岩溶地层中盾构隧道施工

1、岩溶地层中的盾构地道施工(精)岩溶地层中的盾构地道施工(精)岩溶地层中的盾构地道施工(精)岩溶地层中的盾构地道施工大纲:研究目的:岩溶地层中采用盾构法施工在国内尚属首次。盾构掘进中可能发生盾构机栽头、塌陷,地层大量失水、坍塌,严重差别沉降而致地道构造破坏等事故。对溶洞的空间分布、大小及充填情况,溶洞办理,盾构掘进技术措施3个方面进行深入研究,并组织精心设计、精心施工,以保证施工及运营安全。研究方法:采用多种勘查手段解析岩溶地层,充分侧重盾构机及盾构施工的特点,比选、优化设计施工方案。研究结果:顺利完成岩溶段盾构地道施工,考据了勘查及加固方案,填充了国内的空白。研究结论:综合运用多种探测方法对探

2、明溶洞的分布很有见效;依照盾构施工特点拟定地层加固方案并有效推行以及对盾构机设计进行针对性的改进并采用相应的掘进技术措施都是合适的。重点词:广州地铁;岩溶地层;盾构施工广州轨交通5号线草暖公园小北站区间,在F1、F2两断裂带间地石炭系灰岩地层149.105m(YCK7+903.505-YCK8+052.610)范围内,详勘阶段有7个钻孔揭穿存在溶洞。但由于钻探孔间距(约2040m)过大,未能完满揭穿溶洞的大小、分布及充填物的物理力学性质。经对草暖公园小北站区间整体地质与环境的综合解析,确定其区间地道(埋深22.8624.30m)采用土压平衡盾构施工,而在岩溶地层中采用盾构法施工在国内外尚属首次

3、。盾构掘进中可能发生盾构机栽头、塌陷,地层大量失水、坍塌,严重差别沉降而致地道构造破坏等事故。为保证施工及运营安全,对溶洞的空间分布、大小及充填情况,溶洞办理,盾构掘进技术措施3个方面进行深入研究,并组织精心设计、精心施工。运用多种勘查方法,探明溶洞情况依照目前可行的勘探手段,为的确探明溶洞的分布与填充情况,拟定以钻探为主、多种方法综合运用的探测方案。即:高密度电阻率法地面物探(整体探查溶洞分布情况)加密钻孔(直观掌握溶洞及充填物情况)电磁波深孔CT(在钻孔间加密剖切面勘查,判断界线)综合判断后结合注浆孔部署补孔探测。1.1高密度电阻率法物探对YCK7+880YCK8+035范围内纵向进行探测

4、,共设计物探剖面6条,剖面长均为177m(详见图2)。每条剖面均有2个基点控制。勘探的结果表示,本区地下有4处岩溶发育区(见图1)。据其成就将勘探范围划分为5个地域单元进一步深入勘探。1.2补充钻孔勘探在勘探地域内,分别在距离左右线地道外侧3m处、区间地道中线上和左右两地道中间地址部署5列、25排钻孔。每一排钻孔的间距约为5m,布孔124个(其中技术孔37个),共计钻孔长度4109m。(见图2)。因地道底板埋深22.8624.30m,位于左右线区间地道中心线地址的2列钻孔设计深度原则为35m,别的3列钻孔设计深度原则为30m,有溶洞的钻孔要钻至溶洞底下23m。在钻探施工过程中1,正确、详细记录

5、异常现象(如缩孔、坍孔、漏水、冒水、掉钻及遇到洞窟等)及其发生的地址和严重程度,描述溶洞空间大小、分布等。把探到有溶洞的钻孔作为技术孔,采用土样37件、岩样22件、水样2件、标贯试验111次、测量地下水位248次,并抽水实验估计溶洞水流量。编制了详细的勘报告,作纵剖面图5个、横剖面图24个、投影图2个(地道顶3m至地道顶,地道底至地道底5m),并作平切面图7个(分别为地道上3m,地道顶、中、底,地道下1m、3m、5m)。1.3电磁波深孔CT物探CT相邻孔对间距5m,共27对,孔深35m,各C钻孔的终孔高程一般应基本一致,若在预定终孔深度处为溶洞时,钻孔深入溶洞地板3m,孔径不小于75mm。CT

6、剖面与地铁地道中心线呈约70斜交,使地道的勘探剖面间距加密为2.5m左右。实测工作中在岩溶发育异常复杂地段另增加了5条CT剖面,故实质共完成CT剖面27条,发射孔与接收孔的间距26.1m定点发射点数5个,各探孔内的动点察看间距为1.0m,出现的异常特点加密定点发射点距与点数,实测探测点11137个。为尽可能利用钻探孔,在每个地域单元内应先钻外侧2列的孔,并进行孔间跨孔CT物探,此后按一般钻孔的序次进行。采用跨孔电磁波透视对隐伏岩溶进行探测,填充了勘探钻孔网点罕见的不足,经过CT资料解析,即自上而下可分为土层软土CT异常带、浅部岩溶CT异常带和较深部岩溶CT异常,岩溶发育拥有竖向分带差别。较深部

7、岩溶异常带拥有异常强、规模大、呈“串珠状”竖向分布等特点。1.4探测成就综合解析判断经过对钻探、高密度电阻率、深孔CT物探勘探成就的综合研究分析,较深入地掌握了溶洞及充填情况。溶洞分布探明的溶洞分布在左线(ZCK7+928-ZCK8+019)91m、右线(YCK7+920-YCK8+025)105m的区间内。溶洞分布主要特点以下:溶洞规模大但分布较集中。124个钻孔中有70个钻孔揭穿有溶洞,大小总计167个,其中大于3.50m的27个,占总数量的16%;探到溶洞最大高度18.30m(D02),最深溶洞底标高为-31.44m;溶洞多呈串珠状,层数为112层,以24层为最多。平面上主要分布于二、三

8、、四区,占揭示到溶洞钻孔的95.7%;在剖面上溶洞分布在标高为5.35-31.44m范围内,位于地道构造顶板以上3m及地道构造底板以下3m范围内揭示到有溶洞的钻孔有56个,占80%。溶洞层间岩板厚小于3.00m为主,约占2/3,大于3.00m约占1/3。裂隙发育,溶蚀强烈,如图4所示。溶洞充填物特点依照钻进过程中钻杆下落、返水情况及芯样特点综合解析判断溶洞的充填物及空洞、半充填、全充填情况。大于等于3.50m的27个溶洞中,4个为无充填物,占15%,其余均为半充填及全充填;小于3.50m的140个溶洞中有72个无充填物,占51%。溶洞充填物较为复杂,主要有粘土、中粗砂、灰岩碎块、岩屑等。依照充

9、填物特点及其物理力学性质、围岩的饱和单轴抗压强度,判断充填物及围岩的承载力特点值。地下水的赋存本场所地下水的赋存方式及水力特点为孔隙潜水及基岩裂隙水。孔隙潜水主要赋存在第四系松弛冲积层中;基岩裂隙水主要赋存于基岩中的溶洞及裂隙中,靠大气降水及上层地下水的补给,涌水量大小及径流规律受地质构造及裂隙以及岩溶洞隙的连通性控制。溶洞办理的设计与施工2.1溶洞办理的设计原则与重点尽量防范盾构机突陷等事故及地道构造后期沉降过大盾构机本体重320,t长12m,其重心在前3.2m处。掘进时地道底部若突现大于3.2m以上的空洞或极柔弱地层可能致使盾构机栽头或塌陷。办理的重点是地道下部填充物为淤泥、松弛砂层、软塑

10、状泥炭质粘土(承载力4080kPa)的溶洞,办理深度为隧底5m。对地道中线底部,采用袖阀管水泥浆注浆加固。利用补充钻探孔并将注浆孔间距加密至2.5m。防范地表塌陷和过大沉降地道洞身周围3m范围内的溶洞要密实充填并注浆固结,有利于建立土压平衡,防范坍塌;要对办理区与外界开放连通的主要地下水裂隙通道进行封闭,防范大量失水以减少地表沉降。满足永久地道构造的承载力、变形、防水要求2溶洞填充物和灰岩承载力有很大的差别。经过对地层进行办理,提高填充物的承载力,减小不同样地层之间的差别沉降,减少管片渗漏,以满足地铁正常运营。全填充溶洞注浆扩散半径3当填充物为粘土、粉质粘土和泥炭质土时依照11.5m设计,填充

11、物为砂、碎块时依照3m设计。检重视点4结合盾构施工特点,注浆加固见效的检重视点以加固体强度及地基承载力控制为主。2.2溶洞办理施工溶洞办理施工序次全区先对周圈开放连通的裂隙通道封闭注浆,此后办理中间地域,以保证注浆见效,减少注浆损失。先加固水源一侧(凑近越秀山一侧),增加速凝剂,以保证注浆效果。中间地域补充孔跳跃施工,以防范跑浆、窜浆现象。先对无填充、半填充溶洞填砂办理,此后再进行其余溶洞注浆填充办理。施工方法及工艺无填充溶洞和半填充溶洞办理对大于2m以上的无填充溶洞和半填充溶洞,在原钻孔周边(约0.6m)补钻一个127的投砂孔,填砂办理,后采用注浆加固的方法;对小于2m的无填充溶洞和半填充溶

12、洞,直接注浆填充。全填充溶洞办理采用压力注浆的方法进行填充加固,注浆压力从低到高,间歇、屡次压浆。主要采用PVC袖阀管注浆工艺。注浆资料3周边孔:纯水泥浆+速凝剂;中央孔:纯水泥浆。注浆停止标准依照设计的要求,注浆停止采用了双重标准:注浆终压达到设计终压,注浆量达到设计注浆量的80%;或虽未达到设计终压,但注浆量已达到设计注浆量,即可结束本孔注浆。注浆加固见效检查检测方法采用钻孔取芯,作抗压试验为主,抽水试验为辅(左右线各作1个,尽量设在换刀地址);溶洞填充物为砂层,作浸透系数试验。检测标淮地道周边加固范围:试块无侧限抗压强度0.3MPa;地道中心加固范围:试块无侧限抗压强度0.5MPa;浸透

13、系数1.010-7cm/s。检测结果共取9个检测孔,试样指标均满足设计要求。盾构机性能的改进与掘进技术措施3.1对盾构机设计的重要改进为适应本区间困难的地质条件,对盾构机设计作了重要改进,使用目前国内性能最好的盾构机施工。刀盘驱动功率由945kW增至1200kW,并改进了扭矩特点曲线,使盾构机在较高转速下扭矩获取较大提高。采用重型刀座及刀具,滚刀配置到40刃,减小刀间距加强了破岩能力5。在盾构机正面区设置了4个钻探注浆孔,配置30m自动钻探钻机,可对地道断面内推行超前钻探地质预告与注浆加固。螺旋输送机设置双闸门出土口并预留接口,在水压大时采用保压泵碴装置出碴。3.2主要掘进技术措施严格控制盾构

14、机掘进姿态盾构机刀盘切削面地层软硬不均,方向不简单控制。依照给定的同意偏差值进行控制,当凑近偏差值时及时调整,纠正于渺小偏差之时。掘进过程中保持正确姿态。对富水地域进行盾构超前钻探并采用双液浆加固溶洞地层。盾构机经过时若是水压大,启动保压泵装置,防范大量失水以保证地道上方建筑物的安全。掘进判断掌子面的岩层和地下水量情况,当掌子面岩层坚固,地下水量不大,开仓检查和更换刀具,必要时采用带压作业。足量同步注浆,并及时进行二次双液注浆,对地下水通道进行封堵,坚固管片。施工实况简述4.1地层加固2006年56月按设计完成地层加固施工,注浆时引起地面个别点上鼓,其余优异。4.2盾构掘进工期与进度左线于20

15、06年7月21日8月8日共18d完成岩溶段91m的盾构掘进,平均每天掘进约5m;右线共用22天完成,平均每天掘进4.8m。掘进描述整体上顺利经过了岩溶段的掘进。采用控制贯入量、加强同步注浆等的谨慎掘管理,但总推力仍较大,刀具更换很多;推进过程中揭穿整体充填加固见效优异,未发生盾构机塌陷,但隧顶有局部坍塌发生;主要地下水通道获取封堵,部分段落地下水仍较大,掘进中予以及时注浆充填封堵。主要掘进参数据盾构机PLC的记录,经归纳后可分为以下2类:硬岩及软硬不均区土仓压力:0.50.8MPa;转速2.32.5rpm;贯入量10mm/r左右;扭矩25003200kNm;总推力1000013000kN。较软或全断面为充填物加固区土仓压力:0.6MPa;转速2.0rpm;贯入量25mm/r左右;扭矩2000kNm;总推力70009000kN。结论应用多种探测方法,对勘探结果进行综合解析,探了然溶洞的分布及填充物特点。确定了合理的加固方案,满足盾构施工安全及地道构造坚固,控制了加固范围,防范不用要的过分投入,有效地推行了地层加固