襯背注漿及其監(jiān)控量測(cè)技術(shù)

襯背注漿及其監(jiān)控量測(cè)技術(shù)第五軌道交通工程隊(duì)

——呂巖目錄一、工程簡(jiǎn)介二、襯背注漿2.1同步注漿2.2二次注漿三、監(jiān)控量測(cè)3.1變形監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)3.2橋梁及周圍建筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)3.3地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)3.4隧道隆沉監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置3.5數(shù)據(jù)整理、分析及反饋3.6監(jiān)測(cè)頻率3.7監(jiān)測(cè)工作報(bào)警指標(biāo)3.8監(jiān)測(cè)成果提交2#盾構(gòu)始發(fā)井DK38+359位于東莞市大朗鎮(zhèn)大井頭村，施工左線隧道長(zhǎng)2925m，盾構(gòu)機(jī)于2012年8月始發(fā)，至2014年6月掘進(jìn)870環(huán)。隧道區(qū)間地質(zhì)復(fù)雜，全斷面軟巖、上軟下硬、全斷面硬巖交替出現(xiàn)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合地層，地表房屋密集，沿線房屋覆蓋率高達(dá)90%，且多為老舊無基礎(chǔ)的土磚房，道路空間狹小，地表注漿加固困難，因此盾構(gòu)掘進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)極大。一、工程簡(jiǎn)介1#盾構(gòu)井2#盾構(gòu)井風(fēng)井左線左線1#盾構(gòu)始發(fā)井DK33+951位于東莞市大朗鎮(zhèn)黎貝嶺村，施工左線隧道長(zhǎng)1452m，盾構(gòu)機(jī)于2011年11月始發(fā)，2014年4月貫通。隧道區(qū)間以全斷面硬巖為主，巖石硬度平均在80MPa以上，隧道最大埋深42m，縱坡24.4‰，地下水豐富，因此盾構(gòu)掘進(jìn)困難。土壓平衡盾構(gòu)機(jī)大朗鎮(zhèn)大井頭村盾構(gòu)左線盾構(gòu)右線30米邊界線掘進(jìn)方向地表密集房屋密集的建筑群狹小的街道和簡(jiǎn)易、脆弱的老舊房屋二、襯背注漿由于盾構(gòu)機(jī)刀盤的開挖直徑大于管片外徑，管片拼裝完畢并脫出盾尾后，與土體間形成一個(gè)環(huán)形間隙，簡(jiǎn)稱施工間隙。施工間隙如果不及時(shí)得到填充，勢(shì)必造成地層變形，使相鄰地表的建筑物、構(gòu)筑物沉降或隧道本身偏移。因此襯背注漿是盾構(gòu)法中必不可少的關(guān)鍵性輔助工法，合理的襯背注漿是盾構(gòu)掘進(jìn)施工安全順利的保證。襯背注漿目的：1.控制地表沉降2.控制管片的穩(wěn)定性3.提高隧道抗?jié)B能力4.預(yù)防盾尾水源流入密封土倉而造成噴涌襯背注漿形式:1.同步注漿2.二次注漿2.1同步注漿同步注漿是通過同步注漿系統(tǒng)及盾尾的注漿管，在盾構(gòu)向前推進(jìn)盾尾空隙形成的同時(shí)進(jìn)行。漿液在盾尾空隙形成的瞬間及時(shí)起到充填作用，從而使周圍巖體獲得及時(shí)的支撐，可有效地防止巖體的坍陷，控制地表的沉降。在地層穩(wěn)定性差，采用EPB模式掘進(jìn)時(shí)，同步注漿的重要意義更為明顯。理論注漿方量：Q=（8.862-8.52）/4*3.14*1.6=7.8m3實(shí)際注漿方量：Q1=Q*α

α—注入率，一般為130%—180%漿液配比及主要物理力學(xué)指標(biāo)地層軟土層上軟下硬全斷面硬巖注入率α1.51.41.1實(shí)際注漿方量11-12m310-11m38-9m3水泥粉煤灰砂膨潤(rùn)土水初凝時(shí)間7d強(qiáng)度（MPa）壓注效果硬巖段1204206701004004～6h＞2不常堵管軟土段904507001003706～8h＞2不常堵管良好的漿液性能體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1、漿液充填性好；2、漿液和易性好；3、漿液初凝時(shí)間適當(dāng)，早期強(qiáng)度高，漿液硬化后體積收縮率??；4、漿液稠度合適，以不被地下水過度稀釋為宜。注漿壓力控制：同步注漿壓力一般為3-5bar1、不得大于尾盾密封壓力2、不得大于管片能承受的最大壓力3、根據(jù)管片脫出盾尾后的位移情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整4、根據(jù)地表建筑物沉降情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整2.2二次注漿二次注漿在復(fù)合地層盾構(gòu)施工尤為重要，使管片背后填充密實(shí)且漿液能在短時(shí)間瞬凝和提高漿液的早期強(qiáng)度，讓管片和土層快速成為一個(gè)整體使其均勻受力。具有固定管片、防止隧道滲漏水、防止地表沉降、防止管片上浮的作用。二次注漿是以彌補(bǔ)一次注漿缺陷為目的進(jìn)行的注漿。具體作用如下：

1.補(bǔ)足一次注漿未充填的部分；

2.補(bǔ)充由漿體收縮引起的體積減??；

3.以防止周圍地層松弛范圍擴(kuò)大為目的的補(bǔ)充。由于本段盾構(gòu)施工地下水豐富，二次注漿采用水泥漿與水玻璃的混合漿液，膠凝時(shí)間控制在15s，注漿壓力小于5bar。工程實(shí)例實(shí)例：盾構(gòu)掘進(jìn)至全斷面硬巖段時(shí)，由于地下水豐富，管片出現(xiàn)上浮，成環(huán)管片頂部連續(xù)數(shù)環(huán)出現(xiàn)1cm左右的錯(cuò)臺(tái)。措施：1.調(diào)整同步注漿漿液配比，縮短漿液膠凝時(shí)間，及時(shí)固定管片2.再次復(fù)緊螺栓，固定管片，防止錯(cuò)臺(tái)繼續(xù)增大3.管片底部放水，減小水壓，防止錯(cuò)臺(tái)繼續(xù)增大4.管片頂部進(jìn)行二次注漿，直到底部有漿液流出三、監(jiān)控量測(cè)地表監(jiān)測(cè)是為了預(yù)測(cè)在施工過程中對(duì)地層的不同擾動(dòng)程度。地層中的應(yīng)力擾動(dòng)區(qū)延伸及擴(kuò)散，有可能引起地表、附近重要或高大建筑物產(chǎn)生沉降、隆起或傾斜，根據(jù)地表監(jiān)測(cè)成果及時(shí)反饋信息指導(dǎo)和控制施工。同時(shí)為盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中正確調(diào)整技術(shù)參數(shù)提供信息，優(yōu)化設(shè)計(jì)及施工參數(shù)，使隧道施工時(shí)達(dá)到優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟(jì)合理、施工快捷的目的。地表監(jiān)測(cè)的意義在于：使工程施工在可靠狀態(tài)，滿足設(shè)計(jì)及施工要求，使工施工過程中的地表允許隆陷值（＋10/-30mm）。序號(hào)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目位置或監(jiān)測(cè)對(duì)象測(cè)點(diǎn)布置（個(gè)、孔）測(cè)點(diǎn)布置儀器設(shè)備1基準(zhǔn)點(diǎn)的布置施工影響范圍外的穩(wěn)固地區(qū)10整線越，按每左右范圍內(nèi)布置一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，共10個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)切割機(jī)、混凝土、基準(zhǔn)點(diǎn)2監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置施工影響范圍內(nèi)的建筑物及隧道管片2500+1760房屋及橋梁約2500個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)隧道隆沉約1760個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)沖擊鉆、監(jiān)測(cè)點(diǎn)3橋梁沉降監(jiān)測(cè)施工影響范圍內(nèi)的橋梁6每個(gè)橋墩布置1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)電子水準(zhǔn)儀4地表沉降監(jiān)測(cè)施工影響范圍內(nèi)的地表每監(jiān)測(cè)斷面約10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)每一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，通過既有建筑物時(shí)，按一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)及監(jiān)測(cè)電子水準(zhǔn)儀5房屋沉降監(jiān)測(cè)施工影響范圍內(nèi)的房屋2500每個(gè)房屋平均5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，總過穿越約500棟房屋電子水準(zhǔn)儀6隧道隆起、沉降左右兩條隧道管片上1760每隔布置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)電子水準(zhǔn)儀莞惠城際軌道GDK38+359.000～GDK33+951.219段監(jiān)測(cè)內(nèi)容表

3.1變形監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)在隧道基坑影響范圍外、穩(wěn)固的地方按約500m左右范圍布置一個(gè)沉降基準(zhǔn)點(diǎn)，共布置10個(gè)沉降基準(zhǔn)點(diǎn)。具體的布置位置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定?；鶞?zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)，一般采用鉆孔灌注法，標(biāo)石底部應(yīng)埋設(shè)在天然致密層以下，并澆注混凝土基礎(chǔ)。也可借助于既有環(huán)境，利用基巖或堅(jiān)固的永久性建筑物上鑿埋標(biāo)志；對(duì)符合高程基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)技術(shù)要求的平面控制點(diǎn)，也可以合理選用。在建筑區(qū)內(nèi)，點(diǎn)位與鄰近建筑物的距離應(yīng)大于建筑物基礎(chǔ)寬度的2倍，其埋深應(yīng)大于鄰近建筑物基礎(chǔ)的深度。常用巖層與土層沉降、水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)示意圖如圖所示：常用基準(zhǔn)點(diǎn)示意圖3.2橋梁及周圍建筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)盾構(gòu)施工穿越橋梁及大量的房屋建筑群，考慮到盾構(gòu)施工時(shí)候，地層會(huì)有部分脫空，地表會(huì)出現(xiàn)沉降，會(huì)對(duì)周圍的橋梁、建筑物等產(chǎn)生一定的影響，橋梁、房屋監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置示意圖如圖所示:“L”字型水平埋入點(diǎn)橋梁、房屋監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)示意圖3.3地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)在隧道施工影響范圍內(nèi)的地表布設(shè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)位置如圖所示，整個(gè)監(jiān)測(cè)路線中，按設(shè)計(jì)要求，每30米布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，過既有建筑物時(shí)加密，按每10米布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)示意圖3.4隧道隆沉監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置為了解隧道的變形情況，在隧道拼裝管片后，在隧道的管片頂部或底部布置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在注漿過程中，地層脫空，以及隧道底部的土體消失，底部壓力減小，隧道底部隆起變形，了解在施工完畢后隧道的變形情況，預(yù)防管片受力不均與產(chǎn)生變形，影響隧道的正常使用，在管片拼裝后布置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。隧道變形監(jiān)測(cè)范圍示意圖隧道沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)新建、既有橋梁，既有建筑物及地表的沉降監(jiān)測(cè)，為了提高監(jiān)測(cè)精度，應(yīng)按以下規(guī)定進(jìn)行：1）擔(dān)任長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的工作人員固定，以利于工作的連續(xù)性和掌握工作的全過程；2）測(cè)量?jī)x器及測(cè)量線路、順序需固定；3）對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量應(yīng)選擇在凌晨以后氣溫變化較為穩(wěn)定、車流量較小的時(shí)段進(jìn)行，以盡量消除因氣溫變化、車輛振動(dòng)所引起的誤差；4）測(cè)量人員必須精通測(cè)量專業(yè)知識(shí)和相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，具有變形觀測(cè)方案實(shí)施能力；5）測(cè)量?jī)x器必須滿足相應(yīng)的精度要求，且在使用前須使各項(xiàng)計(jì)量特性得到確認(rèn)。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)時(shí)，一般采取下列措施減小誤差，保證監(jiān)測(cè)精度；6）觀測(cè)在儀器檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行，且避免在測(cè)站和標(biāo)尺有振動(dòng)時(shí)進(jìn)行；7）盡量選擇在每一天同一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)堅(jiān)持四固定原則，即：施測(cè)人員固定，測(cè)站位置固定，測(cè)量延續(xù)時(shí)間固定，施測(cè)順序固定；8）每隔30天用精密水準(zhǔn)測(cè)量的方法進(jìn)行基點(diǎn)與水準(zhǔn)點(diǎn)的聯(lián)測(cè)，其誤差不得超過±0.6mm（n為測(cè)站數(shù)）。3.5數(shù)據(jù)整理、分析及反饋盾構(gòu)施工監(jiān)測(cè)的所有數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)整理并繪制成有關(guān)的圖表，施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整理和分析必須與盾構(gòu)的施工進(jìn)度、參數(shù)采集相結(jié)合，大多數(shù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的實(shí)測(cè)值的變化與時(shí)間與空間位置有關(guān)，因此，在時(shí)程曲線上要盡量表明盾構(gòu)推進(jìn)的位置，而在縱向和橫向沉降槽曲線、深層沉降和水平位移曲線等的圖表上面，要繪出典型工況和典型時(shí)間點(diǎn)的曲線。采用比較法、作圖法和數(shù)學(xué)、物理模型，分析各監(jiān)測(cè)物理量值大小、變化規(guī)律、發(fā)展趨勢(shì)，以便對(duì)工程的安全狀態(tài)和應(yīng)采取的措施進(jìn)行評(píng)估決策。繪制測(cè)點(diǎn)時(shí)間位移曲線散點(diǎn)圖和距離位移曲線散點(diǎn)圖。如果位移的變化隨時(shí)間而漸趨穩(wěn)定，說明隧道結(jié)構(gòu)及周圍土層處于穩(wěn)定狀態(tài)，如圖中的正常曲線。圖中的反常曲線中，出現(xiàn)了反彎點(diǎn)，這說明位移出現(xiàn)反常的急驟增長(zhǎng)現(xiàn)象，表明隧道結(jié)構(gòu)體系已呈不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)立即采取措施進(jìn)行處理。在取得足夠的數(shù)據(jù)后，還應(yīng)根據(jù)散點(diǎn)圖的數(shù)據(jù)分布狀況，選擇合適的函數(shù)，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，以預(yù)測(cè)下一步土體的變形和位移。時(shí)間-位移曲線和距離-位移曲線3.6監(jiān)測(cè)頻率施工監(jiān)測(cè)工作基本上伴隨盾構(gòu)施工的全過程，盾構(gòu)施工前布置好監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并且校準(zhǔn)基準(zhǔn)網(wǎng)，監(jiān)測(cè)2次結(jié)果取平均值作為初始值。各項(xiàng)監(jiān)測(cè)工作的監(jiān)測(cè)頻率隨施工進(jìn)程而變化。序號(hào)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目位置或監(jiān)測(cè)對(duì)象監(jiān)測(cè)頻率1監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)基準(zhǔn)網(wǎng)每2個(gè)月校核一次2施工影響范圍內(nèi)橋梁、房屋等房屋、橋梁沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)掘進(jìn)面前后<20m時(shí)，測(cè)1～2次/天掘進(jìn)面前后<50m時(shí)，測(cè)1次/2天掘進(jìn)面前后>50m時(shí)，測(cè)1次/周3地表隆陷隧道施工影響范圍內(nèi)地表4隧道隆陷隧道管片當(dāng)出現(xiàn)下列情況時(shí)，監(jiān)測(cè)單位協(xié)同委托方研究加密監(jiān)測(cè)次數(shù)：（1）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到報(bào)警值。（2）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化較大或者速率較快。（3）存在勘察未發(fā)現(xiàn)的不良地質(zhì)。（4）超深、超長(zhǎng)開挖或未及時(shí)注漿等違反設(shè)計(jì)工況施工。（5）支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂。（6）周邊地面突發(fā)較大沉降或出現(xiàn)嚴(yán)重開裂。（7）鄰近建筑物突發(fā)較大沉降、不均勻沉降或出現(xiàn)嚴(yán)重開裂。（8）當(dāng)或場(chǎng)地出現(xiàn)危險(xiǎn)征兆時(shí)，對(duì)影響范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。3.7監(jiān)測(cè)工作報(bào)警指標(biāo)隧道工程發(fā)生重大事故前都有預(yù)兆，這些預(yù)兆首先反映在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，要從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)工程問題，則需通過確定監(jiān)控報(bào)警值來實(shí)現(xiàn)。而報(bào)警值的確定又是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，具體報(bào)警的大小取決于工程、工況等具體條件，又根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的重要程序不同，而有所不同。在信息化施工中，監(jiān)測(cè)后應(yīng)及時(shí)對(duì)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，判斷其穩(wěn)定性，并及時(shí)反饋到施工中去指導(dǎo)施工。在隧道工程監(jiān)測(cè)中，每一項(xiàng)監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目都應(yīng)該根據(jù)工程的實(shí)際情況、周邊環(huán)境和設(shè)計(jì)計(jì)算書，事先確定相應(yīng)的監(jiān)控報(bào)警值，用以判斷隧道結(jié)構(gòu)的受力情況、位移是否超過允許的范圍，進(jìn)而判斷隧道施工的安全性，決定是否對(duì)設(shè)計(jì)方案和施工方法進(jìn)行調(diào)整，并采取有效及時(shí)的處理措施。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)以《鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)則》的Ⅲ級(jí)管理制度作為監(jiān)測(cè)管理方式。表中：U0——實(shí)測(cè)位移值Un——允許位移值管理等級(jí)管理位移施工狀態(tài)ⅢU0＜Un/3可正常施工ⅡUn/3≤U0≤2Un/3應(yīng)注意，并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)ⅠU0＞2Un/3應(yīng)采取加強(qiáng)支護(hù)等措施根據(jù)盾構(gòu)施工設(shè)計(jì)要求，確定施工影響范圍內(nèi)的地表、橋梁、房屋監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的警戒值及控制值參考莞惠城際軌道其他標(biāo)段設(shè)計(jì)及要求同類項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，控制值及警戒值。序號(hào)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目位置或監(jiān)測(cè)對(duì)象控制值警戒值1橋梁沉降監(jiān)測(cè)橋墩10mm8mm2房屋沉降監(jiān)測(cè)房屋的四周+10mm～-30mm+8mm～-24mm3隧道隆沉管片頂部或底部+10mm～-30mm+8mm～-24mm3.8監(jiān)測(cè)成果提交在隧道施工監(jiān)控量測(cè)過程中提交如下資料：(1)公文根據(jù)監(jiān)測(cè)資料，對(duì)下一階段的變形情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，當(dāng)有危險(xiǎn)時(shí)，及時(shí)向業(yè)主及施工方提交監(jiān)控聯(lián)系單或?qū)ｉT的計(jì)算分析報(bào)告并提出合理化建議。(2)日?qǐng)?bào)每天根據(jù)施工進(jìn)度及設(shè)計(jì)要求、監(jiān)測(cè)方案進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)，并在監(jiān)測(cè)完畢后整理初步監(jiān)測(cè)成果，向施工單位反饋。(3)周報(bào)、月報(bào)將每周和每月監(jiān)測(cè)工作的進(jìn)展、儀器埋設(shè)、監(jiān)測(cè)成果圖表匯總及階段性的結(jié)論、建議匯總，并按正規(guī)報(bào)告格式提交。(4)總結(jié)報(bào)告在隧道的主體工程完成以及隧道跟蹤監(jiān)測(cè)工作結(jié)束后一個(gè)月內(nèi)提交監(jiān)測(cè)工作移交報(bào)