北京地鐵區(qū)間地層狀況分析及施工措施

1、北京某地鐵區(qū)間地層狀況分析及施工措施摘要:通過(guò)對(duì)北京地鐵四號(hào)線西直門(mén)動(dòng)物園區(qū)間暗挖隧道工程相關(guān)地層特性狀況進(jìn)行的分析,對(duì)在施工過(guò)程中采取的注漿加固施工技術(shù)措施作了簡(jiǎn)明探討,并根據(jù)具體施工實(shí)踐,提出一些體會(huì)和建議。關(guān)鍵詞:地鐵,地層,注漿加固,施工技術(shù) 本工程位于北京西城區(qū)西直門(mén)外大街,為北京地鐵四號(hào)線西直門(mén)動(dòng)物園區(qū)間隧道暗挖工程,埋深約為15.1m,隧道結(jié)構(gòu)類(lèi)型為馬蹄型標(biāo)準(zhǔn)斷面,其中隧道頂部主要位于卵礫石、粉細(xì)砂地層,在施工時(shí)需下穿高梁橋基礎(chǔ),其中隧道拱頂距橋樁基礎(chǔ)為11.6m,在施工過(guò)程中如何控制施工沉降,確保高梁橋和地面交通的安全,是施工所要達(dá)到的最主要目的。1 地質(zhì)概況 根據(jù)鉆孔揭露的地

2、層資料,按照沉積年代、成因類(lèi)型及巖性名稱(chēng),本次勘察深度范圍內(nèi)自上而下可分為人工堆積層、新近沉積層和第四紀(jì)沉積層三大類(lèi)。第四系沉積以晚更新世沖洪積層為主,現(xiàn)分述如下: 1)人工堆積層。 該層分布于標(biāo)高44.81m51.16m之間,為人工堆積之房渣土層。 2)新近沉積層。 該層分布于人工堆積層下,標(biāo)高43.59m47.76m,為新近沉積的粉土、粉細(xì)砂層。 3)第四紀(jì)沉積層。 該層分布于新近沉積層之下,標(biāo)高5.29m48.09m,分別為第四沉積的粉土,標(biāo)高為42.81m48.09m;粉細(xì)砂層,標(biāo)高為40.31m43.80m;卵礫石層、中細(xì)砂-1層,標(biāo)高為36.14m40.91m;粉質(zhì)粘土、粉土-2層

3、,標(biāo)高為31.29m34.71m;卵礫石,標(biāo)高為29.05m31.29m;粉質(zhì)粘土,標(biāo)高為16.54m22.57m;卵石圓礫層,標(biāo)高為13.65m17.97m;粉質(zhì)粘土,標(biāo)高為5.29m8.29m;卵石圓礫11,標(biāo)高為5.39m8.73m。 地下水主要分為三層:上層滯水、潛水和承壓水,具體情況見(jiàn)表1。2 區(qū)間隧道地層特性分析2.1 地層狀況 本區(qū)間隧道頂板主要位于卵石圓礫層中下部,礫石為亞圓形,級(jí)配較好,含細(xì)砂約30%,含圓礫約10%,卵石部分最大為9cm,一般為2cm4cm,礫石成分為輝綠巖、砂巖等。屬于級(jí)級(jí)圍巖。 區(qū)間隧道邊墻穿過(guò)的巖土層上部主要為粉質(zhì)粘土層、粉土-2層、卵石圓礫層及中粗砂

4、-1層;下部以卵石圓礫層、中細(xì)砂-1層,圍巖分類(lèi)均屬級(jí)級(jí)圍巖。 間隧道底板主要位于飽和的卵石圓礫層中部、局部為中細(xì)砂-1層、粉土-3層、粉質(zhì)粘土-4層,屬于級(jí)級(jí)圍巖。2.2 可挖性分析 根據(jù)TB10003-2001鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范,隧道圍巖基本分級(jí)具體劃分見(jiàn)表2。2.3 不良地質(zhì)及穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 1)區(qū)間沿線局部表層人工填土以下為新近沉積層,厚度0.5m7.3m,位于結(jié)構(gòu)頂板以上5m7m,土體尚未密實(shí),施工時(shí)的擾動(dòng)可能會(huì)使尚未密實(shí)的土體發(fā)生自沉,變化大的甚至?xí)暗降孛?對(duì)地面及地表建筑物產(chǎn)生影響,特別是隧道上方西直門(mén)高梁橋交通主干道,施工過(guò)程必須控制高梁橋橋樁下沉和傾斜,確保橋梁和道路的安全。

5、2)隧道頂部以卵礫石地層為主,圍巖穩(wěn)定性差,在暗挖隧道開(kāi)挖時(shí)無(wú)法形成自然力拱,易發(fā)生塌落現(xiàn)象。 3)隧道結(jié)構(gòu)邊墻下部以碎石土和粉砂類(lèi)土為主,自穩(wěn)能力差,且含有潛水賦存水,容易發(fā)生坍塌現(xiàn)象,隧道結(jié)構(gòu)底部也需注意底鼓和涌砂。 4)在隧道開(kāi)挖前必須采取超前加固措施,對(duì)隧道頂部及邊墻的周邊土體進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng),以確保隧道開(kāi)挖的安全,控制沉降,從而確保地表橋梁和道路的安全。 3 施工應(yīng)對(duì)措施3.1 施工方案 在區(qū)間隧道開(kāi)挖前擬對(duì)地層進(jìn)行超前深孔注漿加固,超前深孔注漿加固施工的主要目的就是在隧道開(kāi)挖前通過(guò)超前深孔注漿,對(duì)隧道開(kāi)挖的拱部、側(cè)墻2m范圍以及兩隧道中間土體進(jìn)行加固,形成具有一定抗壓強(qiáng)度和支承能力的支

6、護(hù)結(jié)構(gòu),為隧道的開(kāi)挖施工創(chuàng)造較好的施工條件,確保隧道開(kāi)挖過(guò)程高架橋的結(jié)構(gòu)安全以及隧道結(jié)構(gòu)安全。 超前深孔注漿每循進(jìn)尺14m,后序注漿段均預(yù)留4m已注漿段作為止?jié){巖盤(pán)(見(jiàn)圖1)。在鉆孔施工過(guò)程中先進(jìn)行外圈鉆孔注漿施工,后進(jìn)行內(nèi)圈孔鉆孔注漿施工,間隔鉆孔注漿。3.2 施工工藝及注漿材料的選擇3.2.1 施工工藝 考慮到在砂卵地層鉆孔過(guò)程中易塌孔、易卡鉆桿等困難,為了達(dá)到理想的注漿加固效果,采用前進(jìn)式鉆孔注漿的施工工藝。前進(jìn)式分段注漿工藝具體過(guò)程是:首先采用水平地質(zhì)鉆機(jī)成孔,開(kāi)孔后安裝孔口管,在孔口管內(nèi)分段向前鉆注施工。每一循環(huán)進(jìn)尺控制在2m3m,成孔后退出鉆桿,安裝法蘭盤(pán)及注漿管進(jìn)行注漿,待漿液凝

7、固后拆除法蘭盤(pán),再進(jìn)行鉆孔如此循環(huán),直到鉆進(jìn)深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。3.2.2 注漿材料選擇 由于本工程具有需對(duì)土體進(jìn)行永久加固、且地層中含有潛水滯水等情況,施工中選擇使用TGRM特種水泥單液漿作為注漿材料。3.3 施工步驟3.3.1 確定孔位 根據(jù)需加固土體范圍以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)條件,工程測(cè)量人員測(cè)量出施工現(xiàn)場(chǎng)具體的孔位位置,用噴漆在現(xiàn)場(chǎng)做好標(biāo)記,鉆孔位置與設(shè)計(jì)位置的偏差不宜大于50mm。3.3.2 鉆孔 根據(jù)已經(jīng)進(jìn)行的測(cè)量定位,使用MK-5S地質(zhì)鉆機(jī)成孔,測(cè)量人員根據(jù)設(shè)計(jì)要求二次校正鉆孔角度,孔徑為76mm。要求成孔角度偏差小于±1°。鉆孔要進(jìn)行分層、分序施工。 鉆孔順序?yàn)?先

8、進(jìn)行外圈鉆孔注漿施工,后進(jìn)行內(nèi)圈孔鉆孔注漿施工,間隔鉆孔注漿。3.3.3 制漿 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地層情況及注漿材料的特性,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn),TGRM單液漿配合比確定如表3所示。制漿時(shí)使用不小于200rad/min的制漿機(jī),攪拌時(shí)間不低于5min,在出漿孔部位設(shè)置過(guò)濾網(wǎng)。3.3.4 注漿 注漿采取“定壓、定量”雙控制的原則。每段注漿壓力控制在0.3MPa,以保證漿液能充分?jǐn)U散。在注漿過(guò)程中如果出現(xiàn)壓力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,跑漿、串漿等嚴(yán)重的問(wèn)題,可采取換孔作業(yè),待漿液略微初凝后再補(bǔ)注。 注漿過(guò)程中應(yīng)密切注意監(jiān)測(cè)及反饋?zhàn){部位地面的變化情況,若發(fā)現(xiàn)地層有串漿或加速形變跡象要及時(shí)停止注漿,分析原因。4 結(jié)語(yǔ) 1)卵礫石層、粉細(xì)砂層是北京地鐵暗挖工程中比較普遍的地層,該地層圍巖穩(wěn)定性差,特別是在賦存水的情況,特別不利于開(kāi)挖,容易發(fā)生坍塌,因此在開(kāi)挖前必須采取措施,而超前深孔注漿是較為有效的措施之一。 2)該區(qū)間工程通過(guò)超前深孔注漿,有效地加固了隧道頂部及兩側(cè)土體,為開(kāi)挖提供有利的條件,從而有效控制了沉降,保證了地面建筑物(構(gòu)筑物)的安全。 3)本工程使用新型的注漿材料