砂卵石地層淺埋暗挖法快速施工技術(shù)

...wd......wd......wd...砂卵石地層淺埋暗挖隧道近橋樁施工注漿加固技術(shù)----即砂卵石地層淺埋暗挖法快速施工技術(shù)參考文獻(xiàn)References[1]黃樹爐.砂卵石地層淺埋暗挖隧道近橋樁施工注漿加固技術(shù)研究[D].北京：北京交通大學(xué),2006HuangShanglu.ResearchofGroutingConsolidationTechnologyofShallowCoverTunnelnearBridgePileinSandyGravelGround[D].Beijing:BeijingJiaotongUniversity,2006[2]吳江濱.大粒徑砂卵石地層小導(dǎo)管成孔技術(shù)試驗研究[J].建筑技術(shù),2009,40(11):1018-1020WuJiangbin.TestandResearchonPore-formingTechniquesonDuctuleLargeParticleSandyCobbleStratum[J].ArchitecturTechnology,2009,40(11):1018-1020[3]楊本偉.砂卵石富水地層注漿加固技術(shù)[J].科技與生活,2010,(12):56-57YangBenwei.TheInjectingReinforcementTechniqueofSandyGravelsWateryStrata[J].TechnologyandLife,2010,(12):56-57[4]孔恒,黃明利,李元暉,等.砂卵石地層淺埋暗挖隧道施工關(guān)鍵技術(shù)研究[R].北京：北京市政建設(shè)集團有限責(zé)任公司，2009KongHeng,HuangMingli,LiYuanhui,et.KeyConstructionTechnologyofShallowExcavationTunnelinSandyGravelStrata[R].Beijing:BeijingMunicipALGroup,2009[5]劉明.砂卵石地層淺埋暗挖地鐵隧道施工關(guān)鍵技術(shù)[J].市政技術(shù),2011,29(2):82-83,86LiuMing.KeyConstructionTechnologyofShallowSubwayTunnelinSandyGravelStratum[J].MunicipalEngineeringTechnology,2011,29(2):82-83,861依托工程情況1.1工程概況

北京地鐵四號線三期土建工程第12#標(biāo)段由西直門車站改造、新街口車站、西直門站—動物園站區(qū)間、新街口站—西直門站區(qū)間四局部組成，其中區(qū)間局部采用淺埋暗挖法施工。本工程起點為西內(nèi)大街與趙登禹大街丁字路口北側(cè)，向西沿西內(nèi)大街北側(cè)至西直門立交橋，正交下穿2號線西直門車站往西沿西外大街下方直至動物園。本標(biāo)段暗挖隧道工程左右線計大于4.1km，90％為穿越砂卵石地層，并且要穿越西直門高粱橋等一級風(fēng)險源。1.2工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

〔1〕地質(zhì)條件

根據(jù)勘測資料，隧道所處地層為第四紀(jì)沉積層。區(qū)間隧道頂板主要位于卵石圓礫⑤層中下部，礫石為亞圓形，級配較好，含細(xì)砂約30％，含圓礫約10％。卵石局部粒徑大于9cm，一般為2～4cm；礫石成份為輝綠巖、砂巖等，屬于Ⅴ～Ⅵ級圍巖。區(qū)間隧道邊墻穿過的巖土層上部主要為粉質(zhì)粘土⑥層、粉土⑥2層、卵石圓礫⑤層及中粗砂⑤1層；下部為卵石圓礫⑦層、中細(xì)砂⑦1層，均屬Ⅴ～Ⅵ級圍巖。區(qū)間隧道底板主要位于飽和的卵石圓礫⑦層中部、局部為中細(xì)砂⑦1層、粉土⑦3層、粉質(zhì)粘土⑦4層，屬于Ⅴ～Ⅵ級圍巖。

通過實驗室篩分試驗說明，隧道穿越地層為卵石—圓礫層，多數(shù)粒徑為20~70mm，最大粒徑到達(dá)150mm，含砂率為11%~30%，平均內(nèi)摩擦角為35°左右，N值為27~50，施工中遇到過最大的卵石達(dá)250mm。

〔2〕水文條件

地下水主要分為三層：上層滯水、潛水和承壓水，具體情況見表1。1.3工程風(fēng)險

〔1〕隧道頂部以卵礫石地層為主，圍巖穩(wěn)定性差，在暗挖隧道開挖時無法形成自然力拱，易發(fā)生塌落現(xiàn)象。

〔2〕隧道構(gòu)造邊墻下部以碎石土和粉砂類土為主，自穩(wěn)能力差，且含有潛水賦存水，容易發(fā)生坍塌現(xiàn)象，隧道構(gòu)造底部也需注意底鼓和涌砂。

〔3〕區(qū)間沿線局部表層人工填土以下為新近沉積層，厚度為0.5～7.3m，位于構(gòu)造頂板以上5～7m，土體尚未密實，施工時的擾動可能會使尚未密實的土體發(fā)生自沉，變化大的甚至?xí)婕暗降孛妫瑢Φ孛婕暗乇斫ㄖ锂a(chǎn)生影響，特別是隧道上方西直門高粱橋是交通主干道，施工過程必須控制高粱橋橋樁下沉和傾斜，確保橋梁和道路的安全。2砂卵石地層設(shè)計參數(shù)優(yōu)化2.1初始設(shè)計參數(shù)

本段工程初始設(shè)計沒有考慮砂卵石特點，按一般地層進(jìn)展設(shè)計。

〔1〕小導(dǎo)管初始設(shè)計參數(shù)

將φ42×3.25mm無縫鋼管按每3m截成一段，在鋼管的一端做成100mm長的圓錐狀，以便于插打。在距另一端100mm處焊接φ6mm鋼筋箍，防止打設(shè)小導(dǎo)管時端部開裂，影響注漿管路連接。距鋼筋箍一端800mm內(nèi)不開孔，以防漏漿，剩余局部每隔200mm梅花型布設(shè)φ8mm溢漿孔，以用于泄?jié){，防止注漿出現(xiàn)死角。

小導(dǎo)管加工成形見圖1。

初始設(shè)計每2榀格柵一打。小導(dǎo)管沿開挖輪廓從格柵腹部穿過，環(huán)向間距300mm，仰角及外插角10°～15°，在拱形段范圍內(nèi)布設(shè)，前后兩排小導(dǎo)管搭接長度不小于1m。

具體小導(dǎo)管注漿見圖2。

〔2〕注漿參數(shù)初始設(shè)計

注漿材料按以下原則選取：對于無水粗砂及砂礫〔卵〕石地層選擇單液水泥漿；對于有水的粗砂及礫石地層，選擇水泥－水玻璃雙液漿。初始注漿參數(shù)如下：注漿初壓0.3MPa，注漿終壓0.5MPa；漿液擴散半徑0.25m；注漿速度≤30L/min。2.2遇到的困難和出現(xiàn)的問題

按以上設(shè)計參數(shù)加工小導(dǎo)管進(jìn)展施工，遇到了以下困難：

〔1〕在砂卵石地層進(jìn)展超前導(dǎo)管鉆孔過程中，不易成孔，卵石卡夾鉆頭，鉆進(jìn)難度很大；鉆桿在取出時易發(fā)生塌孔，造成導(dǎo)管注漿無法正常進(jìn)展。

〔2〕在砂卵石地層中施工超前小導(dǎo)管由于成孔難度大，施工速度慢，對地層擾動很大，常常塌方[1]。

〔3〕由于導(dǎo)管打入深度達(dá)不到設(shè)計深度，常造成地層難以注漿成拱，超挖量較大，工作面穩(wěn)定性難以保證。

〔4〕由于小導(dǎo)管打設(shè)困難，一般需要一個工班才能完成全部小導(dǎo)管打設(shè)，同時難以保證施工質(zhì)量，導(dǎo)致工效非常低，每天有時只能進(jìn)展一個循環(huán)，常常進(jìn)尺小于1m/d，月進(jìn)度為20~30m。2.3設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化

〔1〕小導(dǎo)管設(shè)計參數(shù)優(yōu)化

分析砂卵石地層按初始設(shè)計施工帶來的困難，主要原因就是注漿小導(dǎo)管參數(shù)設(shè)計不合理引起的。通過地層預(yù)加固機理和原則分析，對小導(dǎo)管參數(shù)提出了優(yōu)化方案[2]。

小導(dǎo)管采用φ32×3.25mm熱軋無縫鋼管，管長L=1.8m，環(huán)向間距250mm。小導(dǎo)管采用一榀一打，仰角及外插角為10°～15°。為了便于漿液擴散，溢漿孔采用φ5@200、梅花形布置的小孔〔圖3〕。通過施工實踐，優(yōu)化設(shè)計可以滿足施工安全、快速、經(jīng)濟的目標(biāo)。

〔2〕注漿設(shè)計參數(shù)優(yōu)化

注漿漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，注漿初壓為0.1MPa，終壓為0.2～0.3MPa，注漿壓力不宜超過0.3MPa。進(jìn)漿速度控制每根導(dǎo)管漿液總進(jìn)量在30L/min以內(nèi)。導(dǎo)管注漿采用定量注漿，可按地層吸漿量計算，如達(dá)不到定量漿液，但孔口壓力已到達(dá)0.5MPa時，即完畢注漿[3]。3砂卵石地層區(qū)間隧道淺埋暗挖法施工3.1砂卵石地層淺埋暗挖法施工原則

在區(qū)間隧道的開挖支護施工中，除應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行淺埋暗挖法“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強支護、早封閉、勤量測〞的十八字施工原則外，針對砂卵石地層中施工出現(xiàn)的困難情況，結(jié)合工程實踐，提出了在砂卵石地層中應(yīng)遵循的原則[4,5]：

早封面———在打設(shè)注漿小導(dǎo)管前，首先噴射較薄混凝土層，以穩(wěn)定工作面，防止小導(dǎo)管打設(shè)時震動坍塌。

管細(xì)短———針對砂卵石地層小導(dǎo)管打設(shè)困難，相對一般地層而言，超前注漿小導(dǎo)管參數(shù)選擇時盡量選用“短〞、“細(xì)〞鋼管。“短〞指的是在保證1m重疊根基上每榀一打，榀距視小導(dǎo)管打設(shè)難易進(jìn)展調(diào)整；“細(xì)〞指的是小導(dǎo)管在保證剛度要求的前提下盡量減小管徑，以減少打設(shè)摩擦阻力，方便打設(shè)。

少擾動———在打設(shè)導(dǎo)管和開挖時盡量少擾動地層，防止卵石滑塌。

快凝固———因砂卵石地層漿液易于滲透，且有遇水易塌方特點，在小導(dǎo)管注漿漿液選擇時盡量選擇早凝固型漿液，以凝固膠結(jié)地層，促拱早形成。

固拱腳———砂卵石地層一般在臺階法施工時，較粘土地層臺階長度要稍長，因而成環(huán)相對滯后，對上部格柵一定要打設(shè)鎖腳注漿錨管，以穩(wěn)固拱腳，改善受力條件，減小地層變形。

中拉槽———由于砂卵石地層自穩(wěn)性差，下部臺階很難像粘土地層那樣形成規(guī)則臺階，需要在臺階中部拉槽，以保證下臺階處于穩(wěn)定狀態(tài)，確保施工安全。3.2砂卵石地層暗挖地鐵區(qū)間隧道施工工藝3.2.1工藝流程

〔1〕砂卵石地層淺埋暗挖施工流程見圖4。

〔2〕砂卵石地層淺埋暗挖施工方法概述

暗挖隧道共分為二步臺階進(jìn)展施工，臺階長度取3～5m。上下臺階的分界限在格柵連接點位置，先開挖上臺階土方并噴射混凝土支護，再開挖下臺階土方并支護，支護封閉成環(huán)。①上臺階開挖及支護

中間留核心土，開挖上臺階的弧形導(dǎo)洞，弧形導(dǎo)洞完成后即初噴混凝土3～5cm，然后架立格柵鋼架，掛鋼筋網(wǎng)，噴混凝土至設(shè)計厚度。核心土留成臺狀，上臺階開挖高度在3.0m左右，核心土高度1.7m，上口寬1.5m左右，核心土沿掘進(jìn)方向長度為0.75～1.5m，核心土的形狀在保證維持掌子面穩(wěn)定的前提下，兼作為工作平臺，以便于進(jìn)展格柵安裝、噴混凝土操作〔圖5〕。格柵設(shè)計間距0.5m，故循環(huán)開挖距離為0.5m，但在土體不穩(wěn)定地段格柵需加密，開挖步距相應(yīng)減小。

上臺階施工順序：封閉掌子面→超前小導(dǎo)管打入→超前小導(dǎo)管注漿加固地層→留核心土開挖上臺階土方→測量開挖斷面輪廓→初噴混凝土3～5cm→安裝格柵鋼架→掛鋼筋網(wǎng)→搭設(shè)注漿鎖腳錨管→復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。②下臺階開挖及支護

下臺階采用邊墻單側(cè)交織方式開挖，先按倒圓臺形式開挖中間核心土，隨后開挖一側(cè)的邊墻，開挖步距0.5m，即一個格柵間距；挖至設(shè)計輪廓后，立即安裝格柵鋼架、噴混凝土；該側(cè)的邊墻支護完畢后再進(jìn)展另一側(cè)邊墻的開挖及支護。兩邊墻均支護完畢后，開挖底板土方，安裝仰拱格柵，噴射仰拱混凝土，封閉成環(huán)〔圖6〕。之后再進(jìn)展下一循環(huán)的施工。

下臺階施工順序：開挖中間核心土→左側(cè)邊墻土方開挖→測量開挖斷面輪廓→初噴混凝土3～5cm→安裝格柵鋼架→掛鋼筋網(wǎng)→復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度→右側(cè)邊墻土方開挖→測量開挖斷面輪廓→初噴混凝土3～5cm→安裝格柵鋼架→掛鋼筋網(wǎng)→復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度→底板土方開挖→測量開挖斷面輪廓→初噴混凝土3～5cm→安裝格柵鋼架→掛鋼筋網(wǎng)→復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。3.2.2施工方法要點

〔1〕超前小導(dǎo)管注漿施工①超前小導(dǎo)管施工工藝流程〔圖7〕

在導(dǎo)洞作業(yè)面開挖前，噴混凝土封閉掌子面，沿構(gòu)造拱部初期支護內(nèi)輪廓線通過已安裝好的鋼格柵腹部打入帶孔小導(dǎo)管,然后通過小導(dǎo)管向圍巖壓注漿，對砂層進(jìn)展加固封堵，防止施工時涌水、涌砂、坍塌，并在構(gòu)造輪廓線外形成一個0.4～1.0m厚的弧型加固圈，在此加固圈的保護下安全地進(jìn)展開挖作業(yè)。②注漿材料

施工時根據(jù)地質(zhì)情況和試驗確定施工配合比。③注漿工藝

小導(dǎo)管安設(shè)采用引孔打入法，安設(shè)步驟如下：用YT-28風(fēng)鉆吹孔，開孔直徑為60mm，風(fēng)壓為0.5～0.6MPa，深度為2m。

用帶沖擊的YT-28風(fēng)錘將小導(dǎo)管頂入孔中，然后檢查導(dǎo)管內(nèi)有無充填物，如有充填物，用吹管吹出或掏勾勾出，也可直接用錘擊插入鋼管。

用塑膠泥〔40Be’水玻璃拌合P32.5水泥〕封堵導(dǎo)管周圍及孔口。

嚴(yán)格按設(shè)計要求打入導(dǎo)管，管端外露20cm，外露局部焊接在鋼格柵上，并可以安裝注漿管路。

〔2〕注漿漿液配制、攪拌①水泥漿采用拌合機攪拌，根據(jù)拌合機容量大小，嚴(yán)格按要求投料，根據(jù)地層情況和凝膠時間要求一般水泥漿和水玻璃比例為0.8∶1～1.5∶1。②攪拌水泥漿的投料順序為：在加水的同時將緩凝劑一并參加并攪拌，待水量加夠后繼續(xù)攪拌1min，最后將水泥投入并攪拌3min。③緩凝劑摻量根據(jù)所需凝膠時間而定,控制在水泥用量的2%～3%。④制備水泥漿時，嚴(yán)防水泥包裝紙及其它雜物混入，注漿時設(shè)置濾網(wǎng)過濾漿液，未經(jīng)濾網(wǎng)的漿液不進(jìn)入泵內(nèi)。

〔3〕鎖腳錨管施工

暗挖初期支護開挖的過程中，在拱腳部位打入兩根錨管，可以有效地減少初期支護拱頂下沉，從而減小地表沉降量。鎖腳錨管采用φ42鋼管，長度2.0m。

鎖腳錨管施工步驟如下：①用錨管鉆機鉆孔。②將安裝好錨頭的錨管插入錨孔。③用注漿接頭將錨管體與注漿泵相連。④開動注漿泵，使水泥漿充盈錨孔。

為提高錨固效果，水泥漿水灰比為0.5～1，注漿壓力應(yīng)為0.15MPa。錨管施工程序見圖8。3.2.3施工效果分析

〔1〕在砂卵石地層淺埋暗挖施工中，合理的選擇小管徑的超前注漿小導(dǎo)管,控制打設(shè)長度及間距，與常規(guī)使用的φ42小導(dǎo)管相比具有可操作性強、施工周期短等特點，有效地解決了砂卵石地層暗挖施工的超前支護問題。

〔2〕下臺階反核心土開挖技術(shù)，有效地減小了臺階高度。

〔3〕與常規(guī)作法相比，本工法施工安全系數(shù)高、土層沉降數(shù)值小。

〔4〕通過實踐，依照本工法參數(shù)和原則