大南山隧道浅埋段地表注浆加固技术.doc

大南山隧道浅埋段地表注浆加固技术中国科技信息2010年第23期CHINASCIENCEANDTECHNOLOGYINFORMATIONDec.2010DOI:103969/j.issn.1001-8972.2010.23.028大南山隧道浅埋段地表注浆加固技术胡玉林中铁第五勘察设计院集团有限公司102600大南山隧道下穿河床浅埋段,地质条件差,涌水量大,防止该浅埋段洞内涌水和坍塌是该段施工的关键.该浅埋段采用了地表注浆加固取得了较好的效果.文章在介绍了地表注浆的施工方法及效果检查的基础上总结了施工参数,并对地表注浆施工要点做了阐述,可为同类工程施工提供参考铁路隧道;浅埋;地表注浆;加固技术A柏ct誊i纛蠢_蓊?lTheshallowsectionofDananshantunnelcrossingtheriverbedfeaturesadversegeologicconditions.ForthissectionjtiscrucialtodealwithwateringressandcollapsewhUegoodresultswereamvedbygroutingfromgroundsurface.Thepaperintroducesthetechnologyofgroutingfromgroundsurfacewithitseffectexamined.onthisbasisjtsummarizesconstructionparametersanddescribesconstructionpointsforsurfacegrouting,whichwillbehelpfuJforsimilarprojects.KI幽ll;?_Railwaytunnel;Shallowembedde(Groutingfromground3urface:Technology1工程概况某新建铁路大南山隧道,为单线电气化铁路隧道,设计行车速度为l20km/h,全长6005m,是全线重点控制工程之一.隧道DKl73+640DKl73+760段为下穿河床浅埋地段,根据地质勘探资料,围岩从上往下依次为:黏质黄土(厚约6.5m),细角砾土(厚约9.0m),全风化花岗岩(厚约2.On),强风化花岗岩(厚约2.0m)及弱风化花岗岩.地下水类型为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水,涌水量大,易发生突水.地F水水位较高,常水位位于隧道拱顶以上约6m左右.该段隧道拱顶埋深约l3m,易发生塌方冒顶,且洞顶周边有居民房屋.因此,该段隧道施工前必须制定切实可行,安全可靠的施工方案,才能保证工程安全顺利进行.2施工方案的选择隧道洞身地层主要为松散的细角砾土和金强风化花岗岩,且地下水丰富,为确保隧道施工安全和运营安全,防止地下水流失影响居民生产生活用水,经研究论证,提出两种加固地层和堵水的施工方案.(1)洞内超前帷幕注浆加固方案由开挖掌子面对前方地层进行注浆加固,开挖轮廓外形成5m范围的加固圈.每一循环注浆长度为27m,开挖24m,保留3m作为下一循环的止浆盘.帷幕注浆是加固围岩,限制排水量,保证隧道洞室稳定,同时确保施工及运营安全,实现限量排放以减少水资源流失的有效措施,但该方案洞内施工干扰较大,施工周期较长,:无法满足工期要求.(2)地表注浆加固方案先对隧道地下水丰富,软弱围岩浅埋段进行地表注浆固结,然后进行暗洞施工.地表注浆加固地层具有以下优点:可提高围岩的自稳能力,改善岩体j的物理力学性能,减小围岩对初期支护和IL二衬的压力.注浆钢花管可起到地表锚杆悬挂岩土体的作用,防止塌方冒顶.封堵地表水下渗通道,可防止地表水下渗软化围岩.地表注浆施工可提前进行,与洞内施工无相互干扰,提高了施工效率,加快了施工进度.综合比较,确定采用地表注浆加固地层和堵水的方案.3地表注浆方案针对DKI73+640DKl73+760段跨度大,埋深浅,地下水丰富的特点,以确保施工及运营安全,保证注浆效果为原则,决定地表注浆的范围,合理确定注浆的宽度和深度,采用钢花管全孔压入的注浆方式.3.1注浆范围地表注浆起点里程DK173+640,终点里程DKl73+760,宽度为隧道中线两侧各10m,共20m,注浆面积2400m2.注浆深度:边墙开挖轮廓内为拱顶以上5m处至开挖轮廓外0.5m,边墙开挖轮廓外为拱顶以上5m处至隧道基底,注浆深度为l2.021.5m,具体如图l所示.图1地表注浆横断面图IIlI1.IJt1.t13.2注浆材料结合地质情况,选用普通水泥单液浆作为本段注浆材料,水灰比0.6:11:l,根据注浆过程实际情况进行调整.3.3注浆孔布置注浆钻孔直径71ram,间距1.2m1.2m,梅花型布置.3.4注浆管注浆管采用50mm热轧无缝钢管,壁厚3.5mm,其中用于注浆加固固结范围的钢管管身每隔l5cm按梅花型钻孔,孔径810mm,间距1.5cm,其余钢管不开孔.3.5注浆压力注浆初压0.20.5MPa,终压1.02.0MPa.3.6注浆量假设浆液在地层均匀扩散,计算公式为:Q=Ano【(1+D)式中,Q为总注浆量,m;A为注浆范围岩层体积,m;n为围岩空隙率,细角砾土层取45%,全强风化花岗岩层取5%;为浆液充填系数,取0.8;p为注浆材料损耗系数,取0.1.4地表注浆施工4.1施工工艺流程地表注浆施工主要包括地面止浆盘施工,钻孔,注浆等,施工工艺流程如图2所不.用地质钻机直接钻孔,待钻孔至设计高程后,下钢花管,每节钢花管采用焊接方法进行连接,注浆孔深约12.021.5m.4.4注浆注浆施工在全部钢花管安设完毕后进行,保证注浆过程不问断.注浆开始之前,按注浆布置将设备安放到位,对系统进行压水试验检查,检查管路,设备是否正常.注浆时,由外围形成闭合圈,再施工内圈,即先注最外两排孔,然后依次向内推进.每排注浆孔中,先灌注两端的孔,然后间隔交错灌注,这样可以控制内圈施工时浆液不致扩散跑失,充分固结圈内的岩体.4.5注浆结束标准I(1)注浆压力逐步升高至设计终压,则继续注浆10min以上,进浆量小于初始进浆量的1/4,检查孔涌水量小于0.2L/min.(2)有一定注入量,与设计注入量大致接近,注浆结束时进浆量<2030L/rain.4.6注浆效果检查(1)对注浆过程中的各种记录资料综合分析,注浆压力和注浆量变化是否合理,是否达到设计要求.(2)地面每1015m设一检查孔,钻孔取芯,观察浆液充填情况,或取完整芯样进行抗压试验,抗压强度0.2MPa;或进行压水试验,在1.0MPa压力下,进水量小于2L/min.m.4.7注浆施工要点(1)注浆前做好准备工作,包括各类施工器具,管路的检查及必要的试验.(2)注浆顺序采用由外圈向内圈的顺序,这样可以有效地控制浆液的扩散范围.(3)当进浆量很大,注浆压力长时间不升高时,以注浆量控制注浆为结束标准,适当提高浆液的浓度,缩短胶凝时间,进行小泵量,低压力注浆,使浆液在岩层中有相当停留时间,便于胶凝;有时也可以进行间歇式注浆,但停留时间不能超过浆液的胶凝时间.在注浆量较小,注浆压力较高时,以注浆压力控制注浆为结束标准,适当降低浆液的浓度,延长胶凝时间,使浆液得到充分扩散,保证注浆质量.(4)在注浆过程中如发生串浆,可同时注浆或将串浆孔堵住,继续注浆使注浆量达到注浆孔与串孔浆量之和时停止注浆,不可因串孔而中途停止注浆,以免报废注浆孔和影响注浆质量.(5)钻孔检查注浆效果不满足设计要求时,应及时补充钻孔注浆.4.8现场注浆情况在现场注浆中,刚开始进浆量较大,注浆初压基本都小于0.5MPa,随着浆液的不断注入,压力上升至1.0MPa以上,进浆量符合终孔条件时,注浆压力基本维持在1.2MPa1.6MPa.注浆量与地层裂隙大小及发育情况有关,差异较大,以21.5m深的注浆孔为例,现场最大注浆量为l2.5m/孔,最小注浆量为6.7m/孔.5注浆效果评价地表注浆从2010年8月l1日开始至9月15日止,注浆钻孔1450个,钻孔长度22080m,共注水泥3650t.通过地表注浆加固取得如下效果:(1)确保了施工安全和施工质量目前该段隧道施工已顺利通过,开挖与支护已基本完成,施工中未发生任何塌方,保证了施工的顺利进行.通过地表注浆加固,提高了围岩的自稳能力,确保了初期支护的长期稳定.施工中对地表下沉,洞内水平收敛及拱顶下沉进行位移量测,量测结果均满足施工需要.(2)施工速度快,保证了工期地表注浆后,加固范围内土体得到固结,开挖后洞内未出现涌水现象,方便了洞内施工,且地表注浆与洞内施工平行作业,互不干扰,使本隧道施工能按照工期计划顺利进行.(3)防止地下水流失,保证了居民用水安全隧道施工过程中对居民饮用水水井及灌溉井水位进行了监测,监测数据表明,地表注浆有效地防止了地下水流失,隧道开挖后,水井水位无明显变化.6结语(1)本隧道施工的关键是防止隧道洞内涌水及顶部土体坍塌,防止地下水流失,采取地表注浆加固地层是达到上述目的有效的施工手段.(2)地表注浆施工技术,成功解决了富水地带隧道开挖过程中的涌水现象,保证了隧道开挖的正常掘进,提高了工作效率,加快了施工进度.(3)通过地表注浆将整个松散体固结下转第7l5页上接第65页上接第68页形成整体性好,强度高的土体,同时配合洞内超前小导管预支护,环形开挖预桩.留核心土法等施工措施,保证了施工安2.7压桩顺序全.为了减少压桩产生的挤士效应,要根(4)加强注浆管理是取得良好注浆效据施工现场及桩基的平面布置而定,宜先果的有力保证,施工过程中应密切关注注压长桩后压短桩,根据建筑物的设计主浆压力,进浆量等参数的动态变化情况,次,宜先主后辅.及时调整注浆参数以达到理想的注浆效2.8无损检测果.压桩完成后,必须进行桩基质量无损(5)该浅埋段隧道采用地表注浆方案检查.本工程共检测60根桩(占总桩数的与洞内超前帷幕注浆方案工程投资相当,20%),采用低应变动力检测反射波法进行但缩短了施工工期,因此地表注浆加固的检测.主要检测桩身的完整性,砼的质量方法安全可行.等,并选取了三根桩作静荷载试验.综合分析以上结果,桩身结构完整,单桩竖向极限承载力标准值满足要求.3,结束语预应力管桩质量可靠,承载力高,承台体积小,综合造价比钻孔灌注桩可节省25%3O%.同时又具有无噪音,无振动,无环境污染等优点,特别适用于沿海地区及冬季施工,但由于管桩应用时间还不长,在施工中有些问题还需进一步研究,施工单位对行业规范应严格遵守,积累资料,不断提高预应力管桩应用的技术水平.技术手册.隧道K.北京:中国铁道出版社.1999;151-40【2TZ204-2008,铁路隧道工程施工技术指南s1.北京:中国铁道出版社.2008;6555陈金山,王智学,戴前锋.灵岩寺隧道软弱围岩浅埋偏压段地表注浆加固技术J.铁道标准设计.2005;1:11124】赵喜科,焦国健,张建其.大断面粗圆砾土层浅埋双线隧道施工技术J.铁道标准设计.2007;(增刊1):106-95姜洪涛,谭兵,臧万军.高速公路隧道浅埋段地表深层注浆施工技术J.现代隧道枝术.2008;45(5):65-86李瑞显.甬台温铁路太坤山隧道超浅埋段施工关键技术J.铁道建筑.2009;12:846胡玉林(1983一)男.汉族.浙江省建德市人,2006年毕业于西南交通大学土木工程专业.本科.助理工程师,现主要从事隧道设计工作.2建筑地基处理技术规范(GBS00072002)5王赫主编.桩基础工程施工与组织管理.中国建筑工业出版社4王赫主编.建筑工程施工手册.中国建筑工业出版社傺袁晦-l|舔0j0-_许才屏.女.工程师.2000毕业于吉林大学建筑管理专业现从事建筑结构设.75一上接第69页要想实现流态的转变,也就是实现了压力传递效果的改变.在高区系统通过安装在总回水立管的减压循环装置切断静压力后直接连接到低区的回水管上,能实现高低区供暖系统的直接连接.此外,配置要确保立管内流态稳定的气体补偿装置就可以实现立管下流水静压力的切断和压力波动的消除.立管结构的方案实质是:首先,方案.要包括与立管的膜流状态形成部分相通的,用以维持稳定膜流状态的气体补偿装置.方案应强化立管形成膜流条件,避免气体混入立管出口以后的工作水流,保证.立管内气芯动态有条件封闭,防治空气危害的影响.结构简单耐用,并与系统同寿命.在建筑高区的供暖系统应采用水泵加压供给高区供暖系统经过高区供暖系统散热后,在总回水产管上安装,最终消除加压泵增加的静水压力,再直接的接入低区的回水管网上.这个过程使高区,低区的压力完全互不影响,实现了高低区供暖系统的直接连接.其次,在立管内可以加装一个为水流提供流动边界条件的导流部件,所述导流部件与立管内管壁之间形成一轴向通道,用来引导有压流体管路的水流