注漿在地鐵礦山法隧道中的應用_工程管理

1、注漿在地鐵礦山法隧道中的應用討論目的:隨著我國城市軌道交通的快速進展,在城市地鐵中按噴錨構筑法原理進行設計和施工的淺埋暗挖礦山法隧道越來越多,本文旨在分析在礦山法隧道中各種幫助施工措施的特點、適用條件。討論方法:通過對多個礦山法隧道的調(diào)查討論,對不同文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境下的注漿措施進行分析對比和總結。討論結論:在城市地鐵中的礦山法隧道,需依據(jù)工程的周邊環(huán)境、隧道埋置深度、工程及水文地質(zhì)條件、隧道斷面尺寸,結合隧道施工的基本工法,選擇合理的注漿參數(shù),對地層及圍巖進行必要的加固和止水,不但可以避開較多的施工風險,節(jié)省工程投資,而且還可以削減對周邊環(huán)境的影響及破壞,滿意工期的要求。隨著我國城市軌道交

2、通的快速進展,采納礦山法施工的隧道越來越多。在人口密集、交通繁忙、建筑物集中的地段采納何種幫助施工措施,對降低工程造價、削減對周邊環(huán)境的影響至關重要。1 地鐵礦山法隧道所處的環(huán)境及特點礦山法施工的不少地鐵隧道,由于埋深淺,處于第四系各種土層、砂層或巖石全、強風化的脆弱圍巖中;一般地下水位較高,地下水豐富,且多位于繁華都市區(qū),地面道路縱橫交叉,建筑物密集,地下管線眾多,地面沉降掌握嚴格;因此,在礦山法隧道設計和施工中選擇合理的幫助施工措施,對圍巖進行加固和止水,以保證隧道的施工平安和削減對周邊環(huán)境的影響。在眾多幫助工程措施中,本文主要針對注漿措施的特點、適用條件及應用綻開論述,為在礦山法隧道中采

3、納注漿措施供應參考。2 注漿注漿是通過外界壓力將漿液壓入到土體中,經(jīng)滲透及劈裂作用,使土體粒子間的水或空氣被強行排擠出加固范圍之外,并充填土粒之間的空洞、孔隙;利用膠凝材料將四周的土粒膠接為一個整體;改善土體的物理力學性能,提高土體強度和地層的整體穩(wěn)定性,降低地層的滲透性,堵斷地下水滲透的通路;從而保證隧道在開挖后地層的穩(wěn)定,保證施工及四周環(huán)境的平安。2.1 注漿工藝依據(jù)漿液與土體的相互作用方式,一般可分為滲透注漿、壓密注漿、劈裂注漿3大類,其特點如下:2.1.1 滲透注漿漿液將土中的自由水和氣體排擠出去,通過充填裂隙或空隙,膠結四周土體,形成較密實的固化體,從而提高土層的抗壓強度和抗?jié)B性。滲

4、透注漿不會引起土體體積大的變化。當?shù)貙訛樯皩?、卵石層、碎石土等第四系地?滲透系數(shù)大于10-4cm/s)時,宜采納滲透注漿方式。2.1.2 劈裂注漿液在較高的壓力下,注入到孔隙率較小的地層中。漿液在高壓力作用下,沿地層的結構面產(chǎn)生劈裂流淌,在地層中形成脈、網(wǎng)狀分布。不規(guī)章的脈、網(wǎng)狀固結物和由于漿液壓力而擠密的土體構成復合地層,從而具備肯定的承載力量和止水力量。當?shù)貙訛檎承酝恋貙?、埋深較大、滲透系數(shù)較小(小于10-5cm/s) 時,宜采納劈裂注漿方式。2.1.3 壓密注漿采納有肯定稠度或速凝型的漿液,通過壓力對土體產(chǎn)生壓密效應,從而改善土體的物理力學性能,其固結體在土體中一般呈似球體或塊體狀分布

5、。壓密注漿主要用于地基加固中,對于礦山法隧道中的注漿加固地層及止水,主要為滲透注漿和劈裂注漿2種方式。在實際注漿中,漿液往往是以多種運動方式作用于土體的,僅以某種單一方式作用于土體的狀況幾乎很少。因此,平常的設計和施工中,所謂的滲透注漿或劈裂注漿,是指注漿過程中,漿液以滲透形式為主,或以劈裂方式為主的注漿方式,往往會伴有其它方式的發(fā)生。2.2 注漿工藝依據(jù)注漿工藝的不同,可以分為花管注漿、套管注漿、埋管注漿等幾種形式。2.2.1 花管注漿注漿主要通過鉆機鉆孔后,插入注漿花管進行注漿,此種注漿是采納全孔一次性注漿方式,注漿孔孔徑一般為4070mm,此種注漿主要用于注漿段不長的狀況。2.2.2 套

6、管注漿套管注漿也叫袖閥管注漿。當鉆孔到設計深度后,從鉆桿中灌入封閉泥漿,并在封閉泥漿中插入塑料單向袖閥管,在塑料管中插入雙向密閉注漿芯管再進行注漿。此種注漿是采納全孔分段注漿方式,分段長度一般為23m一段;注漿鉆孔孔徑一般為70110mm,注漿袖閥管直徑一般為4080mm。該工藝的特點是能很好地掌握漿液的凝固時間和集中范圍,對不同地層和地段,可采納不同的注漿壓力、注漿量及漿液類型。2.2.3 埋管注漿埋管注漿是通過埋設密封管和特制注漿芯管,將漿液注入地層,以達到加固地層的目的。此種注漿工藝主要用于跟蹤注漿技術,對于隧道中加固地層及止水則較少使用,而是主要用于隧道施工中引起周邊建(構)筑物的沉降

7、后的補救措施。2.3 漿液類型主要采納的注漿材料為水泥漿或水泥-水玻璃漿液。純水泥漿的成本較低,流淌性較好,結石強度較高,可灌性也較好,但析水率較大,穩(wěn)定性較差,結石率較低,早期強度一般較低,凝聚時間較長,一般需添加早強劑;水泥-水玻璃漿液除具有水泥漿的全部優(yōu)點外,還兼有某些化學漿液的優(yōu)良性能,凝聚時間可以調(diào)整,能可較好地掌握漿液的集中半徑,結石強度較高。一般當隧道在地下水位以下、地下水具有肯定的流淌性、地層的滲透系數(shù)和空隙率較小時可采納水泥-水玻璃漿液;依據(jù)地層狀況,為了提高漿液的可灌性,也可以考慮采納超細水泥-水玻璃漿液;當位于地下水位以上,孔隙率較大時可采納水泥漿。2.4 注漿壓力注漿壓

8、力是用漿液進入地層孔隙及裂隙的一種動力,依據(jù)不同的注漿類型、地質(zhì)條件和周邊環(huán)境不同而不同。一般說來,注漿壓力肯定要大于地層的水壓力、地層壓力等各種阻力值的總和。從漿液集中效果方面考慮,注漿壓力大,集中范圍越大,注漿孔可相應削減,注漿速度提高;但注漿壓力過大會造成竄漿,集中至設計注漿范圍以外,既鋪張材料,并且可能造成地面超標準的隆起,影響周邊建(構)筑物、地下管線的平安。確定合適的注漿壓力,從理論上講是很困難的,由于影響的因素較多,如工程及水文地質(zhì)條件、漿液類型、注漿工藝、埋置深度等。通常,注漿壓力設計依據(jù)閱歷選取,并通過現(xiàn)場試驗確定;其中,滲透注漿的終壓力一般應大于靜水壓力的23倍。2.5 注

9、漿孔的布置布孔原則是使?jié){液集中范圍相互重疊,避開消失“盲區(qū)”,造成隧道開挖時涌水或坍塌。漿液的集中半徑一般隨滲透系數(shù)的增大而增大,由于地質(zhì)條件的簡單多變,理論計算的半徑參數(shù)不易選準,又因有多種地層,各地層的參數(shù)各不相同,經(jīng)常偏差較大,設計時可采納工程類比,并依據(jù)現(xiàn)場試驗選取合理的注漿集中半徑。一般采納滲透注漿時,注漿孔間距為0.51.0m;劈裂注漿時,注漿孔間距為0.82.0m。2.6 注漿分類及應用主要為洞內(nèi)深孔注漿、洞內(nèi)淺孔注漿、地面注漿等3種注漿類型。2.6.1 洞內(nèi)深孔注漿主要用于地面無注漿條件的狀況。每個注漿循環(huán)長度約2040m,開挖肯定距離,留約3.05.0m左右作為下一循環(huán)的止?jié){

10、墻。注漿范圍一般為隧道開挖范圍外2.04.0m線范圍內(nèi)土層和全、強風化巖層,加固體抗?jié)B系數(shù)一般要求達到10-5cm/s,做到隧道在開挖過程中僅有極少量滲水,不能形成有危害性的滲流。深圳地鐵一期工程的老大區(qū)間隧道,隧道所處地層主要為花崗巖的殘積層(礫質(zhì)粘土層)。當2號豎井向兩端進行暗挖隧道施工中,豎井東端隧道拱部施工進至8m時,掌子面土石分界線位置消失涌泥、涌砂現(xiàn)象,施工受阻;2號豎井以西段拱部施工進至7m時,亦在掌子面土石分界線位置消失始終徑約20cm的孔洞,地下水攜帶粗砂急速涌出。經(jīng)分析,由于地層含水量較高的,且水壓較大,超前小導管注漿效果差,地下水從支護缺陷處滲出,形成潛蝕,最終擴大涌出。

11、從現(xiàn)場實際施工狀況看,砂質(zhì)粘土層及花崗巖全風化層透水性強,尤其是礫質(zhì)粘土層性質(zhì)變化大(可認為是“似土非土、似砂非砂、似石非石”,是一種特別的不良地質(zhì)),干燥狀態(tài)下穩(wěn)定性好、硬度大,但在含水狀態(tài)下,施工開挖及支護擾動后快速軟化成泥漿,且長時間不易失水干燥;同時由于地表水補給充分(緊鄰布吉河),地下水滲出量比估計的要大,采納單一的超前小導管注漿較難阻擋地下水滲入坑道和保證掌子面的穩(wěn)定。為保證隧道施工平安,在豎井兩端各100m范圍內(nèi)采納洞內(nèi)深孔注漿加固地層及止水措施。加固范圍為隧道開挖輪廓線外3.0m線以內(nèi)的土層和全風化層;漿液為水泥-水玻璃漿液;漿液集中半徑為80cm,梅花型布置;注漿壓力為初壓0

12、.30.4MPa,穩(wěn)壓:1.21.5MPa;水灰比為11,水玻璃濃度:30°Be,模數(shù):2.6;注漿采納分段長套管護壁后退式注漿工藝(袖閥注漿),主要采納劈裂注漿方式。每個注漿段長35.0m,每兩個注漿段的搭接長度為4.0m;注漿挨次為先隧道周邊后中間,隔孔交替注漿。地層注漿后,漿液在土體中集中呈樹枝狀分布,局部有1020mm厚度的薄片狀漿液凝固分布在土體中,凡是空隙處與薄弱處都布滿了漿液的凝固體。由于較好地掌握了注 漿壓力,未對地表產(chǎn)生超標準的隆起。開挖過程掌子面基本無水,土層自穩(wěn)力量較好,未發(fā)生任何的涌泥、涌砂現(xiàn)象和坍塌現(xiàn)象;施工進度加快,起到了預期的目的。2.6.2 洞內(nèi)淺孔注

13、漿當隧道局部或小范圍地層較差時,不需要大范圍實行加固地層和止水措施時,可以考慮洞內(nèi)局部淺孔注漿加固和止水,而不采納洞內(nèi)全斷面深孔注漿。深圳地鐵一期工程的國老區(qū)間隧道,該段位于深南東路及百貨廣場房屋下方,為單洞雙層重疊隧道,隧道上半部為粉質(zhì)粘土(花崗片麻巖的殘積層),隧道分4個臺階開挖。在施工過程中,作為相對隔水層的粉質(zhì)粘土孔隙較多,遇水極易軟化,自穩(wěn)力量極差,施工過程中不間斷有小股水流出;因開挖卸載,使圍巖產(chǎn)生松弛變形,增大了地層的透水性,因而在隧道拱腰及掌子面時常消失局部坍落,并伴有突水、突泥的現(xiàn)象。為保證隧道開挖平安、削減平安隱患和掌握地面沉降,在隧道開挖施工約15.0m后,打算對該段隧道

14、洞內(nèi)第一臺階采納洞內(nèi)淺孔注漿加固地層及止水措施。加固范圍主要是針對掌子面內(nèi)的地層;漿液為水泥-水玻璃漿液;漿液集中半徑R=0.50.6m;注漿孔孔底間距為0.40.8m,梅花型布置,周邊孔密,中間孔稀;注漿壓力為初壓0.1MPa;穩(wěn)壓:0.3MPa;注漿采納42鋼花管進行注漿。鋼花管長5.0m,每次注漿段長度5.0m,開挖4.0m;主要采納滲透注漿,局部加大壓力采納擠壓劈裂注漿方式。地層在注漿后,開挖過程掌子面基本無水,土層自穩(wěn)力量較好,未發(fā)生局部坍落及突水、突泥現(xiàn)象,保證了施工平安;施工進度加快,起到了預期的目的。2.6.3 地面深孔注漿地面注漿與洞內(nèi)注漿相比,具有施工場地相對較開闊,施工條

15、件較好,注漿施工質(zhì)量能得到肯定的保障。地面注漿加固地層可比洞內(nèi)開挖先期進行,施工干擾較少,對施工工期較有利。但當?shù)孛娼ㄖ锩芗⒌叵鹿芫€較多時,地面注漿較難實施;在城市中施工,有時還會產(chǎn)生肯定的環(huán)境污染。深圳地鐵一期工程的國老區(qū)間在SK1+600SK1+645段為暗挖的單洞雙層隧道,此段隧道上部為素填土、粉質(zhì)粘土、礫砂及凝灰?guī)r的全、強風化層;同時整體處于F4壓扭性斷層中,其寬度約為40m,斷層帶巖性為斷層糜棱巖、斷層泥和斷層角礫,局部含大量斷層泥、構造角礫巖及構造透鏡體;地下水豐富,補給快,地質(zhì)條件非常惡劣;該段上部的華中酒店基礎樁基須進行托換,華中酒店未托換的塔樓樁距隧道邊不足1m,四周深南路人行天橋為淺基礎,位于隧道頂部。為了防止隧道施工期間發(fā)生較大的地表沉降和四周地下水流失對華中酒店和人行天橋產(chǎn)生危害,同時加強樁基基礎強度,對該區(qū)段采納地面注漿加固措施。注漿范圍為隧道中線兩側(cè)各8.5m,立面為隧底開挖線以下3.0m至地面以下3.0m線;漿液集中半徑:R=120cm;注漿孔間距:150cm,梅花型布置;注漿壓力:初壓0.5MPa、穩(wěn)壓:1.82.0MPa;漿液為超細水泥-水玻璃漿液,水灰比11,水玻璃濃度:35