一种补偿地铁隧道下穿导致建筑沉降的软弱夹层注浆抬升方法与流程

本发明涉及城市地下隧道工程技术领域，特别涉及了一种补偿地铁隧道下穿导致上层建筑沉降的软弱夹层注浆抬升方法。

背景技术

1.由于地质历史的原因，滨海地区地层往往呈现为软弱夹层型，或软硬互层型。因此，在我国很多海滨城市(如天津，等)，地铁隧道开挖过后，上覆地层往往产生较大的沉降，严重损坏附着在其上的构筑物或建筑物。

2.为了避免过大沉降导致的后果，最为有效的措施是在隧道顶部的覆盖层中选定某一软弱层，然后通过该软层采用压力注浆将隧道地表抬升至沉降前或预测设计高度，抵消隧道开挖后上覆地层在应力调整过程中产生的下沉。

3.但大量基于软层的注浆抬升实践发现，在抬升结束后，注浆过的软弱层在上覆地层应力场调整及建筑荷载的作用下向四周滑溜逃逸，注浆层变薄甚至消失，不但无法达到抬升地表的效果，反而导致了更大的沉降。

4.由于软层注浆抬升的不成功，目前采用通过硬地层注浆实现抬升。基于硬层注浆抬升呈现出如下缺陷：①所需注浆压力是软弱层注浆压力的4倍以上；②对注浆设备要求高，施工难度及风险大；③高压注浆严重破坏天然地层的结构，给地面极其建筑物留下永久性安全隐患；④高压浆液经常贯穿抬升层进入软弱层，跑浆量大，耗时耗力耗材料，代价昂贵，总体效果差。

因此，急需开发一种有效的补偿地铁隧道下穿导致建筑沉降的注浆抬升方法。

名词解释：加密孔距、少灌多复：即采用加密孔距减小灌浆压力和次灌浆量轮灌或几孔同时灌注增加复灌次数的方法。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于解决软弱夹层注浆抬升地铁隧道下穿建筑物方法失效的问题，使基于软弱层注浆抬升成为补偿地铁隧道下穿导致建筑沉降的操作简单的有效方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种补偿地铁隧道下穿导致建筑沉降的软弱层注浆抬升方法，包括如下步骤：

步骤一：抬升注浆区域筛选：选择注浆抬升的软弱层位；确定注浆抬升的软弱层范围和软弱层加固区域；

步骤二：软弱层加固：由地表向选定的软弱层区域注入固化吸水浆料将待抬升软弱层进行预加固。

步骤三：软弱层止逃帷幕施作：从地面沿软弱层加固区域边界采用高强无收缩浆料进行压密注浆，在软弱层加固区域边界形成连续、封闭的止逃帷幕；

步骤四：软弱夹层注浆抬升：从隧道顶部或侧墙钻注浆孔对帷幕内的软弱层注入高强无收缩浆液，将地表建筑抬升到沉降前或预测设计高度。

进一步的改进，注浆抬升的软弱层位选择方法如下：当需要建筑物抬升更均匀时，选择深孔注浆；当需要建筑物抬升更快速时选择浅孔注浆(深孔注浆抬升影响范围明显大于浅孔注浆，建筑物抬升更均匀；浅孔注浆抬升量增长幅度大于深孔注浆，最终注浆率更高；最终注浆率随着软弱土层厚度的增加呈非线性减小趋势)；注浆抬升的软弱层范围为地基压力扩散角与隧道开挖影响区域的交集；软弱层加固区域包含抬升注浆区域即可。

进一步的改进，所述步骤二中，对选定的注浆抬升区域的岩土体进行预加固；加固区域与注浆抬升区域差集部分采用加密孔距、少灌多复的方法，注浆料选用高水固化浆液。

进一步的改进，所述步骤三中，在软弱层加固区域边界注浆加固完成后，即沿加固层边界外围进行压密注浆形成止逃帷幕；止逃帷幕除了封住注浆抬升软弱层外，还需稳固嵌入软弱层上、下硬层，软弱层上、下硬层止逃帷幕的深度分别为0.5～1.0倍的软弱层厚度；注浆材料为高强无收缩浆液。

进一步的改进，所述步骤四中，在注浆抬升时，注浆顺序由止逃帷幕附近开始，逐步后退往软弱层的中间推进，最后在中间合拢。

进一步的改进，所述固化吸水浆料为水玻璃配比0.5水泥－水玻璃浆液，其中，采用p042.5普通硅酸盐水泥，模数3.4、浓度35°be’的水玻璃；注浆压力控制在1.5～2.5mpa。

进一步的改进，所述步骤三中，高强无收缩浆料为水灰比0.45加固型tgrm灌浆材料；软弱层上、下硬层硬层中注浆压力控制在1.0～1.5mpa，软弱层注浆压力控制在0.5～1.2mp。

具体的，所采用的方案包括以下四个步骤：

步骤一：抬升注浆区域筛选：根据建筑物对抬升程度的要求，依据场地地层综合柱状图，选择待注浆软弱地层；由地基压力扩散角与隧道开挖影响范围的交集确定软弱层中的注浆抬升区域。

步骤二：软弱夹层加固：按照抬升注浆区域确定软弱层加固范围，通过地表钻机成孔，注入固化吸水浆液对软弱层岩土体进行预加固。

步骤三：地层止逃帷幕施作：沿被注浆加固软弱层的边界外围，通过地表钻孔注入高强无收缩浆液，在待注浆抬升软弱层四周形成连续封闭止逃帷幕。在高度上，帷幕除了贯穿软弱层外，还需要嵌入其相邻上、下硬层中各0.5～1.0倍软弱层厚度的深度。

步骤四：软弱夹层注浆抬升：通过隧道顶部和侧墙注浆孔，从止浆帷幕附近开始，从边缘往中间对软弱层逐孔注入高强无收缩浆液，将地表抬升至沉降前高度或预测所要求的高度。

本发明所采用的技术方案具有以下有益效果：

1、建筑物及上覆地层下沉时，止逃帷幕挡住软弱夹层向四周滑溜逃脱，避免注浆抬升层变薄而发生过大沉降现象；

2、有效实现在软弱土层中注浆以抬升建筑物，减轻注浆抬升损伤原生地基，降低对抬升注浆设备的要求及施工难度，避免了相关风险；

3、软弱层预加固及抬升使用高水固化浆液，可降低软弱夹层含水率，降低后期抬升注浆产生的超孔隙水压力，提高注浆率；

4、注浆施工可以与地铁隧道开挖施工可同时进行，避免因注浆而导致的隧道开挖施工效率降低。

附图说明

图1为本发明实施例中软弱夹层加固注浆剖面示意图；

图2为本发明实施例中软弱夹层加固注浆点平面图；

图3为本发明实施例中地层止逃帷幕施作剖面示意图；

图4为本发明实施例中地层止逃帷幕施作注浆点平面图；

图5为本发明实施例中软弱夹层抬升注浆横向剖面示意图；

图6为本发明实施例中软弱夹层抬升注浆纵向剖面示意图；

图中：1、建筑物；2、杂填土；3、硬质地层；4、软弱夹层；5、隧道；6、隧道开挖影响范围扩散角；7、注浆点；8、建筑基地压力扩散角；9、地层止逃帷幕。

具体实施方式

下面以某市地铁3号线某暗挖段下穿该市重点保护历史建筑为例，结合附图进一步说明其技术方案。

某市重点保护历史建筑建于1934年，为六层砖混结构。基础为长45m，宽42m的矩形筏板基础，埋深约3.0m。受海进海退的影响，城区地层为有规律的沉积层。地层柱状图显示，从近地表往深处，地层组成依次为，人工填土层→零星的新近沉积层→海陆交互相沉积层。开挖扰动后容易发生较大沉降。地铁隧道开挖跨度6.2m，隧道拱顶覆盖层厚度为20.51m。隧道轴向垂直于建筑物长度方向。

为保证隧道穿越该栋楼的安全采用注浆抬升方法，具体施工步骤如下：

(1)抬升注浆软弱层选择：为保护该重点保护历史风貌建筑，采用深孔注浆，以满足均匀性抬升的要求。经比较，选择厚度为1.2m，孔隙比为1.03的淤泥质粉质黏土层，顶部距离地表9.5m，如图1、图2所示。上部建筑对地层影响范围根据《建筑地基基础设计规范》确定，隧道开挖影响范围由隧道开挖影响扩散角确定。若αi为第i层岩土沉降影响面与水平面的夹角，则在粘土层中在富水砂性土层(为土层内摩擦角)。计算得抬升注浆区域边界为基础各边界向外平移3.5m。

(2)软弱层加固：如图3、图4所示，对以上确定作为注浆抬升区的软弱层加固。采用hd452d潜孔钻机成孔，通过中空钻杆内注浆的方法进行劈裂注浆。钻孔深度为软弱层中部深度，钻孔直径100mm，钻孔呈多排梅花形布置，开钻前的钻头点位与布孔点之距相差不得大于2cm，钻杆角度根据需要布置且偏差不大于1°。间隔跳孔，且相邻钻孔注浆时间间隔不小于60min，出浆孔在软弱夹层中部水平方向梅花形布置，同排出浆口孔中心间距5.0m，相邻两排出浆口孔中心间距4.8m，四周出浆口距地层止逃帷幕1.8m。注浆材料为水玻璃配比0.5水泥－水玻璃浆液，采用p042.5普通硅酸盐水泥，模数3.4、浓度35°be’的水玻璃。注浆压力控制在1.5～2.5mpa。

(3)止逃帷幕施作：沿待注浆抬升层软弱层加固边界外围通过压密注浆施作贯穿待抬升层且分别镶入上下硬层0.6m、总高度为2.4m的止逃帷幕。采用hd452d潜孔钻机成孔，通过中空钻杆内注浆的方法进行上行式压密注浆，分段长度设为0.6m，钻孔深度为地层止逃帷幕底部设计深度，钻孔直径100mm，钻孔孔中心间距1.8m。开钻前的钻头点位与布孔点之距相差不得大于2cm，钻杆竖直且角度偏差不大于1°。注浆高度为地层止逃帷幕设计高度，间隔跳孔，且相邻钻孔注浆时间间隔不小于20min。注浆材料为水灰比0.45加固型tgrm灌浆材料。硬层中注浆压力控制在1.0～1.5mpa，软层注浆压力控制在0.5～1.2mpa。

(4)注浆抬升：如图5、图6所示。根据预测，隧道开挖导致的沉降量在14mm左右。因为该淤泥质粉质黏土层上覆荷载小于100kpa，所以采用一次性连续注浆抬升14mm。采用txu150型钻注浆孔，钻孔直径90mm。出浆孔在软弱夹层中水平方向多排梅花形布置，同一水平面同排出浆口孔中心间距1.6m，相邻两排出浆口孔中心间距1.5m，四周出浆口距止逃帷幕0.5m。在注浆抬升平面方向上采用跳孔间隔、由外向里的注浆顺序。注浆材料为水灰比0.4加固型tgrm灌浆材料。注浆压力控制在1.0～1.5mpa。