史新紅軟巖大跨地鐵隧道洞口處理技術(shù)

1、軟巖大跨地鐵隧道洞口處理技術(shù)（隧道工）論文姓 名：史新紅 單 位：中鐵隧道集團二處有限公司 軟巖大跨地鐵隧道洞口處理技術(shù)史新紅中鐵隧道集團二處有限公司 南京 210012摘要: 南京地鐵1號線南延線小行車輛基地出入段線隧道，工程范圍內(nèi)地質(zhì)情況很差，屬極軟巖軟巖，洞口段為生活垃圾和建筑垃圾堆積而成土體，施工難度大。本文介紹了洞口段進行豎向分層壓密注漿及超前大管棚支護處理技術(shù)。關(guān)鍵詞: 軟巖 大跨 洞口 分層壓密注漿 大管棚1 概況1.1工程概況南京地鐵1號線南延線小行車輛基地出入段線隧道起點里程為RK0+000（K1+501.970），終點里程為RK0+823，全長823m。牽引線設(shè)計起點為QK

2、0+000，設(shè)計終點里程為QK0+246.91，全長246.91m。其中洞口段RK0+695.775RK0+823段127.225m為三線大跨度隧道，最大跨度17.9m，該隧道三線大跨斷面洞口地質(zhì)條件差，是本標(biāo)段隧道施工控制重中之重。1.2工程地質(zhì)該工程屬崗丘地貌單元，現(xiàn)地面標(biāo)高約為29.8661.46m，地勢起伏較大，相對高差19m。巖土層根據(jù)沉積時代、成因類型可以分成5個工程地質(zhì)層。素填土層為新近期人工填土；粉質(zhì)粘土層為全新世沉積土層；粉質(zhì)粘土混卵礫石層為晚更新世沉積的土層；下伏基巖為白堊系葛村組“紅層”，以粉砂質(zhì)泥巖為主。工程范圍內(nèi)地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以侏羅系龍王山組安山巖、蝕變安山巖為主，屬

3、極軟巖軟巖，洞口地段穿越粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土混卵礫石、強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，拱頂覆蓋厚度0.530m。1.3水文地質(zhì)出入段線主要受大氣降水和地下管道滲漏補給，徑流滯緩，地下水排泄以蒸發(fā)為主。賦存于素填土層填土與粉質(zhì)粘土層土孔隙中。接受大氣降水、管道滲漏水補給，以蒸發(fā)排泄和側(cè)向排泄為主，徑流滯緩。場地內(nèi)揭示的基巖為白堊系葛村組粉砂質(zhì)泥巖，裂隙呈緊閉狀，多泥質(zhì)充填，透水性、富水性差，且各向異性，水量貧乏。根據(jù)勘察資料，穩(wěn)定地下水位埋深0.952.5m，孔隙潛水年變幅約1.0m。2 總體施工方案隧道洞口段為生活垃圾和建筑垃圾堆積而成土體，現(xiàn)已基本穩(wěn)定，垃圾山上有單層簡易生活用房。由于垃圾山本身的松散性和不

4、穩(wěn)定，以及與原地層分界面的滲水影響，施工中極易造成塌方和滑坡；為了做到安全進洞，除按設(shè)計洞口段采用超前大管棚和超前小導(dǎo)管注漿加固外，由于隧道斷面大，為了確保安全，采取對洞口垃圾山進行垂直分層注漿加固處理，加固范圍為隧道里程方向RK0+833RK0+773，隧道洞口至路基分界里程10m范圍的邊坡與洞口向隧道方向50m的邊、仰坡，加固范圍為隧道左側(cè)45m，隧道右側(cè)35m。2.1 洞口土體豎向分層壓密注漿由于洞口上方垃圾堆填物的成分復(fù)雜，堆填物中間空隙大、不密實，不穩(wěn)定，采用豎向分層壓密注漿方式對垃圾山土體進行固化處理。其工作原理是通過壓密注漿將水泥漿、水玻璃漿混合體等，利用高壓注漿泵將漿液強制壓入

5、被加固土體和垃圾空隙中，使高濃度的漿液與垃圾、土體相結(jié)合，將地下水盡可能擠出，使原有松散的土體形成具有較高強度的水泥土固結(jié)體和樹枝狀水泥網(wǎng)脈體，以達到固結(jié)松散土層的目的，防止土體下滑和垮塌。圖1 洞口注漿加固平面圖圖2 注漿孔位大樣圖 設(shè)計參數(shù)根據(jù)規(guī)范要求及漿液在地層中的擴散能力，注漿孔均采用梅花型布置，沿隧道中線布置，孔距為3.0m，排距為3m，共布置599孔。施工設(shè)計參數(shù)如表1所示，注漿孔布置及注漿孔大樣圖如圖1和圖2。加固范圍為洞口至路基分界里程10m范圍的邊坡以及洞口向隧道方向50m范圍，加固寬度為隧道左側(cè)45m，右側(cè)35m。注漿深度根據(jù)洞口上部距離隧道頂部的距離不同，仰坡48m，注漿

6、應(yīng)加固到隧道頂部，兩側(cè)邊坡鉆孔加固深度7m。注漿孔布置按3*3m間距梅花型布置。注漿材料：R32.5普通硅酸鹽水泥、粘土粉、35Be水玻璃。注漿參數(shù)：采用二次注漿方式。第一次為單水泥漿添加30%粘土粉，水灰比為0.65:1。第二次為水泥漿不加粘土粉，添加10%水玻璃，水灰比為0.65:1，水玻璃波美度為35Be，膠凝時間為12min。注漿壓力為0.81.0Mpa，最高為3Mpa。注漿量為加固體積的30%左右控制，由于地層變化很大，單孔注漿量變化可能很大。采用XY-1型鉆機鉆孔，鉆孔孔徑為75mm,采用32mm的PVC注漿管（袖閥管），間距200mm設(shè)注漿孔，底部加下悶蓋。根據(jù)現(xiàn)場情況注漿順序先

7、中間后周圈，以便于盡快施做大管棚，使中間注入的水泥漿更好的發(fā)揮固化作用。注漿順序：為了防止串漿，采取跳1孔注漿。從隧道中線向兩邊。即先完成隧道頂部范圍1區(qū)，其次完成隧道兩側(cè)的2區(qū)、3區(qū)。 設(shè)計參數(shù)表 表1序號參數(shù)名稱參數(shù)值1漿液擴散半徑1.5m2注漿深度洞口兩側(cè)邊坡7m，隧道洞口仰坡48m3注漿孔間距3m4注漿孔排距3m5注漿材料第一次為水泥漿+30%粘土粉,第二次為水泥漿+10%水玻璃。R32.5普通硅酸鹽水泥。6注漿壓力穩(wěn)壓0.81.0Mpa，最高3Mpa。7注漿管37mmPVC管，中間芯管22mm鐵管，PVC管上間隔200mm設(shè)注漿孔，并用膠套扣緊。8注漿量第一次為2.1方/米,第二次為

8、0.7方/米。9注漿間隔時間兩次注漿間隔時間為3小時 施工流程及技術(shù)措施注漿施工工藝流程如圖3所示。（1） 清除地面雜物，根據(jù)土體加固范圍，按隧道里程放出注漿孔位，并測量每一孔位地面標(biāo)高。（2） 鉆孔根據(jù)定出注漿孔孔位鉆機就位，采用XY-1鉆機按標(biāo)出的孔位進行鉆孔；鉆孔過程中采用套管護壁水沖法成孔，在鉆孔過程中注意做好詳細的鉆孔記錄，對鉆孔進行地質(zhì)描述，以有利于下一步的施工；按設(shè)計要求完成鉆孔，安設(shè)好注漿管后，將套管拔出。（3） 安設(shè)注漿管在不注漿段位下無孔注漿管（地面下1m），在注漿段位下有孔注漿管，有孔管在下管前必須在最下端一根管底加悶蓋并用橡膠套或膠帶套在有孔管泄?jié){孔處，覆蓋溢漿孔，然后

9、利用絲扣或管箍連接下一個有孔管，每一有孔管溢漿孔均應(yīng)用膠套或膠帶封閉，以防管外雜物及注漿時漿液進入注漿管。由于鉆孔較深，下管時可將連接好的注漿管分為 13段，每段約2m長，依次下入孔中，上段快下完時再在孔口連接下一段注漿管，直至下至注漿深度。將注漿管下到鉆孔底部后，在頂部加上注漿閥，然后進行封孔作業(yè)。在孔底至距地面下1m段采用粗砂或粘土粉密實填充，在地表以下1m至孔口部位采用速凝水泥砂漿填充封孔，以防止注漿時返漿，下管過程中應(yīng)盡量使注漿管保持豎直。NoYesNoYes配制漿液所有段達到要求補注結(jié)束注漿注第二次漿第一次注漿達到要求求鉆孔安設(shè)注漿管注水試驗注漿作業(yè)圖3 注漿工序圖（4） 注漿參數(shù)根

10、據(jù)經(jīng)驗及地質(zhì)情況的不同，注漿參數(shù)應(yīng)經(jīng)現(xiàn)場注漿試驗后進行確定。采用的注漿參數(shù)如表2所示。注漿參數(shù)表 表2參數(shù)名稱參數(shù)值漿液擴散半徑（m）1.5水灰比W:C=0.65:1（重量比）水泥、水玻璃比C:S=1:0.1（體積比）水玻璃濃度35Be注漿終壓（Mpa）3（可根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整）漿液凝膠時間（min-sec）1min30sec2min30sec注漿速度（L/min）2030注漿分段長（m）0.4單孔單段注漿量（方）0.840.28(第一次第二次)水泥、粘土比C:S=1:0.3（重量比）（5） 注漿施工采用注漿泵進行注漿作業(yè)。漿液配制a 水泥漿配制注漿所用水泥為32.5普通硅酸鹽水泥。拌漿時先在攪

11、拌機內(nèi)按配比加入計算好的用水量，再將計算好的水泥加入，強力攪拌均勻，然后邊攪拌邊加入計算好的粘土用量，攪拌均勻后倒入儲漿桶內(nèi)以備注漿。b 水玻璃漿液配制在拌漿桶中加濃水玻璃，然后邊攪拌邊加水，同時邊用玻美計測量其濃度，直至稀釋至35Be。 下注漿芯管在漿液配制好時，按設(shè)計要求將注漿芯管下至設(shè)計深度。在下管前，應(yīng)注意檢查注漿芯管內(nèi)是否暢通、花管有無堵塞、止?jié){塞是否完好。 注漿施工注漿方式采取后退式分段注漿工藝，即在注漿帶內(nèi)由孔底進行注漿，每次注漿段長0.4m，注完第一注漿段后，后退注漿芯管，進行第二注漿段的注漿，在芯管拔出長度大于一節(jié)管長時，停注拆取該節(jié)芯管及接頭，將接頭接在未拔出管上繼續(xù)注漿，

12、直至完成全孔注漿段。注漿完成后,拔管沖洗,然后進入下一孔施工。兩次注漿間隔時間為3小時。注漿過程中如需暫停注漿時，必須先將水玻璃吸漿管拿出放入清水桶中，然后再拿出水泥管，向孔內(nèi)注清水后再停止注漿，以保持管路暢通。在注漿過程中，應(yīng)注意注漿的連續(xù)性。注漿過程中應(yīng)做好詳細的注漿記錄。注漿時應(yīng)注意對以下特殊情況的處理：a 注漿壓力突然升高，應(yīng)停止注水玻璃，只注水泥漿，待泵壓恢復(fù)正常再注雙液漿；b 進漿量大，壓力長時間不升高，則應(yīng)調(diào)整注漿參數(shù)，加大漿液濃度，縮短凝膠時間，或間隙注漿；c 當(dāng)孔口處跑漿，應(yīng)縮短膠凝時間，進行小泵量、低壓力注漿或采用間隙注漿，或采用外部堵塞；d 當(dāng)注完一段以后再注下一段前，或

13、在終孔拔管前，或出現(xiàn)異常情況時，為了防止堵管，在停止注漿之前先注單液漿或水。2.2 127超前大管棚為盡量減少洞口刷坡，避免對原土體的坡腳影響，實現(xiàn)及早進洞。根據(jù)實測地形標(biāo)高線，確定洞口大管棚施工里程為RK0+819，大管棚共73根，采用127鋼管，壁厚6mm，單根長40m，分布在拱部1500范圍內(nèi)，環(huán)向間距300mm。大管棚注漿采用水泥-水玻璃雙液漿。采用管棚鉆機施鉆；管節(jié)分段絲扣聯(lián)結(jié)。下管后封口先在管棚的鋼管內(nèi)壓注水泥-水玻璃雙液漿加固地層，第二次管棚內(nèi)注水泥砂漿增強管棚鋼度。 施工參數(shù)（1）大管棚采用1276無縫鋼管，單根總長管長40m，由6m固定長度和2-3m自由節(jié)組成，由對口絲扣聯(lián)結(jié)

14、。大管棚設(shè)計在隧道開挖輪廓線外30cm處，與水平呈現(xiàn)1.5020角外插，根據(jù)實際地層情況可將外插角放大10。（2）大管棚于上斷面拱部范圍布置，環(huán)向間距300，相對開挖線徑向外放250。（3）管棚同一斷面上接頭數(shù)不超過管棚總數(shù)的50%，（4）大管棚注漿段注漿孔徑10，間距200，沿管壁呈梅花型布置。（5）第一次注漿漿液為水泥+水玻璃雙液漿加固地層,第二次漿液為M10水泥砂漿充填管棚。（6）注漿注漿壓力控制原則上:初壓0.5MPa1.0MPa，終壓2.0MPa，持壓15min后停止注漿。注漿量一般為鉆孔圓柱體的1.52倍，即0.10.2m3/m*每孔。若注漿量超限，未達到壓力要求，應(yīng)調(diào)整漿液濃度繼

15、續(xù)注漿，直至符合注漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙均為漿液充填，方可終止注漿；大管棚結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖4、5、6。圖4 大管棚施工橫剖面圖圖5 大管棚施工縱斷面圖圖6 大管棚加工圖 施工流程及主要技術(shù)措施施工工藝流程如圖7施工準(zhǔn)備預(yù)制導(dǎo)向架，安裝導(dǎo)向管工作面處理，鉆機進場安裝鉆機，鉆機就位鉆孔插入管棚鋼管孔口密封處理管棚鋼管注漿管棚鋼管加工管棚運入現(xiàn)場注漿場地布置、備料安裝注漿攪拌機具圖7 管棚施工工藝流程圖（1）測量放線，在明暗挖分界里程，劃出方向線和開挖標(biāo)高，用反鏟從上至下，在洞門明暗挖分界里程RK0+816開挖1.5m，橫向?qū)挾仍谒淼来罂缇€開挖線外1m，兩側(cè)邊坡按1：1坡度開挖，做錨

16、網(wǎng)噴砼支護，砂漿錨桿3.5m長,間距1m梅花型布置；鋼筋網(wǎng)6.5150*150mm，噴C20砼厚度20cm。中間部分環(huán)型開挖，預(yù)留核心土。（2）施作導(dǎo)向架及導(dǎo)向管開挖完成后按間距0.5m架立3榀I25工鋼鋼架，臨時支撐采用3榀I22工鋼鋼架。然后焊接22連接筋，環(huán)向間距1m內(nèi)外層梅花形布置，與工鋼焊接牢固；鋪設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)6.5150*150mm，拱腳設(shè)42鎖腳錨管，每側(cè)每榀兩根，單根長4m。鋼架上部1500范圍內(nèi)設(shè)42超前注漿小導(dǎo)管,單根長度3m,環(huán)向間距300mm。噴砼C20，厚度350mm。鋼架安裝時應(yīng)統(tǒng)一比設(shè)計抬高15cm，做預(yù)留沉降量。并在鋼架外側(cè)安設(shè)導(dǎo)向管，導(dǎo)向管采用159 孔口管制

17、作，長度為150cm，它安設(shè)的平面位置、傾角、外插角的準(zhǔn)確度直接影響管棚的質(zhì)量。用經(jīng)緯儀以坐標(biāo)法在工字鋼架上定出其平面位置；用地質(zhì)羅盤設(shè)定孔口管的傾角（1.5020）；孔口管應(yīng)牢固焊接在鋼架上，防止噴砼時產(chǎn)生位移。（3）鉆機定位移動鉆機至鉆孔部位，調(diào)整鉆機高度和方向，將鉆桿放入導(dǎo)向管中，使導(dǎo)向管、鉆機轉(zhuǎn)軸和鉆桿在一條直線上，并用儀器測出鉆桿的角度，調(diào)整至設(shè)計角度，固定鉆機。（4）鉆孔經(jīng)方向儀器量測，鉆桿方向和角度滿足設(shè)計要求后方可開鉆。鉆孔采用先成孔后下管方式。鉆孔開始時鉆機選用低檔，待鉆到一定深度后，停開高壓水，退出并接長鉆桿，繼續(xù)鉆進，循環(huán)此工序止到孔底。鉆孔過程中要始終注意鉆桿角度的變化

18、，并保證鉆機不移位。每鉆進5m要用儀器復(fù)核鉆孔的角度是否正確，以確保鉆孔方向。若孔口部分塌孔嚴重，可以采用先下套管方式，在套管內(nèi)鉆進。鉆孔采用隔孔鉆進。鉆孔中要注意防止鉆桿傾斜，為此需要注意以下事項：鉆孔前鉆機的安裝要牢固。鉆孔中要準(zhǔn)確測定導(dǎo)向孔的位置和方向。鉆孔中防止管子震動。（5）下管下管前要預(yù)先按設(shè)計對每個鉆孔的管子進行配管和編號，以保證同一斷面上接頭數(shù)不超過50%。由于地質(zhì)條件復(fù)雜，下管要及時、快速，以保證在鉆孔穩(wěn)定時將管子送到孔底。 為保證下管順利和正常使用應(yīng)注意以下幾點： 鋼管應(yīng)在專用的管床上加工好絲扣，棚管四周鉆出漿孔； 棚管頂進采用大孔引導(dǎo)和棚管機鉆進相結(jié)合； 接長鋼管應(yīng)滿足受力要求，相鄰鋼管的接頭應(yīng)前后錯開。同一橫斷面內(nèi)的接頭數(shù)不大于50%，相鄰鋼管接頭至少錯開1m。大管棚采用1276mm無縫鋼管，單根管長為40m，由6m固定長度和23m自由節(jié)組成，由對口絲扣聯(lián)結(jié)。大管棚設(shè)計在隧道開挖輪廓線外30cm處，與水平呈現(xiàn)1.52上仰角外插。 （6）注漿管棚下管到位后先壓注水泥+水玻璃漿填充管棚，通過管壁的孔眼使?jié){液滲入管棚周圍加固地層。注漿前須對管口外側(cè)進行密封處理。施工原則上采有鉆一孔注一孔，鉆孔采用