地鐵施工中的二重管注漿超前支護技術摘要:介紹了二重管注漿原理、漿液配比、注漿參數和施工工藝。通過在北京地鐵十號線光華路車站暗挖工程應用,得出二重管注漿超前支護具有:注漿機械輕小、能適應隧道施工的窄小環境,漿液切換靈活、能根據不同的地層條件隨時更換漿液類型、可實現復合式注漿、適應各種復雜地層,加固體強度較高、密實度好、具有良好的止水效果的結論。關鍵詞:城市地鐵;淺埋暗挖;超前支護;二重管注漿 城市地鐵暗挖在結構頂部較近處(約2～5m),穿越現有地下管線或地質條件較差的部位,往往采用超前支護方法增強地層的自穩能力以控制沉降和止水。常用的超前支護方法有小導管注漿超前支護、大管棚超前支護等,但實際施工中,這些措施在通過滲漏嚴重的雨、污水管線時由于加固體抗滲性較差,往往起不到良好的支護效果。 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,其優點在于既可以增加地層的強度又可以達到止水的效果。據有關資料表明,二重管注漿加固后的地層強度:卵石層達到2.5～3.0MPa、細中砂層達到1.5～2.0MPa、粘土層達到1.5～2.0MPa。加固后地層的透水系數:可達到k=10-7～10-8cm/s。這種地基處理技術,如果能方便地用于地下工程超前支護,將彌補以上工法的不足。 基于以上思路,通過對TXU型鉆機進行改型使其具有全方位鉆進功能,采用二重管作為鉆桿使漿液在鉆桿端頭完全混合再注入地層,從而實現加固開挖面前方一定范圍內的地層。北京地鐵十號線光華路車站東南風道穿越D1800雨水管線時,為確保管線和結構施工的安全,將以上思路付諸于實踐,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,取得了很好的效果。1工程概況 光華路車站位于東三環與規劃商務中心交叉口,東側為中央電視臺新址工地,西側為財富中心。東南風道總長115.434m,東三環路下部分與道路正交。D1800雨水管位于結構第二次抬高過渡段上方,抬高前風道拱頂埋深9.905m,抬高后埋深6.535m,抬高高度為3.4m,坡度約35°,雨水管與結構最小距離為0.85m。為降低施工難度,減小施工風險,過渡段由原設計位置向西平移1.3m,雨水管與結構最小距離為1.6m,如圖1所示。風道開挖斷面,寬×高=11m×(15～17m),初支結構施工采用CRD工法,分4～5層、8～10洞開挖。
據資料顯示,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; 頂管坑內管道采用混凝土管基,鋼絲網水泥砂漿抹段接口。施工時雨水管中水深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,是東三環路的主要污水干管,溝內水深1.5m,流速較大。D1800雨水管與風道結構之間土質(由上至下)為粉質粘土、砂質粉土和細砂。因此,穿越雨水管的施工風險很大,為確保施工安全,必須采取可靠的超前支護措施。2支護方案比選2.1工程特點 (1)雨水管距結構開挖面最小處僅為1.6m,結構在該位置大角度(35°)挑高,增大了施工難度和風險; (2)雨水管采用頂管法施工,年久失修,水流急、水量大,出現滲漏水的可能性很大; (3)風道開挖斷面大,采用CRD工法多層、多導洞施工,對地層的擾動次數多,沉降量較大,與雨水管相互影響顯著。 (4)雨水管位于CBD核心的東三環主路下方,所處地段非常敏感,施工必須保證萬無一失。2.2方案比選 提出3種超前支護方案進行比選,分別為密排小管棚注漿超前支護、大管棚超前支護和二重管注漿+鋼插管超前支護。比選情況詳見表1。 通過以上分析比較,采用方案3進行超前支護。3二重管注漿超前支護3.1注漿設備 TXU改型鉆機:旋轉二重管及排水處理裝備; SYB-60/50型注漿泵:注漿液混合器及測定器具; SJY-雙層立體式攪拌機:噴頭及凝膠時間測定儀,逆止閥,消音器。3.2施工工藝流程 二重管注漿超前支護采用TXU改型鉆機施工,注漿施工工藝流程如圖2所示。 TXU改型鉆機體型較小,適合在較小空間施工,能在360°范圍內進行鉆進,如圖3所示。二重管鉆桿直徑一般為?42,端頭安裝管內混合器。鉆進采用清水作為循環液,達到設計深度或位置時,封閉端點進行橫向噴射切換。然后用注漿泵分別將兩種漿液壓入外管和內管,漿液在二重管的端頭混合器內混合,通過濾網在水平方向實行噴射,將漿液注入地層中。注漿采用后退式,一般20～50cm為一個注漿段。3.3注漿漿液和注漿參數 施工時根據地層情況配制溶液型或懸濁型漿液;通過調節漿液配比和注漿壓力來控制漿液的凝結時間和注入范圍。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,摻加注入性強的添加劑,適用于密實的砂層、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。針對不同的地層,注漿時可先進行限制性注漿,漿液凝結速度快,可根據凝結時間確定注漿范圍;然后進行滲透注漿,使漿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,從而適用于各種復雜的地層。 根據不同地層和工程情況,一般條件下注漿深度在14m以內,注漿孔直徑?46mm;漿液擴散半徑1m;漿液凝結時間20s～30min;注漿壓力0.3～1.5MPa。4實施情況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渡段,立面加固范圍為上層導洞結構內0.5m到雨水管底之間的土體,兩側部位加固厚度為結構外3.0m,詳見圖4和圖5。4.2土體加固施工 (1)1號導洞施工至距抬高段起始點2.0m時,采用150mm厚C25噴射混凝土封閉開挖面,下臺階梅花狀打入2m長?22鋼筋加筋改良土體,保證開挖面的穩定性。 (2)進行二重管注漿,加固1號導洞拱頂及側部土體,中隔墻部位向3號洞內加固,范圍不小于3.0m。采用洞內放射型注漿方式,從外圍到中心進行施工。 (3)注漿完成后,距結構開挖線250mm處沿外輪廓以抬高坡度為角度,采用TXU鉆機成孔,然后頂入9.0m長、內徑?32的鋼插管并注漿。 (4)1號導洞開挖,進行初支結構施工。開挖過程中發現注漿效果良好,土體明顯改良,沒有出現滲漏水。 (5)3號導洞施工至距抬高段起始點2.0m時,加固方法同1號導洞。由于1號導洞已完成初支結構,注漿時必須嚴格控制注漿壓力,靠近注漿一側需在結構上設卸壓或卸水孔,并加強巡視,確保結構的安全。從開挖情況看,注漿起到了良好的加固和止水作用,漿液在粉細砂層中擴散性較好,加固體強度高,沒有出現任何坍塌現象。在粘性土中,為劈裂注漿,漿液呈脈狀擴散,在層理好的地段沿層理擴散,如圖6所示。5 結論 二重管注漿超前支護注漿,在隧道拱頂形成一定厚度的水泥固結體,該固結體具有較高的強度和良好的止水效果。從地鐵光華路車站東南風道穿越D1800雨水管施工實踐看,二重管注漿超前支護技術具有如下優勢: (1)TXU改型鉆機機械輕小,施工靈活,能適應隧道施工的窄小環境; (2)注漿原材料主要為水泥、水玻璃,材料來源廣,經濟且無污染; (3)漿液切換靈活,能根據不同地層條件隨時更換漿液類型,可實現復合式注漿,適應各種復雜地層; (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(如滲漏水嚴重地段)還可采用前進式注漿,連續可靠; (5)加固體強度較高、密實度好,具有良好的止水效果;在沉降控制嚴格地段,還可插入鋼插管或注漿后再打設大管棚以提高土層的整體剛度。 二重管注漿超前支護作為一種新的支護方法,首次應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,值得進一步推廣應用。
據資料顯示,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; 頂管坑內管道采用混凝土管基,鋼絲網水泥砂漿抹段接口。施工時雨水管中水深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,是東三環路的主要污水干管,溝內水深1.5m,流速較大。D1800雨水管與風道結構之間土質(由上至下)為粉質粘土、砂質粉土和細砂。因此,穿越雨水管的施工風險很大,為確保施工安全,必須采取可靠的超前支護措施。2支護方案比選2.1工程特點 (1)雨水管距結構開挖面最小處僅為1.6m,結構在該位置大角度(35°)挑高,增大了施工難度和風險; (2)雨水管采用頂管法施工,年久失修,水流急、水量大,出現滲漏水的可能性很大; (3)風道開挖斷面大,采用CRD工法多層、多導洞施工,對地層的擾動次數多,沉降量較大,與雨水管相互影響顯著。 (4)雨水管位于CBD核心的東三環主路下方,所處地段非常敏感,施工必須保證萬無一失。2.2方案比選 提出3種超前支護方案進行比選,分別為密排小管棚注漿超前支護、大管棚超前支護和二重管注漿+鋼插管超前支護。比選情況詳見表1。 通過以上分析比較,采用方案3進行超前支護。3二重管注漿超前支護3.1注漿設備 TXU改型鉆機:旋轉二重管及排水處理裝備; SYB-60/50型注漿泵:注漿液混合器及測定器具; SJY-雙層立體式攪拌機:噴頭及凝膠時間測定儀,逆止閥,消音器。3.2施工工藝流程 二重管注漿超前支護采用TXU改型鉆機施工,注漿施工工藝流程如圖2所示。 TXU改型鉆機體型較小,適合在較小空間施工,能在360°范圍內進行鉆進,如圖3所示。二重管鉆桿直徑一般為?42,端頭安裝管內混合器。鉆進采用清水作為循環液,達到設計深度或位置時,封閉端點進行橫向噴射切換。然后用注漿泵分別將兩種漿液壓入外管和內管,漿液在二重管的端頭混合器內混合,通過濾網在水平方向實行噴射,將漿液注入地層中。注漿采用后退式,一般20～50cm為一個注漿段。3.3注漿漿液和注漿參數 施工時根據地層情況配制溶液型或懸濁型漿液;通過調節漿液配比和注漿壓力來控制漿液的凝結時間和注入范圍。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,摻加注入性強的添加劑,適用于密實的砂層、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。針對不同的地層,注漿時可先進行限制性注漿,漿液凝結速度快,可根據凝結時間確定注漿范圍;然后進行滲透注漿,使漿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,從而適用于各種復雜的地層。 根據不同地層和工程情況,一般條件下注漿深度在14m以內,注漿孔直徑?46mm;漿液擴散半徑1m;漿液凝結時間20s～30min;注漿壓力0.3～1.5MPa。4實施情況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渡段,立面加固范圍為上層導洞結構內0.5m到雨水管底之間的土體,兩側部位加固厚度為結構外3.0m,詳見圖4和圖5。4.2土體加固施工 (1)1號導洞施工至距抬高段起始點2.0m時,采用150mm厚C25噴射混凝土封閉開挖面,下臺階梅花狀打入2m長?22鋼筋加筋改良土體,保證開挖面的穩定性。 (2)進行二重管注漿,加固1號導洞拱頂及側部土體,中隔墻部位向3號洞內加固,范圍不小于3.0m。采用洞內放射型注漿方式,從外圍到中心進行施工。 (3)注漿完成后,距結構開挖線250mm處沿外輪廓以抬高坡度為角度,采用TXU鉆機成孔,然后頂入9.0m長、內徑?32的鋼插管并注漿。 (4)1號導洞開挖,進行初支結構施工。開挖過程中發現注漿效果良好,土體明顯改良,沒有出現滲漏水。 (5)3號導洞施工至距抬高段起始點2.0m時,加固方法同1號導洞。由于1號導洞已完成初支結構,注漿時必須嚴格控制注漿壓力,靠近注漿一側需在結構上設卸壓或卸水孔,并加強巡視,確保結構的安全。從開挖情況看,注漿起到了良好的加固和止水作用,漿液在粉細砂層中擴散性較好,加固體強度高,沒有出現任何坍塌現象。在粘性土中,為劈裂注漿,漿液呈脈狀擴散,在層理好的地段沿層理擴散,如圖6所示。5 結論 二重管注漿超前支護注漿,在隧道拱頂形成一定厚度的水泥固結體,該固結體具有較高的強度和良好的止水效果。從地鐵光華路車站東南風道穿越D1800雨水管施工實踐看,二重管注漿超前支護技術具有如下優勢: (1)TXU改型鉆機機械輕小,施工靈活,能適應隧道施工的窄小環境; (2)注漿原材料主要為水泥、水玻璃,材料來源廣,經濟且無污染; (3)漿液切換靈活,能根據不同地層條件隨時更換漿液類型,可實現復合式注漿,適應各種復雜地層; (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(如滲漏水嚴重地段)還可采用前進式注漿,連續可靠; (5)加固體強度較高、密實度好,具有良好的止水效果;在沉降控制嚴格地段,還可插入鋼插管或注漿后再打設大管棚以提高土層的整體剛度。 二重管注漿超前支護作為一種新的支護方法,首次應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,值得進一步推廣應用。
