浆液的析水作用，一般均有不同程度的收缩，使固结体顶部出现凹穴，要及时用水灰比为1.0的水泥浆补灌。

（3）推荐的主要施工技术参数及主要机具设备

法浆液压力0.2～0.8MPa，浆液比重1.60～1.80，压缩空气压力0.7～1.0MPa，高压水压力25～28MPa。主要机具设备见表1所示。

3.4 开裂补强及渗流处置方案

本着不破坏砼结构受力和外观的前提下，顶板采用无损贴嘴灌浆的方法进行处理。侧墙采用凿槽引排并埋设引水半管的处理方式。在处理这类渗水裂缝的过程中采用高渗透改性环氧浆材，灌浆施工工艺采用打斜孔埋管和无损贴嘴灌浆的方法，裂缝处理的效果满足设计的质量要求。 地下通道梅花形布置50个观测点，定期对其进行观测，确定地下通道结构完全稳定后进行缺陷处理。地下通道混凝土裂缝进行化学灌浆处理的目的主要是进行防渗堵漏和补强加固。防渗堵漏要求缝面灌注后具有较高的抗渗性和抗老化性，能阻止外来水汽碳化混凝土和锈蚀钢筋，满足结构耐久性和安全运行；补强加固要求缝面浆液固化后有较高的粘接强度，最终要求能恢复混凝土结构的整体性。目前裂缝处理一般采用高渗透改性环氧浆材。遵循先排查后治理原则，利用脚手架作为施工平台，采用电锤、压浆机等工具进行施工。同时，对工人做好安全和技术交底，并做好物资保障工作。

（1）顶板砼缺陷裂缝处理

采用无损贴嘴法进行渗水裂缝处理，无损贴嘴法的工艺特点：不破坏混凝土的整体性，适合中薄型结构的裂缝处理。由于从缝的表面进行打磨冲洗，可避免微细粉尘对灌浆的影响，从缝口进浆可灌性得到了保证。使“以浆赶水”，多点依序同步灌浆成为可能。贴嘴封缝、采用多点同步灌浆的无损灌浆工艺，可在不破坏混凝土结构的条件下极大地提高可灌性，裂缝的灌入深度也能满足要求，加上使用低黏度、低收缩的化灌浆材，达到了“堵水、保护钢筋、恢复结构的整体性”的效果。工艺简单、复灌率低，节约昂贵的化学浆材，降低了成本，加快了施工进度。采用无损贴嘴法进行渗水裂缝处理工艺流程如下：注浆嘴加工打磨冲洗裂缝描述贴嘴封缝封缝检查灌浆注浆嘴清除质量检查。

（2）侧墙砼缺陷裂缝处理

采用凿槽引排法进行渗水裂缝处理，其工艺流程如下：表面清洗凿槽埋管填封刷浆找平养护。其操作要点如下：

把裂缝左右约10cm的混凝土表面清洗干净，找到缝隙的位置及水源；人工凿出深度为6cm的槽，凿成内大6cm外小4cm的倒梯形槽，保证外敷防水层有2-3cm厚。在槽底埋设φ50弹簧半管直至侧墙底部，用锌铁皮固定，侧墙底部至地下通道集水井用φ50PVC管连接；针对裂缝处理处，采用防水砂浆封填；等防水砂浆达到强度后，喷湿修复区域，刷1：2普通砂浆找平，厚度为0.5-0.8cm。在14天内进行喷水养护。425普通硅酸盐水泥：BR增强型防水剂：BR2专用粉：砂：水=1 ： 0.14 ： 0.03 ： 1 ： 0.35。

3.5 质量保证措施

严格实行质量责任制，坚决做到奖优罚劣，规范化施工，实行持证上岗。实行施工质量责任挂牌制，注明管理者、操作者，谁施工谁负责。严格材料采购、检验制度，无检验材料严禁进入施工现场。

施工控制中的技术保证：施工前，施工技术负责人组织施工人员及管理人员仔细阅读施工方案，明确施工技术重难点，并进行技术交底。凿槽、钻孔时方向必须准确控制，以保证孔、槽的方向正确，发现偏斜超过要求，及时纠正。

安全技术措施：施工操作人员进入现场时必须佩戴安全帽，电工、电焊工必须穿绝缘鞋。电源接线连接必须规范。现场施工配置专职安全员，负责现场的安全管理工作，并建立安全保证体系。对各种施工机具要定期进行检查和维修保养，以保证使用的安全，所有施工机械由专人负责，其他人不得擅自操作。

3 结 论

在建南方湖相沉积地层的某火车出站地道地层从上至下为淤泥质粉质粘土、粉质粘土和粉质粘土夹粗角砾，其下为泥岩、泥质砂岩；粉质粘土夹粗角砾和其下的泥岩、泥质砂岩成高低起伏的不整合接触。地质复杂多变导致桩基承载力差异大。地质复杂多变导致桩基承载力差异大地层，采用泥土采用桩帽结构，整体性差。该地下通道区内的地下水主要为孔隙潜水，一般0.4～0.9m，水量充沛，受大气降水及地表径流补给，随季节变化不大。同时，今年雨季长，雨量大。 受以上条件限制，同时，通道处预压卸荷后粘土反弹，局部土变形，孔隙增加。因此，极端气候加地质，工程特点造成反弹土浸水承载力降低，造成该出站地道局部沉降和开裂。针对我国南方某建于湖相沉积地层中的新建火车站出站地道因地基承载力不足而引起的持续沉降造成的地道结构局部沉降和开裂情况，在分析其沉降观测资料基础上，提出并实施了高压旋喷注浆加固增强桩间土强度及提高管桩承载力的技术措施，弥补了地基承载力的不足。以上对湖相沉积地层地下通道沉降、开裂原因的分析及处置措施，对今后同类工程的施工具有十分重要的借鉴意义。

参考文献：

[1]杜宏保. 黄土地质条件下浅埋暗挖施工地表沉降控制及工程应用[D].西安建筑科技大学，2009.

[2]张明，潘炳玉. 地下通道开挖引起临近地铁隧道回弹位移分析[J]. 科学技术与工程，2014，28：284-287.

[3]赵杰，邓林艳，刘道勇. 某填海工程海上通道固结变形及沉降监测分析[J]. 辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2015，01：37-42.

[4]秦世伟，王涛，周艳坤. 地下通道开挖对邻近条形基础的影响[J]. 四川建筑科学研究，2014，06：130-134.

[5]张超，陈盼，韦昌富，黄振育. 城市地下通道工程安全监测[J]. 土工基础，2014，06：23-26.

[6]许榕，程桦，王恒. 浅析合肥市四牌楼地下通道沉降规律[J]. 安徽建筑，2012，03：112-114.

[7]王强，李永森，赵杰. 某地下通道施工动态监测与数值模拟分析[J]. 地下空间与工程学报，2011，01：139-143+149.

[8]张志铖，蔡干序，周小俊，刘松. 地下过街通道工程对既有地铁隧道影响分析[J]. 江苏建筑，2011，S1：62-64+89.

[9]杜俊，梅志荣，张军伟. 厦门淤泥地层大跨度浅埋暗挖地下通道三维变形分析[J]. 现代隧道技术，2010，01：29-35.

[10]陈聪，郑新定，陈扬勋，王超，钟世华，贺斌. 武汉首例矩形顶管地铁出入口施工监测及数值模拟分析[J]. 隧道建设，2013，05：354-361.

[11]董新平，周顺华，高万春，肖红渠. 地下通道开挖宽度对地表沉降的影响[J]. 地下空间与工程学报，2005，03：419-422.