西安地铁洞内WSS注浆加固区间联络通道.docx

隧道建设tunnel construction第 32 卷 增刊 12012 年 11 月vol 32 sup 1nov 2012西安地铁洞内 wss 注浆加固区间联络通道刘丹( 中铁一局城轨公司，西安710000)摘要: 通过对西安地铁联络通道采用地面旋喷桩加固 + 降水井的常规方法难于保证联络通道施工顺利进行的分析，提出洞内 wss注浆加固的方法，阐明洞内 wss 注浆加固方法的关键是合理的孔位布置及施工中根据地质条件的变化及时调整注浆配比和注浆 参数，为西安地区地铁区间联络通道的施工提供借鉴。关键词: 西安地铁; 联络通道; wss 注浆doi: 10 3973 / j issn 1672 741x 2012 z1 017中图分类号: u 455文献标志码: b文章编号: 1672 741x( 2012) z1 0079 06analysis on construction of connection gallery atwss grouting reinforcement section of xian metroliu dan( urban rail department of china railway first group co ，ltd ，xian 710000，china)abstract: the traditional method can not guarantee the construction of connection gallery in xian metro the wss grouting reinforcement methods in tunnel are proposed the keys of the mentioned method are the position of the grouting holes and the grouting matching and parameters the paper can provide references for the construction of connection gal- lery of xian metrokey words: xian metro; connection gallery; wss grouting站盾构区间长 1 703 2 m，共设 1# 和 2# 2 座联络通道。1# 联络通道埋深 25 1 m、长 7 m、宽 4 32 m、高 4 7 m( 带废水泵房) 。联络通道从上至下地层为中砂、2 4 1 粉细沙、2 2 1 粉质黏土、2 6 2 粗砂、3 4 2 粉质黏土、3 7 2 中砂。地面交通繁忙且地面管线纵横交错， 施工难度大。联络通道地下水位为 9 6 10 3 m，地下 水 主 要 为第四系孔隙潜水，黄土、粉细砂、粗砂、中砂渗透系数 较大，透水性好，第四系孔隙潜水补给源主要为大气降水、地下径流与生活排污渗入补给。1# 联 络 通 道 地 质 剖面图见图 1。0引言西安地铁区间联络通道施工多采用地面旋喷桩加固后暗挖施作，但由于联络通道多处在交通繁忙的要道下方，上部经常管线密集，对旋喷加固产生影响，且 联络通道一般为隧道最低点，埋 深 较 深，如 处 在 砂 层中，旋喷加固质量难于保证。采用降水辅助施工时，又 多受到地面条件的限制，无法按照降水设计布置井位，水位难以降到底板以下1。因此，联络通道开挖过程 中存在严重的安全隐患，经常发生涌水、涌砂的情况。针对西安地铁的特殊条件提出 采 用 隧 道 内 wss 注 浆加固后进行联络通道施工的方法，通过合理的孔位布 置，适时调整注浆配比和注浆参数，在西安地铁一号线tjsg 6 标 1# 联络通道上的应用获得了成功。22 1原加固方案分析原方案施工情况说明原设计 1# 联络通道采用双重管高压旋喷进行地 1# 联络通道概况西安地铁一号线 tjsg 6 标段，包含汉城路站开远门站盾构区间、开远门站劳动路站盾构区间、劳 动路站 3 个主要单位工程。其中: 汉城路站开远门1面加固，旋喷桩为梅花形布置的 800 600 咬 合 200mm2。加固范围为 14 673 m 11 m，有 效 加 固 深 度收稿日期:2012 06 19;修回日期:2012 08 20作者简介: 刘丹( 1981) ，男，陕西华县人，2003 年毕业于西北工程大学土木工程专业，本科，工程师，主要从事地铁施工及技术管理工作。隧道建设第 32 卷80为 15 3 m。在进行旋喷桩土体加固时，由于地面管线影响，在加固过程中只能对联络通道中心线以北区域 进行了加固( 见图 2) 。3) 涌水、涌砂将会导致枣园路快车 道 地 面 下 沉，而枣园路为东西向交通主干线，车流量大，会给来往车 辆及人员造成重大安全风险。4) 涌 水、涌 砂 造 成 管 片 沉 降 过 大，导 致 管 片 被 拉裂。2 3施工工期分析1) 降水井施工需占枣园路快车道路面围挡手续 办理相当困难，时间无法确定。由于处于主干道下方，交警不批准该方案。2) 每口降水 井 施 工 需 2 d、埋设电缆及排水管每 口井需 2 d、路面恢复需 1 d、联络通道降水 周 期 至 少15 d，联络通道结构施工需 60 d，联络通道施工总工期 暂定为 124 d。3) 旋喷桩加固施工 2 个月，等强 1 个月。为了保证施工安全，采取地面降水辅助施工。共设计降水井 12 口，设计深度为 35 m，降水间距为 8 m。1# 联络通道降水井设计布置图见图 3。1# 联络通道地 面交通图见图 4。由于联络通道处于交通繁忙的要道下方，西安市 交通警察支队和西安市市政设施管理局未能批准该方案。因此，只完成了 3 m 绿化带内的 3 口降水井。2 2施工风险分析由于未能按设计要求完成旋喷桩和降水施工，不 可能将水隔离在外部以及将水位降低到底板以下。存 在以下施工风险:1) 管片破除后发生涌水、涌砂，造成隧道被掩埋。2) 地面管 线 复 杂，隧道上方土体流 失 过 多，地 面 下沉，将导致上方污水管、雨水管、电力管沟、高压电缆 等管线断裂，损失无法估计。2 42 4 1优缺点分析优点1) 采用降水井降水成本相对适中。2) 降水达到设计要求后能够可靠地保证施工 安全。2 4 2缺点1) 降水井施工需占路面手续审批难。增刊 1刘 丹 : 西安地铁洞内 wss 注浆加固区间联络通道812) 降水施工存在未能将地下水降至基底以下的 情况。3) 降水井施工及抽水作业周期长，直接影响地铁 后期工作。4) 如水位不能降至基底以下，在施工过程中仍将 存在很大的安全隐患。续较困难，对地面交通影响大。且地面管线密集，容易造成管线破坏。在管线影响范围内又不能打孔注浆， 影响加固质量。最终选择洞内注浆加固的方式。3 2注浆加固工期分析机械设备材料进行准备调试需 4 d、注浆加固堵水需 15 20 d、联络通道结构施工需 60 d，联络通道施工总工期为 80 d。3 3优缺点分析33 1wss 注浆加固方案分析wss 注浆加固方案的选择1) 地面注浆加固。对隧道开挖面四周外扩 3 0 m3 3 1优点1) 止水加固后，可打设探水孔，确保无水作业。2) 加固周期短，可提前工期。3 3 2缺点1) wss 注浆止方量难以估计，注浆所发生的费用 可能较高。2) wss 加固后，需要快速施工，对施工组织要求高。进行 wss 注浆止水加固，考虑浆液扩散半径，孔 距 选择为 0 5 1 m 内3。地面加固示意图见图 5。4wss 注浆加固设计及施工4 1注浆设计4 1 1注浆范围设计根据岩土工程勘测资料，结合设计要求及以往施工经验，确定隧道土体加固范围为联络通道土体开挖 断面周圈外扩 3 0 m。注浆加固时采用水钻开孔，开 孔完成后及时进行 wss 注 浆 加 固。土体加固纵断面 示意图见图 7。图 5 地面加固示意图( 单位:mm)fig 5 ground reinforcement( mm)2) 洞内 注 浆 加 固。从左右线隧道内 联 络 通 道 上下开口处以 15 外 插 角 对 联 络通道进行注浆加固，加 固范围为联络通道开挖四周 3 m 范围，孔间距选择为0 5 1 m。洞内加固示意图见图 6。图 7 联络通道土体加固纵断面图( 单位: mm)fig 7 vertical section of ground reinforcement of connection gal- lery( mm)4 1 2注浆配合比 见表 1。 注浆时，根据现场实际情况动态调整配合比，并适当加入特种材料增加可灌性和堵水性，可以增加止水 效果。4 1 3注浆孔的布置及注入顺序鉴于本工程土质为不良土层且为承压水，拟采用 加密注浆孔距的措施以加强土体加固效果。本工程注 浆孔排距按 0 7 m 交联等边三角形布设。图 6 洞内加固示意图( 单位:mm)fig 6 reinforcement in tunnel( mm)考虑到地面注浆加固需要占用地面场地，办理手隧道建设第 32 卷82表 1table 1注浆配合比grout matchinga 液b 液c 液gs 剂 8 5%p 剂 4 5% h 剂 6 7%水泥 42%h 剂 4 5% c 剂 4 5%硅酸钠 100 lc 剂 6 7%水水注: 溶液由 a b 液组成，悬浊液由 a c 液组成。本配合比为配量 200l 浆液配比。钻孔的顺序是先钻外排孔，后钻内排孔，内孔还可 以作为检查孔。注浆时由前到后。1) 联络通道及泵房注浆方式。采 用 双 向 注 浆 施 工工艺，即从联络通道两端相向注浆。2) 技术参数。采用压力注浆处理; 钻孔孔径 42， 间距为 0 70 m 0 70 m，梅花形布置注浆孔，通 道 下 部与通道顶部注浆孔按照单孔多角度放射状注浆，中 部采用水平注浆孔注浆，从而在通道周围形成厚度为3 m 的环向加 固 体。联 络 通 道、泵房加固示意图见图 8，联络通道、泵站注浆孔布置图见图 9。图 9 联络通道、泵站注浆孔布置图( 单位: mm)fig 9layout of grouting holes of connection gallery and pump room( mm)4 1 4主要技术参数1) 注浆深度: 参见图 7。2) 注浆孔直径:42 mm。3) 注浆扩散半径:4) 注浆凝结时间:0 7 m。20 30 min。5) 注浆压力:0 3 1 mpa。4 1 5注浆量计算由于浆液的扩散半径与围岩孔隙很难精密确定，只能按以往施工经验及隧道工程地质、水文条件、注浆 压力进行注浆量的计算及浆液注入量控制。总注浆量 q = an( 1 + ) 。式中: a 为注浆 范 围 体 积，m3 ; n 为 孔 隙 率，% ; 为 浆 液填充系数，取值 0 7 0 9; 为注浆材料损耗系数。 设计中，n( 1 + ) 统 称 为 填 充 率，填 充 率 按 表 2选用。注浆压力的选定4 1 6注浆压力是注浆施工中的重要参数，它关系到注浆施工的质量及经济性4。因此，正确确定注浆压力 和合理运用注浆压力有着重要的意义。图 8 联络通道及泵房土体加固示意图( 单位:mm)fig 8 reinforcement of connection gallery and pump room( mm)增刊 1刘丹 :西安地铁洞内 wss 注浆加固区间联络通道83表 2 填充率选用表布孔点之间误差不得大于 8 cm。钻 杆 倾 斜 度 不 得 大于 1 5。table 2filling rate地质条件填充率 / %杂填土粉质黏土、砂土 粉细砂、砂层 中砂、中粗砂25 4530 4540 5050 60注浆压力与围岩孔隙发育程度、涌水压力、浆液材料的黏度和凝胶时间长短等有关，目前均按经验确定。1) 按已知的地下水静水压力计算。设 计 的 注 浆 压力( 终压值) 为静水压力的 2 3 倍，最大可达到 3 5 倍，即p p ( 3 5) p。式中: p 为设计 注 浆 压 力 ( 终 压 值) ，mpa; p 为 注 浆 处 静水压力，mpa。2) 根据注浆处地层深度计算。设计注浆压力( 终 压值)p = kh。式中: h 为注浆处深度，m; k 为由注浆深度确定的压 力系数。压力系数 k 的取值如表 3 所示。表 3 压力系数取值表table 3 stress coefficient图 10 注浆工艺流程图fig 10 flowchart of grouting3) 钻孔。钻孔时精确计算钻杆角度，密切观察钻 孔进度。如果发生坍塌情况，应立即停止钻孔，先进行 回抽注浆加固( 压力应达到 0 30 1 0 mpa) ，并确认 加固效果后，方可停止注浆，再改到临近孔位向前继续 钻孔施工。4) 配料。根据现场不同地 质 情 况 选 择 a、b 液 组 成的溶液型浆液或 a、c 液组成的悬浊液浆液，应采用 准确的计量工具，按照既定配方配料施工，第一循环一 般作为试验段施工，根据注浆效果及时调整浆液配合 比及悬浊液和溶液注入比例，确定最佳的浆液配合比及浆液注入比例。5) 注浆。注浆为分段回抽注浆法施工，一般回抽 步距为 0 3 m，注入顺序从外围到中心进行施工。根 据本工程实际情况结合以往施工经验溶液型浆液控制在总浆液的 70% ，悬浊液控制在总浆液 的 30% ，能 够达到很好的加固效果，注浆压力根据试注浆结果确定， 专人操作。当压力突然上升或 突然下降或从孔壁溢 浆，应立即停止注浆，分段注浆量应严格按设计进行， 跑浆时，应采取措施确保注浆量满足设计要求。6) 路面沉降观测。由于注浆压力较大，洞内注浆时应做好地面沉降观测工作，地面沉降监测点严格按 照联络通道施工监测量测设计图进行布设。洞内注浆 施工时应加强监测频率，地面隆起沉降量允许变形值为 10 30 mm。当路面变形量超过设 计 规 范 规 定时，应立即停 止 注 浆 施 工，修 正 注浆参数后方可继续 施工。注浆深度 / m 810 1212 1616 20 200 023 0 0210 021 0 0200 020 0 0180 018 0 016k0 016以上数据只是理论计算数量，在工程实际中根据注浆效果及浆液注入量确定最终注浆压力，一般注浆 压力为 0 3 1 0 mpa。注浆前在同等地质条件下，试 注浆并记录注浆数据，根据试注浆施工记录及注浆效 果确定最终 1# 联络通道注浆压力及配合比。4 1 7 测量监测在注浆加固前对地面及地下管线埋设监测点，并 及时测取初始值，在加固过程中严密进行监测工作，发 现异常及时反馈数据以便调整注浆压力，确保管线及 地面不受影响。4 2 施工工艺及技术方法4 2 1施工工艺流程隧道双重管注浆工艺流程如图 10 所示。4 2 2施工技术方法1) 注浆 孔 布 置。注浆孔选择在联络 通 道 开 口 四 周布设 3 排，间 距 为 0 7 m。泵房下部注浆待联络通 道横通道初次衬砌全部施工完成后再进行。2) 钻 机 定 位。钻 机 定 位 要 准 确，特 别 是 上 拱 位 置，钻机要安放在操作平台上，要精确计算操作平台的 高度，以便确定钻孔的最佳角度; 开钻前的钻头点位与4 3注浆后效果检测注浆施工结束后，在联络通道开挖断面外侧打探孔。探孔主要分布为联络通道洞门上部、中部及底部隧道建设第 32 卷84分别开设 3 个深度为 5 m 的探水孔，探水孔完成后观察是否有明水流出。如有明水流出则需继续注浆止水 加固，待无明水外流时方可进行管 片 破 除。1# 联 络 通 道在打设探水孔后，无明水流出，随后开始联络通道结 构施工，一次成功。在开挖过程中，wss 注浆加固设备及操作人员跟 班作业，一旦发生意外情况及时进行二次注浆加固，待 联络通道初期支护及二次衬砌施工完成后解除跟班作 业人员，确保联络通道平稳有序进行。通 过对原有方案的分析，创造性地提出了洞内 wss 注浆加固的施工方 法，并 在 西 安 地 铁 一 号 线 tjsg 6 标 1# 联络通道施工中得到了成功应用。孔确保 加 固 质 量; wss 注浆有一定的时效性，要 保 证施工快速顺利进行; 施工过程中要密切观察土体变化， 有明流水时要及时封闭，补充注浆。补充注浆中由于 注浆压力大，容易造成已成洞的隧道发生变形。4) 西安地铁一号线 tjsg 6 标 1# 联络通道 采 用 wss 注浆方法施工，从开始注浆到二次衬砌施工完毕 共用时 45 d，过程中未发生涌水、涌砂的情况，成功完 成该隧道施工，为今后西安地铁联络通道施工提供了 借鉴。5结论与讨论1) 地铁区间联络通道施工最大风险是隧道和泵 参考文献( references) :1马腾 wss 注浆治理黄土隧道地下水患技术研究j 山西建筑，2012( 18) : 205 206，245 ( ma teng research on losses tunnel underground flood treatment with wss groutingtechniquej shanxi architecture，2012 ( 18 ) : 205 206，245 ( in chinese)