建筑物下軟流塑地層淺埋暗挖隧道施工技術(shù) 【摘 要】 為解決地鐵隧道在軟土中礦山法暗挖掘進(jìn)的技術(shù)難題,結(jié)合南京地鐵鼓玄區(qū)間軟流塑地層的工程特點(diǎn)和難點(diǎn),闡述國內(nèi)首次在城市建筑物下的地鐵軟流塑暗挖隧道施工的具體措施:大管棚+小導(dǎo)管超前支護(hù),掌子面超前注漿加固,并通過監(jiān)測信息反饋施工結(jié)果。總結(jié)分析其成功經(jīng)驗(yàn),供以后類似工程借鑒。【關(guān)鍵詞】 隧道; 軟流塑地層; 大管棚; 小導(dǎo)管; 注漿; 臺(tái)階法; 監(jiān)測 此前,國內(nèi)在處于軟土的地鐵暗挖隧道施工環(huán)境中,均采用冰凍法或盾構(gòu)法。在隧道斷面尺寸小、隧道長度短和地質(zhì)變化大的隧道施工環(huán)境中,盾構(gòu)法不適應(yīng),而冰凍法卻存在著較大的施工風(fēng)險(xiǎn)。因此,采用何種措施,使操作靈活方便而技術(shù)成熟的礦山法應(yīng)用于軟土地層,是一個(gè)急待攻克的難關(guān)。南京地鐵鼓樓至玄武門區(qū)間隧道勝利貫通,這標(biāo)志著國內(nèi)首例軟流塑淤泥粉質(zhì)粘土層隧道礦山法技術(shù)難關(guān)完全被攻克。其施工難度和風(fēng)險(xiǎn)在世界地鐵施工史上也極為罕見。中國工程院院士王夢(mèng)恕評(píng)價(jià)說:“中鐵十三局集團(tuán)在南京地鐵開創(chuàng)了人類先河!”。1 工程概述1.1 工程概況 南京地鐵南北線一期工程鼓樓站~玄武門站區(qū)間為礦山法施工雙洞單線隧道,左線全長1063.6m,右線全長1064.094m,起止里程K10+337.7~K11+401.3,鼓樓站北端與玄武門站南端在道路兩側(cè)的房屋下穿過,其余地段在道路下方穿過;地面上3~7層的樓房有21幢,房屋基礎(chǔ)為條基。有給水、雨水、污水、電力、電信等多種管線。在玄武門路站南端320.6m的隧道穿過軟~流塑狀淤泥質(zhì)粉粘土地層,該地層具有“三高一低”特性(高含水量、高壓縮性、高靈敏度、強(qiáng)度低)。此段位于玄武湖西側(cè),歷史上曾經(jīng)是玄武湖的一部分,覆土厚度約8m,地面上有2幢2層樓房、3幢5層樓房和一條Φ900污水管,如此復(fù)雜的施工條件在國內(nèi)地鐵史上實(shí)屬罕見。1.2 地質(zhì)概況 區(qū)間地下水主要為淺層孔隙潛水,基巖孔隙、裂隙水,淺層孔隙水由大氣降水和地表水滲入補(bǔ)給。軟~流塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土地層情況和土體物理力學(xué)指標(biāo): ①-2b3-4粉質(zhì)粘土~淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土:灰色、軟~流塑,埋深1.4~9.2m,層厚4.8~12.2m。 ②-2b4淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土~粉質(zhì)粘土:灰色、流塑,局部軟塑,夾薄層粉土及少量腐植物。該層分布于河床兩側(cè),具有高壓縮性,高靈敏度,低強(qiáng)度,易變形等特性,厚度變化顯著,層厚0.5~10.0m。2 施工難點(diǎn)分析 軟~流塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土具有高壓縮性、高靈敏度、強(qiáng)度低,易產(chǎn)生蠕動(dòng)等特性,開挖后自穩(wěn)能力極差,易坍塌,地面沉降難以控制。軟流塑地層暗挖隧道施工難點(diǎn)主要表現(xiàn)在: (1)地質(zhì)條件差,隧道上層覆土薄(僅8m),不能形成有效的承載拱,自穩(wěn)能力極差,嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生涌泥現(xiàn)象,使施工無法進(jìn)行; (2)土體中的地下水豐富,施工過程中,地下水極易流失,易引起地層收縮固結(jié); (3)地面沉降難以控制,在道路區(qū),過大沉降易引起路面開裂,甚至坍陷,影響交通安全;在管線和建筑物區(qū),地面沉降過大,易造成地下管線破壞和建筑物開裂,危及建筑物安全。3 軟流塑地層隧道施工方案的選擇 軟流塑地層隧道施工擬采用臺(tái)階分步開挖法,但必須采用適當(dāng)?shù)妮o助工法加固地層。常用的輔助工法有注漿加固(大管棚+小導(dǎo)管超前預(yù)注漿+掌子面注漿加固)、軟弱圍巖仰拱超前法、旋噴或攪拌加固、凍結(jié)加固等。各種工法簡述如下。3.1 大管棚+小導(dǎo)管超前預(yù)注漿 長管棚結(jié)合小導(dǎo)管注漿和掌子面超前預(yù)注漿法,是在隧道拱部打設(shè)長管棚和小導(dǎo)管注漿,對(duì)拱部進(jìn)行加固和超前支護(hù),并對(duì)隧道掌子面的地層進(jìn)行注漿改良,然后在管棚和加固拱圈的保護(hù)下進(jìn)行開挖、支護(hù)與襯砌。該方法在淺埋隧道施工中也能有效地控制地面沉降,技術(shù)成熟。3.2 軟弱圍巖仰拱超前法 軟弱圍巖仰拱超前法是先開挖隧道的下部,在隧道中部打設(shè)長管棚和小導(dǎo)管注漿,對(duì)下導(dǎo)坑拱部進(jìn)行加固和超前支護(hù),并對(duì)隧道掌子面的地層進(jìn)行注漿改良,開挖、施作下部初期支護(hù);然后在隧道拱部打設(shè)長管棚和小導(dǎo)管注漿,開挖、支護(hù)隧道上部,主要是為了避免初期支護(hù)拱腳落拱產(chǎn)生的沉降。3.3 水平旋噴法 采用水平旋噴樁加固,以改善地層物性。水平旋噴的原理同豎直旋噴,只是將鉆桿水平鉆進(jìn)進(jìn)行旋噴注漿。它利用鉆機(jī)鉆孔,然后把帶有噴頭的噴漿管放至地層預(yù)定的位置,用從噴水口噴出的射流沖擊和破壞地層。剝離的土顆粒的細(xì)小部分隨著漿液排除,其余土粒在噴射流的沖擊力、離心力和重力作用下,與注入的漿液摻攪混合,并按一定的漿土比例和質(zhì)量大小有規(guī)律地重新排列,在土體中形成固結(jié)體。加固方法為:施作Φ600mm水平旋噴樁加固,并插入Φ42mm鋼管作為超前支護(hù)。3.4 凍結(jié)法 凍結(jié)法是在洞周上層中降溫,形成一個(gè)封閉的具有一定強(qiáng)度和穩(wěn)定性的凍土帷幕,然后在凍土帷幕保護(hù)下進(jìn)行隧道開挖、支護(hù)與襯砌。 通過綜合比較,最后選擇注漿加固(大管棚+小導(dǎo)管超前預(yù)注漿+掌子面注漿加固)。4 技術(shù)措施 軟流塑地層隧道施工以“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測”十八字方針為基本的指導(dǎo)原則;施工流程遵循“先加固,后開挖,先附屬,后主體”的先后順序;工藝控制以“動(dòng)態(tài)管理、動(dòng)態(tài)控制,加強(qiáng)量測、信息指導(dǎo),總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、優(yōu)化方案”作為控制手段。施工步驟詳見圖1。
4.1 大管棚施工4.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 管棚參數(shù):拱部150°范圍設(shè)立管棚支護(hù),注漿加固范圍1.5m,大管棚采用40m長Φ108鋼管,鋼管打孔注漿,漿液采用水泥-水玻璃雙液漿,大管棚搭接長度4m,環(huán)向間距0.30m。 注漿參數(shù):32.5強(qiáng)度級(jí)水泥和水玻璃雙液注漿,水玻璃濃度為Be25~350,模數(shù)2.6,漿液水灰比0.8:1~1:1(根據(jù)實(shí)施效果調(diào)整),水泥漿液與水玻璃的比例為1:1。大管棚施工方案見圖2。4.1.2 施工工藝 (1)為方便管棚施工,必須首先施作管棚工作室。管棚工作室長6m,跨度約為8m,以便于架設(shè)鉆機(jī)、安設(shè)鋼管。工作室挖至區(qū)間隧道標(biāo)準(zhǔn)開挖輪廓線以外0.8m。 (2)為防止40m長管棚偏離輪廓線以外較遠(yuǎn)以及侵入開挖輪廓凈空,必須設(shè)置導(dǎo)向管以控制成孔方向。導(dǎo)向管長度不小于2.0m,采用Φ127mm無縫鋼管加工,經(jīng)精確計(jì)算測量后焊接在鋼拱架上并噴混凝土固定。 (3)管棚采用Φ108×6mm鋼管,截成3~5m,利用車床加工套絲,并且鋼管上加工1cm直徑、40cm×40cm成梅花型布置的孔,以利于注漿。 (4)鉆機(jī)平臺(tái)采用枕木搭建,平臺(tái)滿鋪松木板。根據(jù)管棚孔的位置,分層加高鉆機(jī)平臺(tái)。鉆機(jī)平臺(tái)搭設(shè)好以后進(jìn)行鉆孔,鉆孔順序由高孔位向低孔位進(jìn)行,可縮短移動(dòng)鉆機(jī)與搭設(shè)平臺(tái)時(shí)間,便于鉆機(jī)定位、定向。 (5)管棚孔開孔:開孔前必須檢查設(shè)備,保證設(shè)備狀況良好,對(duì)組合好的鉆具要檢查絲扣聯(lián)接是否緊密,用油壓分離式千斤頂頂進(jìn)法進(jìn)管。為了保證鉆孔精度,開孔段鉆進(jìn)是關(guān)鍵。鉆進(jìn)前10~20m時(shí),要反復(fù)校核鉆桿方向,調(diào)整鉆機(jī)位置,并用羅盤及掛線檢測偏斜無問題后方可繼續(xù)鉆進(jìn)。 (6)利用自制的注漿套管與管棚用套絲連接,注漿套管上準(zhǔn)備有出氣管與進(jìn)漿管,由閥門來控制開關(guān),注漿管示意見圖3。然后安裝20mm塑料管作為排氣管,連接注漿管等各種管路,利用錨固劑封閉掌子面與管棚間的孔隙,防止漏漿。關(guān)閉孔口閥門,開啟注漿泵進(jìn)行管路壓水試驗(yàn),如有泄漏及時(shí)檢修。試驗(yàn)壓力等于注漿終壓。注漿時(shí),采取低壓力中流量注入,注漿過程中壓力逐步上升,流量逐漸減少,當(dāng)壓力升至注漿終壓時(shí),繼續(xù)壓注10min,才結(jié)束注漿。 單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):每段注漿都正常進(jìn)行,注漿終壓達(dá)到設(shè)計(jì)終壓,注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的80%;或雖未達(dá)到設(shè)計(jì)終壓,但注漿量已達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量,即可結(jié)束本孔注漿。 (7)隧道分段施作管棚。首先施工第一段管棚工作室,施作第一段管棚,注漿后進(jìn)行隧道掘進(jìn)。第一段管棚段開挖30m后,進(jìn)行第二段管棚工作室施工及鉆孔,縱向管棚搭接長度4.0m。以此類推,完成管棚超前支護(hù)施工。4.2 小導(dǎo)管施工4.2.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 短導(dǎo)管3m長,Φ32普通水煤氣管,搭接長度1.5m,環(huán)向間距0.30m,漿液采用HC-T凝膠時(shí)間可調(diào)注漿材料,凝膠時(shí)間為20~40min,水灰比0.8:1~1:1,水泥強(qiáng)度為42.5級(jí)。4.2.2 施工工藝 小導(dǎo)管在架立鋼拱架的0.5m開挖,循環(huán)開挖前用風(fēng)槍打入。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控量測結(jié)果,必要時(shí)每榀鋼拱架打一次。小導(dǎo)管從格柵鋼架腹部空間穿過,插入已鉆好的孔中,尾端與鋼架焊接,連為一體。注漿采用2TZG-60/50雙漿液注漿泵由下向上順序進(jìn)行,一次性壓入注漿,漿液采用HC-T凝膠時(shí)間可調(diào)超細(xì)注漿單液漿,水灰比0.8~1.0,初凝時(shí)間20~40min。4.3 掌子面注漿加固4.3.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 長導(dǎo)管采用13m長、直徑Φ42PVC劈裂注漿管,搭接長度4m,間距0.5m×0.5m,邊墻中空錨桿;周邊Ⅰ號(hào)圈孔采用HC-T凝膠時(shí)間可調(diào)注漿材料,凝膠時(shí)間為20~40min,水灰比0.8:1~1:1,水泥強(qiáng)度42.5級(jí)。其余孔采用水泥和水玻璃雙液注漿進(jìn)行。掌子面注漿加固布置見圖4所示。4.3.2 施工工藝 (1)采用潛孔鉆機(jī)鉆孔,鉆孔的垂直度誤差控制在1%以內(nèi)。 (2)孔內(nèi)灌封閉泥漿,待鉆孔到設(shè)計(jì)深度后從孔內(nèi)灌入封閉水泥漿,其作用是封閉單向閥管和鉆孔壁之間的孔隙,迫使從灌漿孔內(nèi)開環(huán),壓出的漿液擠破套殼,注入四周土層。 (3)在封閉泥漿達(dá)到一定的強(qiáng)度后,在單向閥管內(nèi)插入雙向密封注漿芯管進(jìn)行分段注漿。首先增大壓力使?jié){液頂開橡皮套,擠破套殼料,在土體產(chǎn)生劈裂,并沿著裂縫擴(kuò)散,擴(kuò)散范圍受注漿壓力、時(shí)間、漿液配比、土層特征等因素的影響。一般由里向外注漿,達(dá)到一定壓力后,后退一段再注漿,這樣重復(fù)進(jìn)行。注漿完成后,清洗管內(nèi)殘留漿液,以便第二次重復(fù)注漿(PVC管即留在注漿后的土層中)。4.4 開挖支護(hù)施工4.4.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 開挖采用臺(tái)階法施工,臺(tái)階長度2~3m,上臺(tái)階施工時(shí)并設(shè)置臨時(shí)仰拱封閉,臨時(shí)仰拱采用I16工字鋼,噴厚20cmC20混凝土,兩側(cè)各設(shè)置2根Ф32普通水煤氣管長2.5m鎖腳錨桿,鎖腳錨桿置入角度為60°。下臺(tái)階施工時(shí),對(duì)上部鋼架拱腳處,應(yīng)采用跳槽開挖,及時(shí)支撐開挖后的拱腳,先開挖一側(cè)設(shè)置2根Ф32普通水煤氣管長2.5m鎖腳錨桿,鎖腳錨桿置入角度為60°。開挖支護(hù)施工示意見圖5所示。4.4.2 施工工藝 (1)施工中要重視開挖過程中的時(shí)空效應(yīng),就是開挖弧形導(dǎo)坑和架設(shè)格柵拱、噴混凝土要快,連續(xù)作業(yè),一般應(yīng)控制在最短時(shí)間(2~4h)內(nèi)完成。 (2)鋼格柵拱拱腳下鋪設(shè)鋼板,鋼板寬度與鋼拱架匹配,縱向長度50cm,并架設(shè)臨時(shí)仰拱,拱部格柵與臨時(shí)仰拱應(yīng)連接牢固。初期支護(hù)格柵拱的設(shè)計(jì)應(yīng)能達(dá)到等剛度,輔筋的焊接要牢靠,避免局部壓桿失穩(wěn)。臨時(shí)仰拱噴砼封閉,形成整體剛度。臨時(shí)仰拱采用I20a工字鋼,噴25cm厚C20混凝土,仰拱矢高30cm。 (3)上臺(tái)階開挖時(shí),拱腳應(yīng)高出臺(tái)階10~20cm,避免積水,格柵拱腳下應(yīng)鋪40~50cm長的鋼板。同時(shí)在拱腳處兩側(cè)各設(shè)置2根Φ32長2.5m鎖腳錨管,鎖腳錨桿置入角度60°,漿液采用HC-T凝膠時(shí)間可調(diào)超細(xì)注漿單液漿,水灰比0.8~1.0,初凝時(shí)間20~40min。 (4)在拱部兩側(cè)35°~55°處各增設(shè)3根5m長中空錨桿注漿,注漿加固拱腰上方土體,同時(shí)對(duì)初期支護(hù)背后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行充填注漿,以充填初期支護(hù)背后空隙,防止下沉。漿液采用1:0.5~1:1水泥砂漿填充,壓力<0.5MPa。 (5)上臺(tái)階長度應(yīng)控制在一倍洞徑(5~6m),充分發(fā)揮掌子面的空間效應(yīng)。 (6)下臺(tái)階周邊加設(shè)注漿管,注漿管外插3°~5°,盡量控制滲水范圍。 (7)下臺(tái)階開挖前進(jìn)行基底注漿加固,基底注漿加固管采用Φ32普通水煤氣管,長3.5m,環(huán)向間距0.4m,縱向間距1m,在下臺(tái)階開挖前用風(fēng)槍斜向向下30°打入。 (8)下臺(tái)階開挖采用小型機(jī)械挖掘,人工削減周邊輪廓,縮短拱架封閉時(shí)間,盡早成環(huán)。下臺(tái)階施工時(shí),對(duì)上部鋼架拱腳處,應(yīng)采用跳槽開挖,及時(shí)支撐開挖后的拱腳,先開挖的一側(cè),應(yīng)設(shè)置2根Φ32長2.5m的普通水煤氣管鎖腳錨桿,鎖腳錨桿置入角度60°。5 監(jiān)測信息反饋施工 在整個(gè)施工過程中,嚴(yán)格按照動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工、動(dòng)態(tài)管理,要及時(shí)進(jìn)行信息量測與反饋,及時(shí)測量,及時(shí)處理。通過試驗(yàn)段監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,地表累計(jì)最大沉降為40mm,房屋最大沉降5.8mm,日進(jìn)尺平均為0.52m。根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析,引起沉降原因如下:①地表水流失引起的沉降;②開挖過程中土體擾動(dòng)引起的沉降;③基度不穩(wěn)引起的沉降;④上臺(tái)階過長,隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)不能及時(shí)封閉成環(huán);⑤下臺(tái)階施工時(shí),上臺(tái)階鋼拱架拱腳懸空時(shí)間過長,鎖腳錨桿沒有起到支撐鋼拱架的作用;⑥掌子面注漿效果沒有達(dá)到科研設(shè)計(jì)方案要求等。其中,地表水流失引起的沉降是主要原因。 根據(jù)上述情況,說明在施工過程中,只要能有效地改進(jìn)上述施工細(xì)節(jié)或增加臨時(shí)仰拱整體剛度,沉降量會(huì)減小。因此采取了如下的加強(qiáng)措施。 (1)加強(qiáng)掌子面注漿,必要時(shí)加密注漿管。 (2)周邊注漿管外插10°~15°打設(shè),盡量控制滲水范圍。 (3)調(diào)整注漿參數(shù),初支背后加填注漿緊跟,確保初支無明顯漏水。 (4)導(dǎo)洞及時(shí)支護(hù),縮短上臺(tái)階工時(shí)。必要時(shí)在仰拱間噴射砼,形成整體剛度,縮短拱架封閉時(shí)間,盡早成環(huán)。通過采用以上的措施,在后來的施工中,各種監(jiān)測數(shù)據(jù)均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求。6 結(jié)束語 本工程的技術(shù)成果先后獲得江蘇省和吉林省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。根據(jù)查證國內(nèi)外有關(guān)資料,此施工技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平,在國際上也無此先例。并且相對(duì)其他方法,本工藝更經(jīng)濟(jì)、更安全。通過南京地鐵鼓-玄區(qū)間成功的實(shí)例,筆者認(rèn)為要采用礦山法順利通過軟流塑隧道,應(yīng)堅(jiān)持: (1)在軟流塑地層的隧道施工中,采用上述施工措施,礦山法是一種經(jīng)濟(jì)適用的好方法。 (2)應(yīng)加強(qiáng)過程控制,尤其是注漿施工工藝的控制及防止地下水的大量流失。 (3)應(yīng)加強(qiáng)工作面的封閉,縮短圍巖的暴露時(shí)間,一般一個(gè)循環(huán)作業(yè)時(shí)間控制在8h內(nèi)。 (4)采用臨時(shí)仰拱封閉的措施,對(duì)控制變形發(fā)展有明顯作用,封閉后頂部下沉速率減少約32%,水平收斂速率減少約72%。 (5)注意上下臺(tái)階的間距,臺(tái)階長度應(yīng)控制在一倍洞徑,加強(qiáng)上臺(tái)階拱架的牢靠性,加快下臺(tái)階的拱與上臺(tái)階的成環(huán)速度。 (6)及時(shí)進(jìn)行初支背后孔隙的注漿,一般在初支成環(huán)后5d內(nèi)完成。 (7)嚴(yán)格監(jiān)測施工,初支封閉之前的監(jiān)測頻率不小于2次/d,特殊地段應(yīng)加大頻率。并及時(shí)反饋信息,根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)。 (8)初支變形穩(wěn)定后,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行二襯施工。參考文獻(xiàn)[1]梁炯軍.錨固與注漿技術(shù)手冊(cè)[M].北京:中國電力出版社,1999.[2]候?qū)W淵,錢達(dá)仁,楊林德.軟土工程施工新技術(shù)[M].合肥:安徽科學(xué)技術(shù)出版社,1999.[3]葉觀寶.地基加固新技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.
4.1 大管棚施工4.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 管棚參數(shù):拱部150°范圍設(shè)立管棚支護(hù),注漿加固范圍1.5m,大管棚采用40m長Φ108鋼管,鋼管打孔注漿,漿液采用水泥-水玻璃雙液漿,大管棚搭接長度4m,環(huán)向間距0.30m。 注漿參數(shù):32.5強(qiáng)度級(jí)水泥和水玻璃雙液注漿,水玻璃濃度為Be25~350,模數(shù)2.6,漿液水灰比0.8:1~1:1(根據(jù)實(shí)施效果調(diào)整),水泥漿液與水玻璃的比例為1:1。大管棚施工方案見圖2。4.1.2 施工工藝 (1)為方便管棚施工,必須首先施作管棚工作室。管棚工作室長6m,跨度約為8m,以便于架設(shè)鉆機(jī)、安設(shè)鋼管。工作室挖至區(qū)間隧道標(biāo)準(zhǔn)開挖輪廓線以外0.8m。 (2)為防止40m長管棚偏離輪廓線以外較遠(yuǎn)以及侵入開挖輪廓凈空,必須設(shè)置導(dǎo)向管以控制成孔方向。導(dǎo)向管長度不小于2.0m,采用Φ127mm無縫鋼管加工,經(jīng)精確計(jì)算測量后焊接在鋼拱架上并噴混凝土固定。 (3)管棚采用Φ108×6mm鋼管,截成3~5m,利用車床加工套絲,并且鋼管上加工1cm直徑、40cm×40cm成梅花型布置的孔,以利于注漿。 (4)鉆機(jī)平臺(tái)采用枕木搭建,平臺(tái)滿鋪松木板。根據(jù)管棚孔的位置,分層加高鉆機(jī)平臺(tái)。鉆機(jī)平臺(tái)搭設(shè)好以后進(jìn)行鉆孔,鉆孔順序由高孔位向低孔位進(jìn)行,可縮短移動(dòng)鉆機(jī)與搭設(shè)平臺(tái)時(shí)間,便于鉆機(jī)定位、定向。 (5)管棚孔開孔:開孔前必須檢查設(shè)備,保證設(shè)備狀況良好,對(duì)組合好的鉆具要檢查絲扣聯(lián)接是否緊密,用油壓分離式千斤頂頂進(jìn)法進(jìn)管。為了保證鉆孔精度,開孔段鉆進(jìn)是關(guān)鍵。鉆進(jìn)前10~20m時(shí),要反復(fù)校核鉆桿方向,調(diào)整鉆機(jī)位置,并用羅盤及掛線檢測偏斜無問題后方可繼續(xù)鉆進(jìn)。 (6)利用自制的注漿套管與管棚用套絲連接,注漿套管上準(zhǔn)備有出氣管與進(jìn)漿管,由閥門來控制開關(guān),注漿管示意見圖3。然后安裝20mm塑料管作為排氣管,連接注漿管等各種管路,利用錨固劑封閉掌子面與管棚間的孔隙,防止漏漿。關(guān)閉孔口閥門,開啟注漿泵進(jìn)行管路壓水試驗(yàn),如有泄漏及時(shí)檢修。試驗(yàn)壓力等于注漿終壓。注漿時(shí),采取低壓力中流量注入,注漿過程中壓力逐步上升,流量逐漸減少,當(dāng)壓力升至注漿終壓時(shí),繼續(xù)壓注10min,才結(jié)束注漿。 單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):每段注漿都正常進(jìn)行,注漿終壓達(dá)到設(shè)計(jì)終壓,注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的80%;或雖未達(dá)到設(shè)計(jì)終壓,但注漿量已達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量,即可結(jié)束本孔注漿。 (7)隧道分段施作管棚。首先施工第一段管棚工作室,施作第一段管棚,注漿后進(jìn)行隧道掘進(jìn)。第一段管棚段開挖30m后,進(jìn)行第二段管棚工作室施工及鉆孔,縱向管棚搭接長度4.0m。以此類推,完成管棚超前支護(hù)施工。4.2 小導(dǎo)管施工4.2.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 短導(dǎo)管3m長,Φ32普通水煤氣管,搭接長度1.5m,環(huán)向間距0.30m,漿液采用HC-T凝膠時(shí)間可調(diào)注漿材料,凝膠時(shí)間為20~40min,水灰比0.8:1~1:1,水泥強(qiáng)度為42.5級(jí)。4.2.2 施工工藝 小導(dǎo)管在架立鋼拱架的0.5m開挖,循環(huán)開挖前用風(fēng)槍打入。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控量測結(jié)果,必要時(shí)每榀鋼拱架打一次。小導(dǎo)管從格柵鋼架腹部空間穿過,插入已鉆好的孔中,尾端與鋼架焊接,連為一體。注漿采用2TZG-60/50雙漿液注漿泵由下向上順序進(jìn)行,一次性壓入注漿,漿液采用HC-T凝膠時(shí)間可調(diào)超細(xì)注漿單液漿,水灰比0.8~1.0,初凝時(shí)間20~40min。4.3 掌子面注漿加固4.3.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 長導(dǎo)管采用13m長、直徑Φ42PVC劈裂注漿管,搭接長度4m,間距0.5m×0.5m,邊墻中空錨桿;周邊Ⅰ號(hào)圈孔采用HC-T凝膠時(shí)間可調(diào)注漿材料,凝膠時(shí)間為20~40min,水灰比0.8:1~1:1,水泥強(qiáng)度42.5級(jí)。其余孔采用水泥和水玻璃雙液注漿進(jìn)行。掌子面注漿加固布置見圖4所示。4.3.2 施工工藝 (1)采用潛孔鉆機(jī)鉆孔,鉆孔的垂直度誤差控制在1%以內(nèi)。 (2)孔內(nèi)灌封閉泥漿,待鉆孔到設(shè)計(jì)深度后從孔內(nèi)灌入封閉水泥漿,其作用是封閉單向閥管和鉆孔壁之間的孔隙,迫使從灌漿孔內(nèi)開環(huán),壓出的漿液擠破套殼,注入四周土層。 (3)在封閉泥漿達(dá)到一定的強(qiáng)度后,在單向閥管內(nèi)插入雙向密封注漿芯管進(jìn)行分段注漿。首先增大壓力使?jié){液頂開橡皮套,擠破套殼料,在土體產(chǎn)生劈裂,并沿著裂縫擴(kuò)散,擴(kuò)散范圍受注漿壓力、時(shí)間、漿液配比、土層特征等因素的影響。一般由里向外注漿,達(dá)到一定壓力后,后退一段再注漿,這樣重復(fù)進(jìn)行。注漿完成后,清洗管內(nèi)殘留漿液,以便第二次重復(fù)注漿(PVC管即留在注漿后的土層中)。4.4 開挖支護(hù)施工4.4.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 開挖采用臺(tái)階法施工,臺(tái)階長度2~3m,上臺(tái)階施工時(shí)并設(shè)置臨時(shí)仰拱封閉,臨時(shí)仰拱采用I16工字鋼,噴厚20cmC20混凝土,兩側(cè)各設(shè)置2根Ф32普通水煤氣管長2.5m鎖腳錨桿,鎖腳錨桿置入角度為60°。下臺(tái)階施工時(shí),對(duì)上部鋼架拱腳處,應(yīng)采用跳槽開挖,及時(shí)支撐開挖后的拱腳,先開挖一側(cè)設(shè)置2根Ф32普通水煤氣管長2.5m鎖腳錨桿,鎖腳錨桿置入角度為60°。開挖支護(hù)施工示意見圖5所示。4.4.2 施工工藝 (1)施工中要重視開挖過程中的時(shí)空效應(yīng),就是開挖弧形導(dǎo)坑和架設(shè)格柵拱、噴混凝土要快,連續(xù)作業(yè),一般應(yīng)控制在最短時(shí)間(2~4h)內(nèi)完成。 (2)鋼格柵拱拱腳下鋪設(shè)鋼板,鋼板寬度與鋼拱架匹配,縱向長度50cm,并架設(shè)臨時(shí)仰拱,拱部格柵與臨時(shí)仰拱應(yīng)連接牢固。初期支護(hù)格柵拱的設(shè)計(jì)應(yīng)能達(dá)到等剛度,輔筋的焊接要牢靠,避免局部壓桿失穩(wěn)。臨時(shí)仰拱噴砼封閉,形成整體剛度。臨時(shí)仰拱采用I20a工字鋼,噴25cm厚C20混凝土,仰拱矢高30cm。 (3)上臺(tái)階開挖時(shí),拱腳應(yīng)高出臺(tái)階10~20cm,避免積水,格柵拱腳下應(yīng)鋪40~50cm長的鋼板。同時(shí)在拱腳處兩側(cè)各設(shè)置2根Φ32長2.5m鎖腳錨管,鎖腳錨桿置入角度60°,漿液采用HC-T凝膠時(shí)間可調(diào)超細(xì)注漿單液漿,水灰比0.8~1.0,初凝時(shí)間20~40min。 (4)在拱部兩側(cè)35°~55°處各增設(shè)3根5m長中空錨桿注漿,注漿加固拱腰上方土體,同時(shí)對(duì)初期支護(hù)背后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行充填注漿,以充填初期支護(hù)背后空隙,防止下沉。漿液采用1:0.5~1:1水泥砂漿填充,壓力<0.5MPa。 (5)上臺(tái)階長度應(yīng)控制在一倍洞徑(5~6m),充分發(fā)揮掌子面的空間效應(yīng)。 (6)下臺(tái)階周邊加設(shè)注漿管,注漿管外插3°~5°,盡量控制滲水范圍。 (7)下臺(tái)階開挖前進(jìn)行基底注漿加固,基底注漿加固管采用Φ32普通水煤氣管,長3.5m,環(huán)向間距0.4m,縱向間距1m,在下臺(tái)階開挖前用風(fēng)槍斜向向下30°打入。 (8)下臺(tái)階開挖采用小型機(jī)械挖掘,人工削減周邊輪廓,縮短拱架封閉時(shí)間,盡早成環(huán)。下臺(tái)階施工時(shí),對(duì)上部鋼架拱腳處,應(yīng)采用跳槽開挖,及時(shí)支撐開挖后的拱腳,先開挖的一側(cè),應(yīng)設(shè)置2根Φ32長2.5m的普通水煤氣管鎖腳錨桿,鎖腳錨桿置入角度60°。5 監(jiān)測信息反饋施工 在整個(gè)施工過程中,嚴(yán)格按照動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工、動(dòng)態(tài)管理,要及時(shí)進(jìn)行信息量測與反饋,及時(shí)測量,及時(shí)處理。通過試驗(yàn)段監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,地表累計(jì)最大沉降為40mm,房屋最大沉降5.8mm,日進(jìn)尺平均為0.52m。根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析,引起沉降原因如下:①地表水流失引起的沉降;②開挖過程中土體擾動(dòng)引起的沉降;③基度不穩(wěn)引起的沉降;④上臺(tái)階過長,隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)不能及時(shí)封閉成環(huán);⑤下臺(tái)階施工時(shí),上臺(tái)階鋼拱架拱腳懸空時(shí)間過長,鎖腳錨桿沒有起到支撐鋼拱架的作用;⑥掌子面注漿效果沒有達(dá)到科研設(shè)計(jì)方案要求等。其中,地表水流失引起的沉降是主要原因。 根據(jù)上述情況,說明在施工過程中,只要能有效地改進(jìn)上述施工細(xì)節(jié)或增加臨時(shí)仰拱整體剛度,沉降量會(huì)減小。因此采取了如下的加強(qiáng)措施。 (1)加強(qiáng)掌子面注漿,必要時(shí)加密注漿管。 (2)周邊注漿管外插10°~15°打設(shè),盡量控制滲水范圍。 (3)調(diào)整注漿參數(shù),初支背后加填注漿緊跟,確保初支無明顯漏水。 (4)導(dǎo)洞及時(shí)支護(hù),縮短上臺(tái)階工時(shí)。必要時(shí)在仰拱間噴射砼,形成整體剛度,縮短拱架封閉時(shí)間,盡早成環(huán)。通過采用以上的措施,在后來的施工中,各種監(jiān)測數(shù)據(jù)均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求。6 結(jié)束語 本工程的技術(shù)成果先后獲得江蘇省和吉林省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。根據(jù)查證國內(nèi)外有關(guān)資料,此施工技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平,在國際上也無此先例。并且相對(duì)其他方法,本工藝更經(jīng)濟(jì)、更安全。通過南京地鐵鼓-玄區(qū)間成功的實(shí)例,筆者認(rèn)為要采用礦山法順利通過軟流塑隧道,應(yīng)堅(jiān)持: (1)在軟流塑地層的隧道施工中,采用上述施工措施,礦山法是一種經(jīng)濟(jì)適用的好方法。 (2)應(yīng)加強(qiáng)過程控制,尤其是注漿施工工藝的控制及防止地下水的大量流失。 (3)應(yīng)加強(qiáng)工作面的封閉,縮短圍巖的暴露時(shí)間,一般一個(gè)循環(huán)作業(yè)時(shí)間控制在8h內(nèi)。 (4)采用臨時(shí)仰拱封閉的措施,對(duì)控制變形發(fā)展有明顯作用,封閉后頂部下沉速率減少約32%,水平收斂速率減少約72%。 (5)注意上下臺(tái)階的間距,臺(tái)階長度應(yīng)控制在一倍洞徑,加強(qiáng)上臺(tái)階拱架的牢靠性,加快下臺(tái)階的拱與上臺(tái)階的成環(huán)速度。 (6)及時(shí)進(jìn)行初支背后孔隙的注漿,一般在初支成環(huán)后5d內(nèi)完成。 (7)嚴(yán)格監(jiān)測施工,初支封閉之前的監(jiān)測頻率不小于2次/d,特殊地段應(yīng)加大頻率。并及時(shí)反饋信息,根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)。 (8)初支變形穩(wěn)定后,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行二襯施工。參考文獻(xiàn)[1]梁炯軍.錨固與注漿技術(shù)手冊(cè)[M].北京:中國電力出版社,1999.[2]候?qū)W淵,錢達(dá)仁,楊林德.軟土工程施工新技術(shù)[M].合肥:安徽科學(xué)技術(shù)出版社,1999.[3]葉觀寶.地基加固新技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.
