地铁车站暗挖施工技术研究-粉砂-注浆.doc

地铁车站暗挖施工技术研究2006-09-19 20:56:57 来源:中国路桥网 【大 中 小】 评论: 条 地铁车站暗挖施工技术研究摘要:以磁器口车站为例,从车站主体施工方法、砂层开挖支护方法介绍了地铁车站暗挖施工技术,对大管棚施工、粉细砂地层加固提出了施工建议。关键词:暗挖车站,超前支护,管棚,粉细砂层 地铁暗挖车站施工技术是一项新发展的技术,地下铁道车站常用方法多为明挖法、盖挖法,受特殊环境限制方采用暗挖法施作,暗挖车站施工技术更为复杂。北京地铁5号线磁器口车站采用浅埋暗挖法施工,站体大部分位于细砂、粉细砂层上,地面是交通十字路口,交通繁忙。地下有雨水管、污水管、自来水管、电力方沟、热力管沟等地下管线设施。站体大部分位于砂层地区,砂层自稳能力差,开挖极易坍塌而引起地面沉陷过大,甚至造成灾难性后果。因此,该车站的施工难度、风险非常大。1 工程概况1.1结构简介 磁器口车站是北京地铁5号线与规划北京地铁7号线的换乘站,车站全长180,宽21.87,高14.933。车站建筑面积为12244.22,车站主体覆土深度为9.810.3。车站为双层岛式三拱两柱结构,车站地下一层为站厅层,预留通道实现与7号线换乘,地下二层为站台层。 车站支护采用复合式衬砌,初期支护为20喷射混凝土,厚度30,二次衬砌为30、抗渗等级10的防水混凝土,最薄处厚度50。立柱为40钢管混凝土柱,站厅板、站台板为30普通钢筋混凝土。1.2地层土质 磁器口车站地层为第四系地层,表层为人工填土,人工填土层下为粉土层、粉质粘土层、粉细砂层,车站站厅层主要位于粉细砂层。站厅层下土层为粉质粘土层、粉土层,车站站台层底层主要为以粉质粘土层、粉土层为主,结构底板主要为卵石圆砾层。2 施工方法2.1车站主体施工方法 受规划和周边环境限制,磁器口车站只能采用暗挖法施作。根据地层和结构的特点,车站主体最终选定采用中洞法进行施作。将主体划分成16部洞室,采用法先开挖中部8个洞室,开挖期间各部洞室步距控制在810,以控制地表沉降和减少相互的影响,施工中及时封闭成环。中洞开挖完成后,施作中洞结构,完成中洞部位的仰拱、底纵梁、钢管柱、中纵梁、中板、顶纵梁、顶拱,形成稳定的中洞支撑体系,然后对称开挖边洞,施作边跨初期支护和二次衬砌,最后完成站台板及其他建筑设施。具体施工步骤见图1。2.2 砂层开挖支护方法2.2.1超前支护 为保证开挖中的安全,控制砂层坍塌,保护地下管线设施,采用大、小管棚进行超前支护。 大管棚做法:管棚采用直径108、壁厚5的无缝钢管,管棚长18,搭接3,管身上钻68的孔,梅花形布置,孔距30。注浆选用水泥砂浆,浆液配比111,注浆压力0.20.3。 小导管施作方法:由于拱部土体大部分为粉细砂层,小导管采用特殊制作。先按常规做好注浆管,导管采用32水煤气管制成,先将钢管截成长2.0,一端做成尖锥形,另一端焊上6钢筋制成的箍。在距头部1.01.5以下每隔8,交叉钻58的孔。导管做成后,每个孔眼进行特殊处理,在孔眼位置扩孔5,深2,安设封孔片,防止在导管打入的过程中粉细砂堵塞孔口。 注浆时,在注浆的压力下,浆液冲开封片,使浆液能注入粉细砂层中。小导管注浆采用“注浆一段,开挖一段,段段推进”方式,导管间距33.3,小导管长2.0,搭接1.5,外插角1015。注浆材料选用改性水玻璃浆,水玻璃浓度一般为35,模数2.753.05,=24。2.2.2 洞室开挖1)1,3,9部洞室开挖支护。 粉细砂虽较密实,但稳定性差,掌子面易失稳坍落,开挖不合理则会造成大面积塌方。施工中采用上下两步台阶开挖,上台阶高度1.8。根据早成环的原则,同时保证掌子面稳定和施工安全,施工中台阶长度控制在23,格栅支立好后及时加设水平工字钢。上台阶预留核心土,核心土长度0.81.0,坡度1/3左右。下台阶土体保证16左右坡度。轮廓拱腰处开挖时基面轮廓为倒坡形式,下台阶施工时先掏槽开挖,支护该处侧墙,避免塌方,保证施工安全。最后再开挖剩余土体、支护成环。2)2,4,10部洞室开挖支护。 车站2,4,10部洞室大部分位于细砂、中粗砂层上,砂层在降水后变得非常松散,稳定性更差,施工中先对该地层进行侧向注浆加固然后再掏槽开挖。导管采用32水煤气管制成,钢管长1.8,在距头部1.0以下每隔15交叉钻8的孔,导管间距50,外插角2030,与锁脚锚杆交错设置。注浆材料选用水泥浆或水泥水玻璃浆,水泥浆液配比采用11。双浆液水玻璃浓度一般为35,模数2.753.05,水泥浆为11,水泥浆与水玻璃浆液配比也为11,施工中采用了以上两种浆液,水泥浆对无水地段效果较理想,双浆液对残余水部位堵水效果较好。由于砂层较为松散,注浆压力在0.30.5之间。3)回填注浆。 车站开挖后,立即喷射混凝土作为初期支护,但由于施工工艺和喷射混凝土自重等原因,往往在初期支护和砂层间存在空隙。为了消除空隙引起的地表沉降,施工中在喷射混凝土时预先埋设注浆钢管,钢管长70,间隔10打设花眼,用胶带封口,埋入砂层30。埋设部位在拱顶、拱腰、拱脚、墙中等处。待喷射混凝土达到一定强度后,向预埋管内充填水泥砂浆或水泥水玻璃浆,进行全断面周边注浆。 车站洞顶部纵向每3布设一根注浆管,环向4布设一根,开挖34后进行回填注浆,注浆机械选用低压注浆泵,注浆压力控制在0.10.2。注浆材料为水泥浆,孔隙较大部位注水泥砂浆,注浆顺序由上向下逐次进行。3 施工技术的改进3.1大管棚施工 在浅埋暗挖工法中,地面有建筑物,地下有各种管线等设施,采用大管棚超前支护对保护既有建筑物、控制地表下沉有较好的效果。 本站采用18长管棚,直径108,搭接长度3,每隔15就要重新打设下一环。目前国内外的机械一般施作高度在6080,考虑管棚长度和机械摆放,需要施作6长的工作室。施作工作室时,需向上挑高,以15角计算,挑高60长度为2.3。砂层地区上挑开挖难度非常大,由于小导管仰角已经大于15,支护能力明显降低。 由于施工中不断变化格栅形式,超挖部分需用二衬混凝土回填,造成很大的人力、材料的浪费,且耗时长。开辟工作室同时造成初支背后很多转折点,一方面极易形成积水槽,给结构耐久性带来一定的影响,另一方面初支表面转折点变化多,给防水层施作带来诸多不利因素。 目前,国内多采用直径150长管棚,施作3060长管棚已有很多成功经验,施作150亦有成功经验。因此,在今后的设计和施工中,应尽量采用60左右长大管棚,减少工作室的施作。3.2粉细砂地层加固 粉细砂土层一般较为密实,但自稳能力差,无法形成自然应力拱,易产生大面积坍塌,在有水的情况下更易产生流砂现象,是施工开挖支护控制的难点。对于本站粉细砂层的开挖,施工中为了保护环境,未采用有毒的化学浆液,只采取了预注酸性水玻璃加固土层的方法。将水玻璃稀释15,加10%20%的稀硫酸,同时加微量碳酸钠,值控制在3左右。 施工前期注浆压力采用0.30.5,固砂效果不理想,固砂体单轴抗压强度达到0.15。 在后期的施工中,工作面施作了3040厚的止浆墙,将注浆压力提高到0.8,通过效果检查,固砂体单轴抗压强度达到0.5,基本满足开挖要求,但施工中砂层剥落至小导管现象时有发生,小导管起到了一定的支护作用。因小导管注浆每隔1就要施作一环,工作面还需施作较厚止浆墙,注浆结束后还得凿除,严重制约了工程进度。 随着长管棚技术的发展,一次施作较厚止浆墙,提高注浆压力,改善浆液配比,粉细砂层加固难点将得到较好的解决。北京地铁粉细砂层改性水玻璃注浆加固的研究和应用文章快照: 玻璃亦然)，在空气中失水后强度降低很快，24小时后试件就会崩解。关于改性水玻璃固砂体的强度，影响因素很多，水玻璃的模数，浓度，硫酸的浓度及外加剂的种类等，都直接影响着固砂体的强度。另外注浆工艺，如注浆压力、注入量、拄浆速度，也对固砂体的强度产生很大影响。当然，改性水玻璃固砂体强度并不高，一般在01O6MPa，因而做为高层建筑物基础加固，封堵高压力地下水，或做为受力结构的加固等，都稍嫌低些，但作为隧道开挖时临时支护，根据工程实践验证，一般单线隧道还是可以的，况且注浆时，有时会有浆液浸入开挖工作面固结，如果强度过高，还会为开挖造成困难。根据这种情况，我订这次试验配制了强度为O2O3MPa的浆液使用。(三)注浆机具的配套和改进；本次试验和复西区间隧道细砂层加固注浆时，我们选择了较简单的注浆设备，风力搅斜奄风动注浆器、自动孔口密封器等，该设备从表面看，与现代化施工很不协调，注浆作业不能连续。但结合北京地铣复西段区间隧道、断面较小，注浆量不大，该机具比较适用，其结构简单，配套容易，操作方便、移动灵活、造价低廉，注浆压力和流量都可以准确控制，因而深受现场施工人员的欢迎。而且由于设备简单，不易损环，维修工作量小、注浆作业时间也易于控制和掌握。若使用较复杂的大型机具设备，在较狭窄的坑道内需另外开辟注浆站，由此产生增长输浆管路，增设联给人员，增加工程设备投资，增加设备维修时间和维修费用等等。当然，较理想的注浆设备是体积小，重量轻、移动灵活、操作方便，减少工人劳动强度，并能连续注浆的配套设备。为此，我们经过调研比选，提出了用隔膜注浆泵。Ms一4OO搅拌机、分浆器和孔口密封器为主要设备的拄浆系统。Ms一4OO搅拌机，是并列双筒筒搅拌机，有二次搅拌的功能，在此基础上，配制计量装置自动酸度计，便可连续造浆。该套设备较之其他机具，体积较小，重量轻，可连续注浆，但移动不太灵活，可在工作面附近设固定或移动式注浆站(装在平板车上)，该设备效率较高，可适用于较大工程(如地铁车站等)的注浆。(四)加强劳动保护，确保工人身心健康。改性水玻璃浆液和原材料均为无毒物质，对人体的盘害不大。但是，主要原材料中，硅酸钠为碱性物质，硫酸为强酸，配出的改性水玻璃亦是呈弱酸性，对人体及物品均有腐蚀作用，为保证工人身心健康，必须注意以下几点l1，加强劳动保护，长期从事改性水玻璃注浆人员及实验人员，除应按隧道工人劳动防护外，还应对眼睛、外露皮肤等进行保护，现场应配备小苏打水，肥皂及其他防酸烫伤药品，以备急用。2、稀释硫酸时，应将硫酸慢慢倒入水中，以免酸液外溢，造成烧伤事故。3，搅拌浆液时，不要使搅拌筒盛的太满，以免搅拌时浆浓外溅，造成事故。4、测量浆液PH值时，一定要停止或放慢搅拌速度，使浆液处于静止状态，以免伤人。动保护用品发放标准，为了确保工人健康，我们参照有关规(见表六)：定，提出酸性水玻璃注浆人员及实验人员劳劳动保护用品发放标准供有关部门参考。表六顺号品名单位发放标准备注I防酸工作服套1年人如为劳动布