郑州轨道交通4号线工程土建施工01标盾构同步注浆、二次注浆施工方案

郑州市轨道交通4号线工程土建施工01标段同步注浆、二次注浆施工方案编制： 审核： 批准： 中铁北京工程局集团有限公司郑州市轨道交通4号线工程土建施工01标段项目部二零一七年十月二十日目 录第1章 工程概况11.1工程总体概况11.2区间概况11.2.1 关陈车辆段出入段线区间概况11.2.2 安顺路站长兴路站区间概况21.3 自然条件21.3.1地质情况21.3.2水文地质概况51.3.3场地地震效应6第2章 编制依据、原则及范围72.1 编制依据72.2 编制原则72.3 编制范围7第3章 同步注浆83.1 注浆的目的83.2 注浆的原理83.3 浆液材料及配比83.4 同步注浆主要技术参数93.5 同步注浆工艺和方法11第4章 二次注浆124.1 注浆目的124.2 注浆方式及浆液配比134.3 注浆压力及注浆量134.4 注浆设备及材料14第5章 质量控制措施145.1 质量保证制度145.2 质量保证措施15第6章 安全控制措施及文明施工156.1 安全控制措施156.2 文明施工16一、工程概况1.1工程总体概况郑州市轨道交通4号线工程土建施工01标段，北起江山路以西的关陈车辆段，沿三全路呈东西走行，到长兴路与三全路交叉口的长兴路站、新柳路站止，共包括3个地下车站、2个地下盾构区间（含部分出入段线明挖区间），分别为安顺路站、长兴路站、新柳路站（3号线与4号线换乘站）、关陈车辆段出入段线区间、安顺路站至长兴路站区间长兴路站安顺路站接收井安顺路站长兴路站区间关陈车辆段出入段线区间图1.1 4号线01标段盾构施工卫星平面示意图1.2区间概况1.2.1 关陈车辆段出入段线区间概况关陈车辆段出入段线区间左右线均由安顺路站引出，沿规划三全路路北向西敷设，下穿贾鲁河，然后继续向西，侧穿京广快速通道桩基，下穿信基调味品市场两层门面房，然后以300m的小半径转入向南，分别下穿铁路北到线、京广铁路、郑焦城际铁路、京广-陇海铁路联络线等，到达盾构吊出井。关陈车辆段出入段线区间右线盾构段长1221.448m，里程为CR-K0+090.568CR-K1+312.016；左线盾构段长1189.480m，里程为CR-K0+090.520CR-K1+280.000。盾构段左、右线各设置3处平曲线，曲线半径分别为800m、800m、300m和700m、800m、305m，线间距8.67m28m，线路坡度设计为“V”字坡，左线线路坡度依次为2、18的下坡，7、33.764的上坡，右线线路坡度依次为2、18的下坡，7、32.932的上坡，左、右线覆土厚度5.112.2m，穿越主要地层有黏质粉土、粉质黏土、粉砂等地层，地下水位埋深10.012.0m。盾构采用外径6.2m、内径5.5m、管片厚度35cm、环宽1.5m管片，本出入段线部分区段为300m小半径，需采用1.2m环宽管片，区间不设置联络通道兼泵房。1.2.2 安顺路站长兴路站区间概况安顺路站长兴路站区间线路出安顺路站后，主要沿三全路路中向东敷设，线路两侧主要为已拆迁待建地块、住宅楼等，两侧建构筑物距离区间隧道较远。区间起点里程为右（左）DK0+533.900，终点里程为右（左）DK1+074.419。左线长度542.953m（含长链2.434m），右线长度540.519m。左、右线各设置1处平曲线，曲线半径为1000m，线间距14m17m。线路纵坡设计为单向坡，坡向长兴路，坡度为20.502，盾构隧道为单洞、单线圆形断面，线间距1417m，管片外径6.2m、内径5.5m、管片厚度35cm、环宽1.5m，左、右线覆土厚度9.118.1m，主要穿过黏质粉土、粉质黏土、粉砂等地层。地下水位埋深10.012.0m。由于区间较短不设置联络通道兼泵房。1.3 自然条件1.3.1地质情况根据岩土的时代成因、地层岩性及工程特性，本场地勘探揭露58m深度范围内地层主要为人工填土及第四系全新统（Q4）粉质黏土、黏质粉土、细砂，第四系上更新统（Q3）粉质黏土、黏质粉土，第四系中更统冲积层（Q2）粉质黏土等土层，现将勘察深度内的土层按其不同的成因、时代及物理力学性质差异自上而下分为17个工程地质单元层。本区间下穿地层主要为粉质黏土层、黏质粉土层、粉砂层。各层土的岩性特征及埋藏条件分述如下：1杂填土（Q4ml）：城市道路上表层主要为柏油路面，厚约20cm下部主要为灰土垫层、人工堆填粉土；道路两侧空地多为新近回填粉土、粉质黏土，含大量砖块、砼、灰渣等建筑垃圾，成分杂乱，结构松散。本层土力学性质不均匀。本层层底埋深0.4-5.3m，层厚0.4-5.3m，层底高程91.00-97.659m。31黏质粉土（Q4al）：褐黄色，稍湿，稍密-中密。含锈斑，有砂感，干强度低，韧性低。本层层底埋深1.8-4.0m，层厚1.0-3.5m，层底高程93.60-96.25m。32黏质粉土（Q4al）：褐黄色，稍湿，中密。含锈斑，有砂感，无光泽反应，干强度低，韧性低。本层层底埋深3.0-8.0m，层厚1.0-5.8m，层底高程87.30-93.30m。21粉质黏土（Q4al）：黄褐色，软塑-可塑，切面有光泽。干强度及韧性高，无摇震反应。见蜗牛壳碎片。本层层底埋深3.0-7.6m，层厚1.1-3.5m，层底高程89.20-94.85m。33黏质粉土（Q4al）：褐黄色，稍湿，稍密-中密。含白色钙质条纹，锈色斑点，有砂感。无光泽反应，干强度低，韧性低。本层层底埋深8.1-13.0m，层厚1.5-7.5m，层底高程82.29-88.40m。33D细砂（Q4al）：褐黄色，湿-饱和，中密-密实。主要矿物成分以长石、石英，含少量云母。本层层底埋深12.4-13.2m，层厚1.7-5.1m，层底高程81.65-84.25m。22粉质黏土（Q4al）：灰褐色，软塑-可塑，切面有光泽。干强度及韧性高，无摇震反应。见蜗牛壳碎片。本层层底埋深6.4-12.6m，层厚0.6-5.6m，层底高程84.10-91.51m。34黏质粉土（Q4al）：灰褐色，湿，中密。无光泽反应，干强度及韧性低，摇震反应中。见蜗牛壳碎片。局部夹薄层粉质黏土。本层层底埋深13.3-21.8m，层厚0.6-10.0m，层底高程75.5-84.05m。41粉砂（Q4al）：灰褐色、褐黄色，饱和，中密-密实。级配一般，主要矿物成分以长石、石英，含少量云母。局部含少量砾石。本层层底埋深16.5-23.0m，层厚0.7-7.7m，层底高程73.08-81.10m。41A黏质粉土（Q4al）：褐黄色，湿，中密。无光泽反应，干强度及韧性低，摇震反应中。见蜗牛壳碎片。局部夹薄层粉质黏土。本层层底埋深17.5-22.7m，层厚1.2-6.0m，层底高程73.30-79.03m。51细砂（Q4al）：褐黄色，饱和，密实。级配一般，主要矿物成分以长石、石英，含少量云母。局部含少量砾石。本层层底埋深18.0-35.0m，层厚1.5-14.0m，层底高程61.08-79.60m。24粉质黏土（Q3al）：黄褐色，可塑硬塑，切面光滑，干强度及韧性高，无摇震反应。含黑色铁锰斑点，含较多钙质结核，粒径约530mm。本层层底埋深33.0-36.5m，层厚1.2-5.6m，层底高程58.70-62.30m。24A黏质粉土（Q3al）：褐黄色，湿，密实。含锈斑，稍有黏性，局部夹有钙质结核，一般粒径330mm，干强度低，韧性低。本层层底埋深34.5-37.0m，层厚2.0-3.8m，层底高程60.16-62.96m。25粉质黏土（Q3al）：黄褐色，可塑硬塑，切面光滑，干强度及韧性高，无摇震反应。含较多钙质结核，粒径约540mm，局部富集。本层层底埋深39.0-43.0m，层厚3.5-8.2m，层底高程53.59-57.94m。25A黏质粉土（Q3al）：褐黄色，湿，密实。含锈斑，稍有黏性，局部夹有钙质结核，一般粒径330mm，干强度低，韧性低。本层层底埋深41.0-44.0m，层厚2.6-7.0m，层底高程53.20-56.16m。26粉质黏土（Q3al）：黄褐色，可塑硬塑，切面光滑，干强度及韧性高，无摇震反应。含较多钙质结核，粒径约540mm，局部富集。本层层底埋深44.0-53.0m，层厚2.8-14.0m，层底高程44.00-53.00m。26A黏质粉土（Q3al）：褐黄色，湿，密实。含锈斑，稍有黏性，局部夹有钙质结核，一般粒径330mm，干强度低，韧性低。本层层底埋深50.00-53.00m，层厚6.0-11.0m，层底高程44.11-46.53m。21粉质黏土（Q2al）：黄褐色，可塑硬塑，切面光滑，干强度及韧性高，无摇震反应。含黑色铁锰斑点，含大量钙质结核，约30%50%，粒径约540mm，局部富集，钻进困难。本层勘察深度内未揭穿，最大揭露厚度10.0m。1.3.2水文地质概况（1）地下水本区间场地勘察期间，稳定地下潜水水位埋深介于9.5-13.0m（水位高程为84.05-87.50m），本场地地下水类型为第四纪松散岩类潜水。地下水主要赋存于约9.0m以下黏质粉土、粉砂、细砂、粉质黏土层中。（2）地下水和土的腐蚀性按岩土工程勘察规范（GB50021-2001）（2009年版）附录G规定，场地环境类型为类。根据本工程场地地下水水质分析结果，依据岩土工程勘察规范（GB50021-2001）（2009版），判定地下水对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。据根据本工程场地地基土腐蚀性分析结果，依据岩土工程勘察规范（GB50021-2001）（2009版），判定地基土对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。（3）抗浮设计水位本区间场地勘察期间，9.5-13.0m（水位高程为84.05-87.50m），据调查本区间场地近5年最高水位埋深4.0m左右（水位高程约91.50m），本区间历史最高水位埋深2.0m左右（水位高程约93.50m）。根据建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）地下结构进行抗浮验算时，本站区场地抗浮水位埋深可取2.0m（抗浮水位高程可取93.50m）。设计时应考虑夏、秋季罕见突发暴雨和特大暴雨造成城市内涝对地下车站设计的影响。1.3.3场地地震效应近场区大地构造上位于中朝准地台的黄淮海坳陷，地质构造总体上以宽缓的向背斜为特征，断裂活动强度和幅度不大，主要构造线走向呈北西、北西西-近东西向构造。工程线路位于黄淮海坳陷南部。近场区断裂构造比较发育，主要为北西向和北西-近东西向断裂。（1）地震动参数根据郑州市轨道交通4号线一期工程场地地震安全性评价报告，郑州市抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第二组，设计基本地震加速度值为0.15g。（2）场地土类型及建筑场地类别根据波速测试结果，场地20m范围内等效剪切波速se分别为201m/s、207m/s、208m/s、208m/s，平均等效剪切波速值为206m/s。场地覆盖层厚度大于50m，依据建筑抗震设计规范（GB50011-2001）（2008年版）第4.1.6条，综合判定本场地建筑场地类别为类。设计特征周期0.55s。依据建筑工程抗震设防分类标准（GB 50223-2008），本工程抗震设防类别为重点设防类（乙类）。二、编制依据、原则及范围2.1 编制依据序号文件名称版本号1郑州市轨道交通4号线工程土建施工01标段施工图纸2郑州市轨道交通4号线工程土建施工01标段关陈出入段线、安顺路站长兴路站区间岩土工程勘察报告（详勘阶段）3地下铁道工程施工及验收规范（2003版）GB50299-19994盾构法隧道施工与验收规范GB50446-20085城市轨道交通工程测量规范GB50308-20086地下工程防水技术规范GB50108-20087地下防水工程质量验收规范GB50208-20118城市轨道交通工程安全质量管理暂行办法建质20105号2.2 编制原则（1）严格执行施工过程中设计的相关标准、规范和规程，坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的思想原则。（2）严格规范控制同步注浆及二次注浆的质量，做好百年工程。2.3 编制范围本方案适用于郑州轨道4号线工程土建施工01标段盾构临同步注浆、二次注浆施工。三、同步注浆3.1 注浆的目的由于盾构开挖外径6460mm 大于管片的外径6200mm，当盾构机外壳脱离管片后，管片与天然土体之间将存在一定的建筑空隙，这种空隙的存在，将导致以下不利后果：（1）天然土体坍塌从而引起地面下沉。（2）空隙积水增大管片间漏水的可能性。（3）管片在千斤顶作用下由于缺乏约束而变形错位。（4）隧道在全断面富水砂层上浮。在盾构掘进过程中，采用同步注浆，浆液在盾尾空隙形成的瞬间及时起到充填作用，从而使周围岩体获得及时的支撑，可有效地防止岩体的坍陷，控制地表的沉降，尽可能的减少隧道上浮和对地面的影响，同时作为管片外防水和结构加强层。3.2 注浆的原理同步注浆的基本原理就是将有具有长期稳定性及流动性，并能保证适当初凝时间的浆液（流体），通过压力泵注入管片背后的建筑空隙，浆液在压力和自重作用下流向空隙各个部分并在一定时间内凝固，从而达到充填空隙，阻止土体塌落、隧道上浮等。3.3 浆液材料及配比（1）注浆材料采用水泥砂浆作为同步注浆材料，该浆材具有结石率高、结石体强度高、耐久性好和能防止地下水浸析的特点。水泥采用32.5普通硅酸盐水泥，以提高注浆结石体的耐腐蚀性，使管片处在耐腐蚀注浆结石体的包裹内，减弱地下水对管片混凝土的腐蚀。（2）浆液配比及主要物理力学指标根据现场配比试验，同步注浆拟采用的配比详见下表。在施工中，根据地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验优化确定。同步注浆浆液的主要物理力学性能应满足下列指标：表3.3 同步注浆材料配比和性能指标表组别水泥（kg）粉煤灰（kg）膨润土（kg）砂（kg）水（kg）备注11903311037735500.8Mpa22003501109004000.8MpaA、胶凝时间：一般为310h，根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。对于强透水地层和需要注浆提供较高的早期强度的地段，可通过现场试验进一步调整配比和加入早强剂，进一步缩短胶凝时间。B、固结体强度：一天不小于0.2MPa，28天不小于2.5MPa。C、浆液结石率：95%，即固结收缩率5%。D、浆液稠度：812cm。E、浆液稳定性：倾析率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）小于5%。3.4 同步注浆主要技术参数（1）注浆压力注浆压力略大于该地层位置的静止水土压力，同时避免浆液进入盾构机的土仓中。最初的注浆压力是根据理论静止水土压力确定的，在实际掘进中将不断优化。如果注浆压力过大，会导致地面隆起和管片变形，还易漏浆。如果注浆压力过小，则浆液填充速度赶不上空隙形成速度，又会引起地面沉陷。一般而言，注浆压力取1.11.2倍的静止水土压力，最大不超过3.04.0bar。由于从盾尾圆周上的四个点同时注浆，考虑到水土压力的差别和防止管片大幅度下沉和浮起的需要，各点的注浆压力将不同，并保持合适的压差，以达到最佳效果。在最初的压力设定时，下部每孔的压力比上部每孔的压力略大0.51.0bar。故根据本区间工程地质情况及水文地质条件，单环注浆压力参考范围在23bar。（2）注浆量根据刀盘开挖直径和管片外径，可以按下式计算出一环管片的注浆量。Q=/4KL（D12-D22）式中:Q 单环注浆量（m3）L 环宽（m）D1 开挖直径（m）D2 管片外径（m）K 充填系数取1.52.0代入相关数据，可得:Q1=/4(1.52)1.5（41.7-38.4）=5.827.76m3/环Q2=/4(1.52)1.2（41.7-38.4）=4.666.22m3/环根据上面经验公式计算，注浆量取环形间隙理论体积的1.52.0倍，则每环（1.5m）注浆量Q1=5.827.76m3，每环（1.2m）注浆量Q2=4.666.22m3。（3）注浆时间和速度在不同的地层中根据需不同凝结时间的浆液及掘进速度来具体控制注浆时间的长短。做到“掘进、注浆同步，不注浆、不掘进”，通过控制同步注浆压力和注浆量双重标准来确定注浆时间。注浆量和注浆压力达到设定值后才停止注浆，否则仍需补浆。同步注浆速度与掘进速度匹配，按盾构完成一环掘进的时间内完成当环注浆量来确定其平均注浆速度。（4）注浆结束标准及注浆效果检查采用注浆压力和注浆量双指标控制标准，即当注浆压力达到设定值，注浆量达到设计值的85%以上时，即可认为达到了质量要求。注浆效果检查主要采用分析法，即根据压力-注浆量-时间曲线，结合管片、地表及周围建筑物量测结果进行综合评价。对未满足要求的部位，进行补充注浆。3.5 同步注浆工艺和方法壁后注浆装置由注浆泵、清洗泵、储浆槽、管路、阀件等组成，安装在第一节台车上。当盾构掘进时，注浆泵将储浆罐中的浆液泵出，通过四条独立的输浆管道，通到盾尾壳体内的4根同步注浆管，对管片外表面的环行空隙中进行同步注浆，在每条输浆管道上都有一个压力传感器，在每个注浆点都有监控设备监视每环的注浆量和注浆压力。图3.1 同步注浆示意图盾尾密封采用三道钢丝刷加注盾尾油脂密封，确保周边地基的土砂和地下水、注浆材料、开挖面的水和泥土从外壳内表面和管片外周部之间缝隙不会流入盾构机内部，确保壁后注浆的顺利进行。注浆量和注浆压力的大小可以实现自动控制和手动控制，手动控制可对每一条管道进行单个控制，而自动控制可实现对所有管道的同时控制。图3.2 同步注浆工艺流程示意图四、二次注浆4.1 注浆目的（1）减少沉降同步背后注浆结束后，浆液在凝固的过程中会有1.4%左右的体积收缩，而工程地质条件不良的地层浆液易发生流失，在管片背面会形成空腔。由于空腔的存在，此处地层易发生坍塌变形，随围岩松动范围扩大，会引起地面沉降。用二次注浆及时填充管片背面的空腔，使地层没有发生变形的空间，有效地控制地面下沉。（2）提高防水能力盾构隧道成形之后，由于同步注浆不饱满或因浆液凝固体积收缩，管片背面形成空腔，在富水层里，地下水会在此汇集形成水囊，如果管片止水条松动或止水条处混凝土开裂掉块，形成渗水通道。水囊里的水就会从渗水通道进入隧道，即造成隧道渗水。通过二次注浆，用浆液完全填充空隙，把水囊缩小或消灭，使管片背面的空隙水压减小，可有效控制渗水，达到防水目的。4.2 注浆方式及浆液配比（1）注浆方式人工凿穿管片吊装孔处混凝土及管片外侧壁后注浆层，注意保护注浆孔内的套丝，以防对其造成破坏。安装好注浆设备及管路后，开始进行注浆作业。注浆时主要选择从隧道顶部吊装孔位置3#位和13#位左右交叉进行注浆，每环注两个点。（2）浆液配比浆液选用双液浆，采用水泥水玻璃浆液，水泥浆的水灰比为0.8:11:1；水泥浆与水玻璃的体积比1:0.51:0.8；水玻璃波美度40。4.3 注浆压力及注浆量注浆压力高于同步注浆压力0.20.3bar，注浆量初步控制在1.52.0m范围内，以注浆压力为主控。注浆分次进行，若浆液由管片中渗出，应立即停止注浆。二次注浆每隔3环注一次，以提高填充率，减小建筑物后期沉降，避免发生建筑物沉降超限的情况。4.4 注浆设备及材料二次注浆使用专用的注浆泵，注浆前凿穿管片吊装孔外侧保护层，安装专用注浆接头。注浆设备及材料包括：（1）注浆泵；（2）浆液搅拌设备；（3）配套管路、电线；（4）注浆头及相应球阀；（5）铁锤、钎子（用于打穿注浆孔）；（6）扶梯或脚手架；（7）普通硅酸盐水泥、水玻璃等。五、质量控制措施5.1 质量保证制度（1）成立项目经理负责人质量管理小组，完善质量保证体系的质量管理责任制，严格按照质量体系中规定的责权要求运行。（2）定期召开质量分析会议，组织质量教育，严格执行“三检”制度，加强技术交底工作，强化工序控制，由责任化强经验丰富的工程师提任质量控制人员，配合监理工程师实施监督检查，保证工程质量。（3）加强现场施工材料管理，严格执行进料检验程序，保证施工材料满足设计和规范要求，不合格材料不得进场使用，确保工程质量。（4）配备好施工机具和计量工具以满足施工要求，建立健全各种资料、原始记录、使之成为评价工程质量的重要依据。5.2 质量保证措施（1）配料：采用经计量准确的计量工具，严格按照以设计配方配料施工。（2）注浆：注浆一定要按程序施工，每段进浆要准确，注浆压力一定要严格控制，专人操作。当