北京地鐵區(qū)間地層狀況分析及施工措施

1、北京某地鐵區(qū)間地層狀況分析及施工措施摘要:通過對北京地鐵四號線西直門動物園區(qū)間暗挖隧道工程相關(guān)地層特性狀況進行的分析,對在施工過程中采取的注漿加固施工技術(shù)措施作了簡明探討,并根據(jù)具體施工實踐,提出一些體會和建議。關(guān)鍵詞:地鐵,地層,注漿加固,施工技術(shù) 本工程位于北京西城區(qū)西直門外大街,為北京地鐵四號線西直門動物園區(qū)間隧道暗挖工程,埋深約為15.1m,隧道結(jié)構(gòu)類型為馬蹄型標(biāo)準(zhǔn)斷面,其中隧道頂部主要位于卵礫石、粉細砂地層,在施工時需下穿高梁橋基礎(chǔ),其中隧道拱頂距橋樁基礎(chǔ)為11.6m,在施工過程中如何控制施工沉降,確保高梁橋和地面交通的安全,是施工所要達到的最主要目的。1 地質(zhì)概況 根據(jù)鉆孔揭露的地

2、層資料,按照沉積年代、成因類型及巖性名稱,本次勘察深度范圍內(nèi)自上而下可分為人工堆積層、新近沉積層和第四紀(jì)沉積層三大類。第四系沉積以晚更新世沖洪積層為主,現(xiàn)分述如下: 1)人工堆積層。 該層分布于標(biāo)高44.81m51.16m之間,為人工堆積之房渣土層。 2)新近沉積層。 該層分布于人工堆積層下,標(biāo)高43.59m47.76m,為新近沉積的粉土、粉細砂層。 3)第四紀(jì)沉積層。 該層分布于新近沉積層之下,標(biāo)高5.29m48.09m,分別為第四沉積的粉土,標(biāo)高為42.81m48.09m;粉細砂層,標(biāo)高為40.31m43.80m;卵礫石層、中細砂-1層,標(biāo)高為36.14m40.91m;粉質(zhì)粘土、粉土-2層

3、,標(biāo)高為31.29m34.71m;卵礫石,標(biāo)高為29.05m31.29m;粉質(zhì)粘土,標(biāo)高為16.54m22.57m;卵石圓礫層,標(biāo)高為13.65m17.97m;粉質(zhì)粘土,標(biāo)高為5.29m8.29m;卵石圓礫11,標(biāo)高為5.39m8.73m。 地下水主要分為三層:上層滯水、潛水和承壓水,具體情況見表1。2 區(qū)間隧道地層特性分析2.1 地層狀況 本區(qū)間隧道頂板主要位于卵石圓礫層中下部,礫石為亞圓形,級配較好,含細砂約30%,含圓礫約10%,卵石部分最大為9cm,一般為2cm4cm,礫石成分為輝綠巖、砂巖等。屬于級級圍巖。 區(qū)間隧道邊墻穿過的巖土層上部主要為粉質(zhì)粘土層、粉土-2層、卵石圓礫層及中粗砂

4、-1層;下部以卵石圓礫層、中細砂-1層,圍巖分類均屬級級圍巖。 間隧道底板主要位于飽和的卵石圓礫層中部、局部為中細砂-1層、粉土-3層、粉質(zhì)粘土-4層,屬于級級圍巖。2.2 可挖性分析 根據(jù)TB10003-2001鐵路隧道設(shè)計規(guī)范,隧道圍巖基本分級具體劃分見表2。2.3 不良地質(zhì)及穩(wěn)定性評價 1)區(qū)間沿線局部表層人工填土以下為新近沉積層,厚度0.5m7.3m,位于結(jié)構(gòu)頂板以上5m7m,土體尚未密實,施工時的擾動可能會使尚未密實的土體發(fā)生自沉,變化大的甚至?xí)暗降孛?對地面及地表建筑物產(chǎn)生影響,特別是隧道上方西直門高梁橋交通主干道,施工過程必須控制高梁橋橋樁下沉和傾斜,確保橋梁和道路的安全。

5、2)隧道頂部以卵礫石地層為主,圍巖穩(wěn)定性差,在暗挖隧道開挖時無法形成自然力拱,易發(fā)生塌落現(xiàn)象。 3)隧道結(jié)構(gòu)邊墻下部以碎石土和粉砂類土為主,自穩(wěn)能力差,且含有潛水賦存水,容易發(fā)生坍塌現(xiàn)象,隧道結(jié)構(gòu)底部也需注意底鼓和涌砂。 4)在隧道開挖前必須采取超前加固措施,對隧道頂部及邊墻的周邊土體進行加固補強,以確保隧道開挖的安全,控制沉降,從而確保地表橋梁和道路的安全。 3 施工應(yīng)對措施3.1 施工方案 在區(qū)間隧道開挖前擬對地層進行超前深孔注漿加固,超前深孔注漿加固施工的主要目的就是在隧道開挖前通過超前深孔注漿,對隧道開挖的拱部、側(cè)墻2m范圍以及兩隧道中間土體進行加固,形成具有一定抗壓強度和支承能力的支

6、護結(jié)構(gòu),為隧道的開挖施工創(chuàng)造較好的施工條件,確保隧道開挖過程高架橋的結(jié)構(gòu)安全以及隧道結(jié)構(gòu)安全。 超前深孔注漿每循進尺14m,后序注漿段均預(yù)留4m已注漿段作為止?jié){巖盤(見圖1)。在鉆孔施工過程中先進行外圈鉆孔注漿施工,后進行內(nèi)圈孔鉆孔注漿施工,間隔鉆孔注漿。3.2 施工工藝及注漿材料的選擇3.2.1 施工工藝 考慮到在砂卵地層鉆孔過程中易塌孔、易卡鉆桿等困難,為了達到理想的注漿加固效果,采用前進式鉆孔注漿的施工工藝。前進式分段注漿工藝具體過程是:首先采用水平地質(zhì)鉆機成孔,開孔后安裝孔口管,在孔口管內(nèi)分段向前鉆注施工。每一循環(huán)進尺控制在2m3m,成孔后退出鉆桿,安裝法蘭盤及注漿管進行注漿,待漿液凝

7、固后拆除法蘭盤,再進行鉆孔如此循環(huán),直到鉆進深度達到設(shè)計要求。3.2.2 注漿材料選擇 由于本工程具有需對土體進行永久加固、且地層中含有潛水滯水等情況,施工中選擇使用TGRM特種水泥單液漿作為注漿材料。3.3 施工步驟3.3.1 確定孔位 根據(jù)需加固土體范圍以及現(xiàn)場實際作業(yè)條件,工程測量人員測量出施工現(xiàn)場具體的孔位位置,用噴漆在現(xiàn)場做好標(biāo)記,鉆孔位置與設(shè)計位置的偏差不宜大于50mm。3.3.2 鉆孔 根據(jù)已經(jīng)進行的測量定位,使用MK-5S地質(zhì)鉆機成孔,測量人員根據(jù)設(shè)計要求二次校正鉆孔角度,孔徑為76mm。要求成孔角度偏差小于±1°。鉆孔要進行分層、分序施工。 鉆孔順序為:先

8、進行外圈鉆孔注漿施工,后進行內(nèi)圈孔鉆孔注漿施工,間隔鉆孔注漿。3.3.3 制漿 根據(jù)現(xiàn)場地層情況及注漿材料的特性,通過現(xiàn)場實驗,TGRM單液漿配合比確定如表3所示。制漿時使用不小于200rad/min的制漿機,攪拌時間不低于5min,在出漿孔部位設(shè)置過濾網(wǎng)。3.3.4 注漿 注漿采取“定壓、定量”雙控制的原則。每段注漿壓力控制在0.3MPa,以保證漿液能充分?jǐn)U散。在注漿過程中如果出現(xiàn)壓力達不到設(shè)計要求,跑漿、串漿等嚴(yán)重的問題,可采取換孔作業(yè),待漿液略微初凝后再補注。 注漿過程中應(yīng)密切注意監(jiān)測及反饋注漿部位地面的變化情況,若發(fā)現(xiàn)地層有串漿或加速形變跡象要及時停止注漿,分析原因。4 結(jié)語 1)卵礫石層、粉細砂層是北京地鐵暗挖工程中比較普遍的地層,該地層圍巖穩(wěn)定性差,特別是在賦存水的情況,特別不利于開挖,容易發(fā)生坍塌,因此在開挖前必須采取措施,而超前深孔注漿是較為有效的措施之一。 2)該區(qū)間工程通過超前深孔注漿,有效地加固了隧道頂部及兩側(cè)土體,為開挖提供有利的條件,從而有效控制了沉降,保證了地面建筑物(構(gòu)筑物)的安全。 3)本工程使用新型的注漿材料