地鐵施工中的二重管注漿超前支護(hù)技術(shù)摘要:介紹了二重管注漿原理、漿液配比、注漿參數(shù)和施工工藝。通過(guò)在北京地鐵十號(hào)線光華路車(chē)站暗挖工程應(yīng)用,得出二重管注漿超前支護(hù)具有:注漿機(jī)械輕小、能適應(yīng)隧道施工的窄小環(huán)境,漿液切換靈活、能根據(jù)不同的地層條件隨時(shí)更換漿液類(lèi)型、可實(shí)現(xiàn)復(fù)合式注漿、適應(yīng)各種復(fù)雜地層,加固體強(qiáng)度較高、密實(shí)度好、具有良好的止水效果的結(jié)論。關(guān)鍵詞:城市地鐵;淺埋暗挖;超前支護(hù);二重管注漿 城市地鐵暗挖在結(jié)構(gòu)頂部較近處(約2～5m),穿越現(xiàn)有地下管線或地質(zhì)條件較差的部位,往往采用超前支護(hù)方法增強(qiáng)地層的自穩(wěn)能力以控制沉降和止水。常用的超前支護(hù)方法有小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)、大管棚超前支護(hù)等,但實(shí)際施工中,這些措施在通過(guò)滲漏嚴(yán)重的雨、污水管線時(shí)由于加固體抗?jié)B性較差,往往起不到良好的支護(hù)效果。 二重管雙液注漿是一種以改良地層為目的的地基處理技術(shù),其優(yōu)點(diǎn)在于既可以增加地層的強(qiáng)度又可以達(dá)到止水的效果。據(jù)有關(guān)資料表明,二重管注漿加固后的地層強(qiáng)度:卵石層達(dá)到2.5～3.0MPa、細(xì)中砂層達(dá)到1.5～2.0MPa、粘土層達(dá)到1.5～2.0MPa。加固后地層的透水系數(shù):可達(dá)到k=10-7～10-8cm/s。這種地基處理技術(shù),如果能方便地用于地下工程超前支護(hù),將彌補(bǔ)以上工法的不足。 基于以上思路,通過(guò)對(duì)TXU型鉆機(jī)進(jìn)行改型使其具有全方位鉆進(jìn)功能,采用二重管作為鉆桿使?jié){液在鉆桿端頭完全混合再注入地層,從而實(shí)現(xiàn)加固開(kāi)挖面前方一定范圍內(nèi)的地層。北京地鐵十號(hào)線光華路車(chē)站東南風(fēng)道穿越D1800雨水管線時(shí),為確保管線和結(jié)構(gòu)施工的安全,將以上思路付諸于實(shí)踐,首次采用二重管注漿作為淺埋暗挖工法穿越雨、污水管線的超前支護(hù),取得了很好的效果。1工程概況 光華路車(chē)站位于東三環(huán)與規(guī)劃商務(wù)中心交叉口,東側(cè)為中央電視臺(tái)新址工地,西側(cè)為財(cái)富中心。東南風(fēng)道總長(zhǎng)115.434m,東三環(huán)路下部分與道路正交。D1800雨水管位于結(jié)構(gòu)第二次抬高過(guò)渡段上方,抬高前風(fēng)道拱頂埋深9.905m,抬高后埋深6.535m,抬高高度為3.4m,坡度約35°,雨水管與結(jié)構(gòu)最小距離為0.85m。為降低施工難度,減小施工風(fēng)險(xiǎn),過(guò)渡段由原設(shè)計(jì)位置向西平移1.3m,雨水管與結(jié)構(gòu)最小距離為1.6m,如圖1所示。風(fēng)道開(kāi)挖斷面,寬×高=11m×(15～17m),初支結(jié)構(gòu)施工采用CRD工法,分4～5層、8～10洞開(kāi)挖。
據(jù)資料顯示,D1800雨水管修建于1979年,采用頂管施工,管段之間連接采用麻辮,縫隙填打石棉灰; 頂管坑內(nèi)管道采用混凝土管基,鋼絲網(wǎng)水泥砂漿抹段接口。施工時(shí)雨水管中水深1.0m,水流湍急,管線滲漏水的可能性很大。距D1800雨水管僅5.0m處是1800mm×2300mm污水方溝,大約修建于1982年,是東三環(huán)路的主要污水干管,溝內(nèi)水深1.5m,流速較大。D1800雨水管與風(fēng)道結(jié)構(gòu)之間土質(zhì)(由上至下)為粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粉土和細(xì)砂。因此,穿越雨水管的施工風(fēng)險(xiǎn)很大,為確保施工安全,必須采取可靠的超前支護(hù)措施。2支護(hù)方案比選2.1工程特點(diǎn) (1)雨水管距結(jié)構(gòu)開(kāi)挖面最小處僅為1.6m,結(jié)構(gòu)在該位置大角度(35°)挑高,增大了施工難度和風(fēng)險(xiǎn); (2)雨水管采用頂管法施工,年久失修,水流急、水量大,出現(xiàn)滲漏水的可能性很大; (3)風(fēng)道開(kāi)挖斷面大,采用CRD工法多層、多導(dǎo)洞施工,對(duì)地層的擾動(dòng)次數(shù)多,沉降量較大,與雨水管相互影響顯著。 (4)雨水管位于CBD核心的東三環(huán)主路下方,所處地段非常敏感,施工必須保證萬(wàn)無(wú)一失。2.2方案比選 提出3種超前支護(hù)方案進(jìn)行比選,分別為密排小管棚注漿超前支護(hù)、大管棚超前支護(hù)和二重管注漿+鋼插管超前支護(hù)。比選情況詳見(jiàn)表1。 通過(guò)以上分析比較,采用方案3進(jìn)行超前支護(hù)。3二重管注漿超前支護(hù)3.1注漿設(shè)備 TXU改型鉆機(jī):旋轉(zhuǎn)二重管及排水處理裝備; SYB-60/50型注漿泵:注漿液混合器及測(cè)定器具; SJY-雙層立體式攪拌機(jī):噴頭及凝膠時(shí)間測(cè)定儀,逆止閥,消音器。3.2施工工藝流程 二重管注漿超前支護(hù)采用TXU改型鉆機(jī)施工,注漿施工工藝流程如圖2所示。 TXU改型鉆機(jī)體型較小,適合在較小空間施工,能在360°范圍內(nèi)進(jìn)行鉆進(jìn),如圖3所示。二重管鉆桿直徑一般為?42,端頭安裝管內(nèi)混合器。鉆進(jìn)采用清水作為循環(huán)液,達(dá)到設(shè)計(jì)深度或位置時(shí),封閉端點(diǎn)進(jìn)行橫向噴射切換。然后用注漿泵分別將兩種漿液壓入外管和內(nèi)管,漿液在二重管的端頭混合器內(nèi)混合,通過(guò)濾網(wǎng)在水平方向?qū)嵭袊娚?將漿液注入地層中。注漿采用后退式,一般20～50cm為一個(gè)注漿段。3.3注漿漿液和注漿參數(shù) 施工時(shí)根據(jù)地層情況配制溶液型或懸濁型漿液;通過(guò)調(diào)節(jié)漿液配比和注漿壓力來(lái)控制漿液的凝結(jié)時(shí)間和注入范圍。溶液型或懸濁型漿液均采用雙液,其配比如表2所示,其中A、B雙液組成溶液型漿液,A,C雙液組成懸濁型漿液。懸濁型漿液以水泥為主,摻加注入性強(qiáng)的添加劑,適用于軟弱粘性土、松散砂層、砂礫石層的前處理、裂隙等的填充。溶液型漿液以水玻璃為主,摻加注入性強(qiáng)的添加劑,適用于密實(shí)的砂層、砂礫石層改良的后處理等。漿液中的添加劑一方面改良漿液,增強(qiáng)漿液的注入性,另一方面降低漿液凝固后的收縮性,確保注漿和止水效果。針對(duì)不同的地層,注漿時(shí)可先進(jìn)行限制性注漿,漿液凝結(jié)速度快,可根據(jù)凝結(jié)時(shí)間確定注漿范圍;然后進(jìn)行滲透注漿,使?jié){液在地層中分布均勻。限制性注漿和滲透注漿可以自由切換,從而適用于各種復(fù)雜的地層。 根據(jù)不同地層和工程情況,一般條件下注漿深度在14m以?xún)?nèi),注漿孔直徑?46mm;漿液擴(kuò)散半徑1m;漿液凝結(jié)時(shí)間20s～30min;注漿壓力0.3～1.5MPa。4實(shí)施情況4.1加固范圍 綜合考慮各方面的因素,縱向加固范圍為第二次抬高過(guò)渡段,立面加固范圍為上層導(dǎo)洞結(jié)構(gòu)內(nèi)0.5m到雨水管底之間的土體,兩側(cè)部位加固厚度為結(jié)構(gòu)外3.0m,詳見(jiàn)圖4和圖5。4.2土體加固施工 (1)1號(hào)導(dǎo)洞施工至距抬高段起始點(diǎn)2.0m時(shí),采用150mm厚C25噴射混凝土封閉開(kāi)挖面,下臺(tái)階梅花狀打入2m長(zhǎng)?22鋼筋加筋改良土體,保證開(kāi)挖面的穩(wěn)定性。 (2)進(jìn)行二重管注漿,加固1號(hào)導(dǎo)洞拱頂及側(cè)部土體,中隔墻部位向3號(hào)洞內(nèi)加固,范圍不小于3.0m。采用洞內(nèi)放射型注漿方式,從外圍到中心進(jìn)行施工。 (3)注漿完成后,距結(jié)構(gòu)開(kāi)挖線250mm處沿外輪廓以抬高坡度為角度,采用TXU鉆機(jī)成孔,然后頂入9.0m長(zhǎng)、內(nèi)徑?32的鋼插管并注漿。 (4)1號(hào)導(dǎo)洞開(kāi)挖,進(jìn)行初支結(jié)構(gòu)施工。開(kāi)挖過(guò)程中發(fā)現(xiàn)注漿效果良好,土體明顯改良,沒(méi)有出現(xiàn)滲漏水。 (5)3號(hào)導(dǎo)洞施工至距抬高段起始點(diǎn)2.0m時(shí),加固方法同1號(hào)導(dǎo)洞。由于1號(hào)導(dǎo)洞已完成初支結(jié)構(gòu),注漿時(shí)必須嚴(yán)格控制注漿壓力,靠近注漿一側(cè)需在結(jié)構(gòu)上設(shè)卸壓或卸水孔,并加強(qiáng)巡視,確保結(jié)構(gòu)的安全。從開(kāi)挖情況看,注漿起到了良好的加固和止水作用,漿液在粉細(xì)砂層中擴(kuò)散性較好,加固體強(qiáng)度高,沒(méi)有出現(xiàn)任何坍塌現(xiàn)象。在粘性土中,為劈裂注漿,漿液呈脈狀擴(kuò)散,在層理好的地段沿層理擴(kuò)散,如圖6所示。5 結(jié)論 二重管注漿超前支護(hù)注漿,在隧道拱頂形成一定厚度的水泥固結(jié)體,該固結(jié)體具有較高的強(qiáng)度和良好的止水效果。從地鐵光華路車(chē)站東南風(fēng)道穿越D1800雨水管施工實(shí)踐看,二重管注漿超前支護(hù)技術(shù)具有如下優(yōu)勢(shì): (1)TXU改型鉆機(jī)機(jī)械輕小,施工靈活,能適應(yīng)隧道施工的窄小環(huán)境; (2)注漿原材料主要為水泥、水玻璃,材料來(lái)源廣,經(jīng)濟(jì)且無(wú)污染; (3)漿液切換靈活,能根據(jù)不同地層條件隨時(shí)更換漿液類(lèi)型,可實(shí)現(xiàn)復(fù)合式注漿,適應(yīng)各種復(fù)雜地層; (4)漿液在二重管端頭可完全混合,后退式注漿可確保漿液均勻地注入土層中,在特殊地段(如滲漏水嚴(yán)重地段)還可采用前進(jìn)式注漿,連續(xù)可靠; (5)加固體強(qiáng)度較高、密實(shí)度好,具有良好的止水效果;在沉降控制嚴(yán)格地段,還可插入鋼插管或注漿后再打設(shè)大管棚以提高土層的整體剛度。 二重管注漿超前支護(hù)作為一種新的支護(hù)方法,首次應(yīng)用于地鐵淺埋暗挖穿越大直徑地下管線的施工,并取得了良好的加固土體和止水效果,值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。
據(jù)資料顯示,D1800雨水管修建于1979年,采用頂管施工,管段之間連接采用麻辮,縫隙填打石棉灰; 頂管坑內(nèi)管道采用混凝土管基,鋼絲網(wǎng)水泥砂漿抹段接口。施工時(shí)雨水管中水深1.0m,水流湍急,管線滲漏水的可能性很大。距D1800雨水管僅5.0m處是1800mm×2300mm污水方溝,大約修建于1982年,是東三環(huán)路的主要污水干管,溝內(nèi)水深1.5m,流速較大。D1800雨水管與風(fēng)道結(jié)構(gòu)之間土質(zhì)(由上至下)為粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粉土和細(xì)砂。因此,穿越雨水管的施工風(fēng)險(xiǎn)很大,為確保施工安全,必須采取可靠的超前支護(hù)措施。2支護(hù)方案比選2.1工程特點(diǎn) (1)雨水管距結(jié)構(gòu)開(kāi)挖面最小處僅為1.6m,結(jié)構(gòu)在該位置大角度(35°)挑高,增大了施工難度和風(fēng)險(xiǎn); (2)雨水管采用頂管法施工,年久失修,水流急、水量大,出現(xiàn)滲漏水的可能性很大; (3)風(fēng)道開(kāi)挖斷面大,采用CRD工法多層、多導(dǎo)洞施工,對(duì)地層的擾動(dòng)次數(shù)多,沉降量較大,與雨水管相互影響顯著。 (4)雨水管位于CBD核心的東三環(huán)主路下方,所處地段非常敏感,施工必須保證萬(wàn)無(wú)一失。2.2方案比選 提出3種超前支護(hù)方案進(jìn)行比選,分別為密排小管棚注漿超前支護(hù)、大管棚超前支護(hù)和二重管注漿+鋼插管超前支護(hù)。比選情況詳見(jiàn)表1。 通過(guò)以上分析比較,采用方案3進(jìn)行超前支護(hù)。3二重管注漿超前支護(hù)3.1注漿設(shè)備 TXU改型鉆機(jī):旋轉(zhuǎn)二重管及排水處理裝備; SYB-60/50型注漿泵:注漿液混合器及測(cè)定器具; SJY-雙層立體式攪拌機(jī):噴頭及凝膠時(shí)間測(cè)定儀,逆止閥,消音器。3.2施工工藝流程 二重管注漿超前支護(hù)采用TXU改型鉆機(jī)施工,注漿施工工藝流程如圖2所示。 TXU改型鉆機(jī)體型較小,適合在較小空間施工,能在360°范圍內(nèi)進(jìn)行鉆進(jìn),如圖3所示。二重管鉆桿直徑一般為?42,端頭安裝管內(nèi)混合器。鉆進(jìn)采用清水作為循環(huán)液,達(dá)到設(shè)計(jì)深度或位置時(shí),封閉端點(diǎn)進(jìn)行橫向噴射切換。然后用注漿泵分別將兩種漿液壓入外管和內(nèi)管,漿液在二重管的端頭混合器內(nèi)混合,通過(guò)濾網(wǎng)在水平方向?qū)嵭袊娚?將漿液注入地層中。注漿采用后退式,一般20～50cm為一個(gè)注漿段。3.3注漿漿液和注漿參數(shù) 施工時(shí)根據(jù)地層情況配制溶液型或懸濁型漿液;通過(guò)調(diào)節(jié)漿液配比和注漿壓力來(lái)控制漿液的凝結(jié)時(shí)間和注入范圍。溶液型或懸濁型漿液均采用雙液,其配比如表2所示,其中A、B雙液組成溶液型漿液,A,C雙液組成懸濁型漿液。懸濁型漿液以水泥為主,摻加注入性強(qiáng)的添加劑,適用于軟弱粘性土、松散砂層、砂礫石層的前處理、裂隙等的填充。溶液型漿液以水玻璃為主,摻加注入性強(qiáng)的添加劑,適用于密實(shí)的砂層、砂礫石層改良的后處理等。漿液中的添加劑一方面改良漿液,增強(qiáng)漿液的注入性,另一方面降低漿液凝固后的收縮性,確保注漿和止水效果。針對(duì)不同的地層,注漿時(shí)可先進(jìn)行限制性注漿,漿液凝結(jié)速度快,可根據(jù)凝結(jié)時(shí)間確定注漿范圍;然后進(jìn)行滲透注漿,使?jié){液在地層中分布均勻。限制性注漿和滲透注漿可以自由切換,從而適用于各種復(fù)雜的地層。 根據(jù)不同地層和工程情況,一般條件下注漿深度在14m以?xún)?nèi),注漿孔直徑?46mm;漿液擴(kuò)散半徑1m;漿液凝結(jié)時(shí)間20s～30min;注漿壓力0.3～1.5MPa。4實(shí)施情況4.1加固范圍 綜合考慮各方面的因素,縱向加固范圍為第二次抬高過(guò)渡段,立面加固范圍為上層導(dǎo)洞結(jié)構(gòu)內(nèi)0.5m到雨水管底之間的土體,兩側(cè)部位加固厚度為結(jié)構(gòu)外3.0m,詳見(jiàn)圖4和圖5。4.2土體加固施工 (1)1號(hào)導(dǎo)洞施工至距抬高段起始點(diǎn)2.0m時(shí),采用150mm厚C25噴射混凝土封閉開(kāi)挖面,下臺(tái)階梅花狀打入2m長(zhǎng)?22鋼筋加筋改良土體,保證開(kāi)挖面的穩(wěn)定性。 (2)進(jìn)行二重管注漿,加固1號(hào)導(dǎo)洞拱頂及側(cè)部土體,中隔墻部位向3號(hào)洞內(nèi)加固,范圍不小于3.0m。采用洞內(nèi)放射型注漿方式,從外圍到中心進(jìn)行施工。 (3)注漿完成后,距結(jié)構(gòu)開(kāi)挖線250mm處沿外輪廓以抬高坡度為角度,采用TXU鉆機(jī)成孔,然后頂入9.0m長(zhǎng)、內(nèi)徑?32的鋼插管并注漿。 (4)1號(hào)導(dǎo)洞開(kāi)挖,進(jìn)行初支結(jié)構(gòu)施工。開(kāi)挖過(guò)程中發(fā)現(xiàn)注漿效果良好,土體明顯改良,沒(méi)有出現(xiàn)滲漏水。 (5)3號(hào)導(dǎo)洞施工至距抬高段起始點(diǎn)2.0m時(shí),加固方法同1號(hào)導(dǎo)洞。由于1號(hào)導(dǎo)洞已完成初支結(jié)構(gòu),注漿時(shí)必須嚴(yán)格控制注漿壓力,靠近注漿一側(cè)需在結(jié)構(gòu)上設(shè)卸壓或卸水孔,并加強(qiáng)巡視,確保結(jié)構(gòu)的安全。從開(kāi)挖情況看,注漿起到了良好的加固和止水作用,漿液在粉細(xì)砂層中擴(kuò)散性較好,加固體強(qiáng)度高,沒(méi)有出現(xiàn)任何坍塌現(xiàn)象。在粘性土中,為劈裂注漿,漿液呈脈狀擴(kuò)散,在層理好的地段沿層理擴(kuò)散,如圖6所示。5 結(jié)論 二重管注漿超前支護(hù)注漿,在隧道拱頂形成一定厚度的水泥固結(jié)體,該固結(jié)體具有較高的強(qiáng)度和良好的止水效果。從地鐵光華路車(chē)站東南風(fēng)道穿越D1800雨水管施工實(shí)踐看,二重管注漿超前支護(hù)技術(shù)具有如下優(yōu)勢(shì): (1)TXU改型鉆機(jī)機(jī)械輕小,施工靈活,能適應(yīng)隧道施工的窄小環(huán)境; (2)注漿原材料主要為水泥、水玻璃,材料來(lái)源廣,經(jīng)濟(jì)且無(wú)污染; (3)漿液切換靈活,能根據(jù)不同地層條件隨時(shí)更換漿液類(lèi)型,可實(shí)現(xiàn)復(fù)合式注漿,適應(yīng)各種復(fù)雜地層; (4)漿液在二重管端頭可完全混合,后退式注漿可確保漿液均勻地注入土層中,在特殊地段(如滲漏水嚴(yán)重地段)還可采用前進(jìn)式注漿,連續(xù)可靠; (5)加固體強(qiáng)度較高、密實(shí)度好,具有良好的止水效果;在沉降控制嚴(yán)格地段,還可插入鋼插管或注漿后再打設(shè)大管棚以提高土層的整體剛度。 二重管注漿超前支護(hù)作為一種新的支護(hù)方法,首次應(yīng)用于地鐵淺埋暗挖穿越大直徑地下管線的施工,并取得了良好的加固土體和止水效果,值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。