城市富水卵砾地层浅埋暗挖施工技术

城市富水卵 砾地层浅埋暗挖施工技术 摘 要 本文介绍了南水北调中线京石段应急供水工程 北京段 西四环暗 涵工程在城市主干道下 砂卵砾地层的地质条件 采用浅埋暗挖法通过地下 水丰富段的施工技术措施 关键词 南水北调 城市主干道 地下水 砂卵石地层 浅埋暗挖 一一 工程概述工程概述 南水北调中线京石段应急供水工程 北京段 西四环暗涵工程处于 北京是西四环路城市主干道下 路面交通繁忙 往来车辆多 工程由 2 条并行 开挖直径为 5 2m 的圆涵组成 涵身净间距为 7 0m 覆土厚度约 为 8 20m 12 3m 采用浅埋暗挖正台阶法施工 暗涵为复合式衬砌结构 初衬结构为 30cm 厚喷射混凝土 二衬结构为 30cm 厚钢筋模注混凝土 图 1 道路下暗涵断面示意图 地质为第四系冲洪积圆砾 卵 夹砂 含砾量一般 50 60 最大 砾径 250mm 地层自稳性较差 在暗涵 7 375 5 7 147 段 存有滞水层 地下水极为丰富 受西四环主干道周边环境等因素制约 地面无法进行 降水作业 二二 施工技术措施施工技术措施 1 超前地质探测应用 1 未明地下管线的探测 浅埋暗挖法一般多应用于城市闹区 城市地下管线繁多 有些地下管线修建年代较早 管线档案资料不齐或 缺失 本工程总结了北京市类似工程质量事故的经验及教训 为探明未 明知管线 做好事故的预防工作 在初期支护施工时 采用了地质雷达 探测技术 雷达探测分二阶段进行 第一阶段 暗涵开挖支护施工前 在西环主干道上沿暗涵走向进行垂直探测 第二阶段 暗涵开挖支护施 工中时 在暗涵开挖工作面 每间隔 15m 进行一次水平探测 2 地质特征的超前探测 超前地质探测是对开挖面前方的地层 进行探测预报 判明开挖前方地层岩土特性和含水情况 为超前支护和 初期支护参数选择提供依据 超前探测孔布置 超前地质探测每 3m 进行一次 每循环在上台阶 的工作面 布置 3 个探测孔 探孔间距为 1 5m 孔径为 5 10cm 孔深 3 5m 探孔布置见下图 图 2 超前地质探测孔布置示意图 2 超前注浆材料选择 选择浅埋暗挖法施工的超前注浆材料一般根据所处地层的岩土特点 按下列原则进行选择 对于无水粗砂及砂砾 卵 石地层应选择单液水泥浆 对无水的中砂及粉细砂地层应选择改性水玻璃浆 在有水的粗砂及砾石地层 应选择水泥 水玻璃双液浆 对于前期及后期强度要求很高的地层 可选择硫铝酸盐水泥类 TGRM HSC 浆 本工程 7 375 5 7 147 段岩层为粗砂及砾石地层 且地下水丰富 我们选择超前注浆材料为水泥 水玻璃双液浆 1 注浆原材料 水泥 普通硅酸盐水泥 强度等级 42 5 水玻璃 模数 2 2 2 8 浓度不低于 40Be 缓凝剂 磷酸氢二钠 2 配合比 水泥浆 水 水泥 1 1 缓凝剂参量 1 3 缓凝剂的参量可根 据现场所需的作业时间进行适当调整 水玻璃浆 35Be 双液浆配合比 水泥浆 水玻璃浆 1 0 8 3 超前小导管设计 1 材料的选择 在砂层 粘土层等地质情况下 超前小导管目 前多选用 32 焊接钢管 而对于本工程的卵砾地层 考虑到小导管的打 设难度 选用 25 无缝钢管 2 小导管参数设计 本工程的卵砾层含砾量较大且砾石粒径较 大 为降低小导管打设时遇大粒径砾石的几率 单根小导管长度选用 1 7m 每开挖一循环打设一排 小导管的间距为 0 15m 3 小导管打设角度的修正 地铁暗挖隧道注浆施工技术规程 试行 DBJ01 96 2004 2 2 3 中规定 小导管的外插角控制在 10 15 以内 在现场实际施工中 如按照规范要求的角度进行打设 小 导管与钢隔栅位置存在冲突 则在进行下循环的钢格栅架立时 须割除 本循环的小导管 这样破环了小导管的受力 同时 割除小导管的作业 时间较长 无法做到 早封闭 为此 我们通过模拟计算 确定小导管的外插角为 23 250 由于 小导管长度只为 1 7m 按这样的角度进行打设 小导管段部距开挖轮廓 线的垂直距离约 0 3m 对外侧土体扰动不大 图 3 小导管布置纵断面图 4 超前注浆效果控制 注浆施工工艺的控制指标 注浆终止压力 一般为 0 3 0 5MPa 本工程设计取 0 3 0 35MPa 浆液注入量 通过计算取定 地铁暗挖隧道注浆施工技术规程 试行 DBJ01 96 2004 规 定 单管注浆结束标准 注浆过程中 压力逐渐上升 流量逐渐减少 当压力达到注浆终压 注浆量达到设计注浆量 80 以上 可结束该孔注浆 注浆压力未能达到设计终压 注浆量已达到设计注浆量 并无漏浆现象 亦可结束该孔注浆 本循环注浆结束标准 所有注浆孔均达到注浆结束标准 无漏注现 象 既可结束本循环注浆 入浆量计算 Q 3 1416 R2Lna 计算 R 浆液扩散半径 取 0 25m L 导管的长度 n 地层的孔隙率 a 填充系数 一般取 0 8 损耗系数 一般取 1 1 1 2 规程 中计算公式是计算单根管入浆量理论值 它未考虑各管间 注浆范围的相互重叠 在实际工作中 按下列公式计算相对符合实际单 孔注浆量 Q r 2 L 0 6 0 7 S 2 n L R 小导管内径 S 小导管中心距离 L 小导管有效长度 n 地层的孔隙率 损耗系数 图 4 注浆效果示意图 由于卵砾地层中 小导管经常产生孔位偏差 有时各孔眼间的地质 情况也不尽相同 且在施工中注浆液窜浆或跑浆现象经常出现 在实际 施工中 每个注浆管内的注浆量很不均匀 因此 笔者认为 理论单根 管入浆量只能作为一个辅助控制指标 当注浆压力达到设计值 即使入 浆量未达到要求 也可结束单管注浆 同时应引入整排管的入浆总量这 一指标 5 合理缩短开挖步距 每循环开挖步距在浅埋暗挖法施工中对控制地面沉降 防止拱部土 体坍塌有着直接的影响 在实际施工中 往往通过缩短开挖步距等措施 安全顺利通过在不良地质段 本工程在地下水丰富地段 开挖步距调整 为 0 4m 且开挖日进尺控制在 1 6m 以内 6 掌子面土体防塌措施 在地下水丰富的卵砾地层 土体自稳能力很差 超期小导管注浆只 是对开挖轮廓线周边的岩层进行了固结 为确保掌子面正前方的土体稳 定 防止坍塌事故 本工程一衬施工时 在留置上台阶足够大核心土 喷砼封闭掌子面基础上 对掌子面土体进行注浆固结 1 注浆管的布置 在核心土与开挖轮廓线间每个 0 5m 水平打设 钢插管 钢插管长度为 1 2m 每开挖二循环打设一次 钢插管材料与加 工工艺与超前小导管相同 图 5 掌子面注浆管布置示意图 2 注浆浆液 水泥 水玻璃双液浆 注浆工艺同超前注浆 7 回填灌浆堵水 1 灌浆管布置 小导管采用 25mm 无缝钢管 长度为 1 20 米 端部部加工成密闭 锥形 前端 0 8 米为花管 小导管纵向间距同暗涵初衬格栅间距 环向间 距 30 度弧长 梅花型布置 图 6 回填灌浆管布置示意图 2 注浆浆液选择及配合比 背后注浆采用水泥浆 其配比为 水灰比 1 1 堵漏剂掺量为 5 3 注浆压力 0 5MPa 三三 结束语 结束语 1 不良地质隧道施工中应切实做好围岩地质超前预报工作 逐段 核实围岩类别 并做好施工过程中的量测 有针对性的进行防