巖溶地層中盾構(gòu)隧道施工

1、巖溶地層中的盾構(gòu)地道施工(精)巖溶地層中的盾構(gòu)地道施工(精)巖溶地層中的盾構(gòu)地道施工(精)巖溶地層中的盾構(gòu)地道施工大綱:研究目的:巖溶地層中采用盾構(gòu)法施工在國(guó)內(nèi)尚屬首次。盾構(gòu)掘進(jìn)中可能發(fā)生盾構(gòu)機(jī)栽頭、塌陷,地層大量失水、坍塌,嚴(yán)重差別沉降而致地道構(gòu)造破壞等事故。對(duì)溶洞的空間分布、大小及充填情況,溶洞辦理,盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)措施3個(gè)方面進(jìn)行深入研究,并組織精心設(shè)計(jì)、精心施工,以保證施工及運(yùn)營(yíng)安全。研究方法:采用多種勘查手段解析巖溶地層,充分側(cè)重盾構(gòu)機(jī)及盾構(gòu)施工的特點(diǎn),比選、優(yōu)化設(shè)計(jì)施工方案。研究結(jié)果:順利完成巖溶段盾構(gòu)地道施工,考據(jù)了勘查及加固方案,填充了國(guó)內(nèi)的空白。研究結(jié)論:綜合運(yùn)用多種探測(cè)方法對(duì)探

2、明溶洞的分布很有見效;依照盾構(gòu)施工特點(diǎn)擬定地層加固方案并有效推行以及對(duì)盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)并采用相應(yīng)的掘進(jìn)技術(shù)措施都是合適的。重點(diǎn)詞:廣州地鐵;巖溶地層;盾構(gòu)施工廣州軌交通5號(hào)線草暖公園小北站區(qū)間,在F1、F2兩斷裂帶間地石炭系灰?guī)r地層149.105m(YCK7+903.505-YCK8+052.610)范圍內(nèi),詳勘階段有7個(gè)鉆孔揭穿存在溶洞。但由于鉆探孔間距(約2040m)過(guò)大,未能完滿揭穿溶洞的大小、分布及充填物的物理力學(xué)性質(zhì)。經(jīng)對(duì)草暖公園小北站區(qū)間整體地質(zhì)與環(huán)境的綜合解析,確定其區(qū)間地道(埋深22.8624.30m)采用土壓平衡盾構(gòu)施工,而在巖溶地層中采用盾構(gòu)法施工在國(guó)內(nèi)外尚屬首次

3、。盾構(gòu)掘進(jìn)中可能發(fā)生盾構(gòu)機(jī)栽頭、塌陷,地層大量失水、坍塌,嚴(yán)重差別沉降而致地道構(gòu)造破壞等事故。為保證施工及運(yùn)營(yíng)安全,對(duì)溶洞的空間分布、大小及充填情況,溶洞辦理,盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)措施3個(gè)方面進(jìn)行深入研究,并組織精心設(shè)計(jì)、精心施工。運(yùn)用多種勘查方法,探明溶洞情況依照目前可行的勘探手段,為的確探明溶洞的分布與填充情況,擬定以鉆探為主、多種方法綜合運(yùn)用的探測(cè)方案。即:高密度電阻率法地面物探(整體探查溶洞分布情況)加密鉆孔(直觀掌握溶洞及充填物情況)電磁波深孔CT(在鉆孔間加密剖切面勘查,判斷界線)綜合判斷后結(jié)合注漿孔部署補(bǔ)孔探測(cè)。1.1高密度電阻率法物探對(duì)YCK7+880YCK8+035范圍內(nèi)縱向進(jìn)行探測(cè)

4、,共設(shè)計(jì)物探剖面6條,剖面長(zhǎng)均為177m(詳見圖2)。每條剖面均有2個(gè)基點(diǎn)控制。勘探的結(jié)果表示,本區(qū)地下有4處巖溶發(fā)育區(qū)(見圖1)。據(jù)其成就將勘探范圍劃分為5個(gè)地域單元進(jìn)一步深入勘探。1.2補(bǔ)充鉆孔勘探在勘探地域內(nèi),分別在距離左右線地道外側(cè)3m處、區(qū)間地道中線上和左右兩地道中間地址部署5列、25排鉆孔。每一排鉆孔的間距約為5m,布孔124個(gè)(其中技術(shù)孔37個(gè)),共計(jì)鉆孔長(zhǎng)度4109m。(見圖2)。因地道底板埋深22.8624.30m,位于左右線區(qū)間地道中心線地址的2列鉆孔設(shè)計(jì)深度原則為35m,別的3列鉆孔設(shè)計(jì)深度原則為30m,有溶洞的鉆孔要鉆至溶洞底下23m。在鉆探施工過(guò)程中1,正確、詳細(xì)記錄

5、異常現(xiàn)象(如縮孔、坍孔、漏水、冒水、掉鉆及遇到洞窟等)及其發(fā)生的地址和嚴(yán)重程度,描述溶洞空間大小、分布等。把探到有溶洞的鉆孔作為技術(shù)孔,采用土樣37件、巖樣22件、水樣2件、標(biāo)貫試驗(yàn)111次、測(cè)量地下水位248次,并抽水實(shí)驗(yàn)估計(jì)溶洞水流量。編制了詳細(xì)的勘報(bào)告,作縱剖面圖5個(gè)、橫剖面圖24個(gè)、投影圖2個(gè)(地道頂3m至地道頂,地道底至地道底5m),并作平切面圖7個(gè)(分別為地道上3m,地道頂、中、底,地道下1m、3m、5m)。1.3電磁波深孔CT物探CT相鄰孔對(duì)間距5m,共27對(duì),孔深35m,各C鉆孔的終孔高程一般應(yīng)基本一致,若在預(yù)定終孔深度處為溶洞時(shí),鉆孔深入溶洞地板3m,孔徑不小于75mm。CT

6、剖面與地鐵地道中心線呈約70斜交,使地道的勘探剖面間距加密為2.5m左右。實(shí)測(cè)工作中在巖溶發(fā)育異常復(fù)雜地段另增加了5條CT剖面,故實(shí)質(zhì)共完成CT剖面27條,發(fā)射孔與接收孔的間距26.1m定點(diǎn)發(fā)射點(diǎn)數(shù)5個(gè),各探孔內(nèi)的動(dòng)點(diǎn)察看間距為1.0m,出現(xiàn)的異常特點(diǎn)加密定點(diǎn)發(fā)射點(diǎn)距與點(diǎn)數(shù),實(shí)測(cè)探測(cè)點(diǎn)11137個(gè)。為盡可能利用鉆探孔,在每個(gè)地域單元內(nèi)應(yīng)先鉆外側(cè)2列的孔,并進(jìn)行孔間跨孔CT物探,此后按一般鉆孔的序次進(jìn)行。采用跨孔電磁波透視對(duì)隱伏巖溶進(jìn)行探測(cè),填充了勘探鉆孔網(wǎng)點(diǎn)罕見的不足,經(jīng)過(guò)CT資料解析,即自上而下可分為土層軟土CT異常帶、淺部巖溶CT異常帶和較深部巖溶CT異常,巖溶發(fā)育擁有豎向分帶差別。較深部

7、巖溶異常帶擁有異常強(qiáng)、規(guī)模大、呈“串珠狀”豎向分布等特點(diǎn)。1.4探測(cè)成就綜合解析判斷經(jīng)過(guò)對(duì)鉆探、高密度電阻率、深孔CT物探勘探成就的綜合研究分析,較深入地掌握了溶洞及充填情況。溶洞分布探明的溶洞分布在左線(ZCK7+928-ZCK8+019)91m、右線(YCK7+920-YCK8+025)105m的區(qū)間內(nèi)。溶洞分布主要特點(diǎn)以下:溶洞規(guī)模大但分布較集中。124個(gè)鉆孔中有70個(gè)鉆孔揭穿有溶洞,大小總計(jì)167個(gè),其中大于3.50m的27個(gè),占總數(shù)量的16%;探到溶洞最大高度18.30m(D02),最深溶洞底標(biāo)高為-31.44m;溶洞多呈串珠狀,層數(shù)為112層,以24層為最多。平面上主要分布于二、三

8、、四區(qū),占揭示到溶洞鉆孔的95.7%;在剖面上溶洞分布在標(biāo)高為5.35-31.44m范圍內(nèi),位于地道構(gòu)造頂板以上3m及地道構(gòu)造底板以下3m范圍內(nèi)揭示到有溶洞的鉆孔有56個(gè),占80%。溶洞層間巖板厚小于3.00m為主,約占2/3,大于3.00m約占1/3。裂隙發(fā)育,溶蝕強(qiáng)烈,如圖4所示。溶洞充填物特點(diǎn)依照鉆進(jìn)過(guò)程中鉆桿下落、返水情況及芯樣特點(diǎn)綜合解析判斷溶洞的充填物及空洞、半充填、全充填情況。大于等于3.50m的27個(gè)溶洞中,4個(gè)為無(wú)充填物,占15%,其余均為半充填及全充填;小于3.50m的140個(gè)溶洞中有72個(gè)無(wú)充填物,占51%。溶洞充填物較為復(fù)雜,主要有粘土、中粗砂、灰?guī)r碎塊、巖屑等。依照充

9、填物特點(diǎn)及其物理力學(xué)性質(zhì)、圍巖的飽和單軸抗壓強(qiáng)度,判斷充填物及圍巖的承載力特點(diǎn)值。地下水的賦存本場(chǎng)所地下水的賦存方式及水力特點(diǎn)為孔隙潛水及基巖裂隙水?？紫稘撍饕x存在第四系松弛沖積層中;基巖裂隙水主要賦存于基巖中的溶洞及裂隙中,靠大氣降水及上層地下水的補(bǔ)給,涌水量大小及徑流規(guī)律受地質(zhì)構(gòu)造及裂隙以及巖溶洞隙的連通性控制。溶洞辦理的設(shè)計(jì)與施工2.1溶洞辦理的設(shè)計(jì)原則與重點(diǎn)盡量防范盾構(gòu)機(jī)突陷等事故及地道構(gòu)造后期沉降過(guò)大盾構(gòu)機(jī)本體重320,t長(zhǎng)12m,其重心在前3.2m處。掘進(jìn)時(shí)地道底部若突現(xiàn)大于3.2m以上的空洞或極柔弱地層可能致使盾構(gòu)機(jī)栽頭或塌陷。辦理的重點(diǎn)是地道下部填充物為淤泥、松弛砂層、軟塑

10、狀泥炭質(zhì)粘土(承載力4080kPa)的溶洞,辦理深度為隧底5m。對(duì)地道中線底部,采用袖閥管水泥漿注漿加固。利用補(bǔ)充鉆探孔并將注漿孔間距加密至2.5m。防范地表塌陷和過(guò)大沉降地道洞身周圍3m范圍內(nèi)的溶洞要密實(shí)充填并注漿固結(jié),有利于建立土壓平衡,防范坍塌;要對(duì)辦理區(qū)與外界開放連通的主要地下水裂隙通道進(jìn)行封閉,防范大量失水以減少地表沉降。滿足永久地道構(gòu)造的承載力、變形、防水要求2溶洞填充物和灰?guī)r承載力有很大的差別。經(jīng)過(guò)對(duì)地層進(jìn)行辦理,提高填充物的承載力,減小不同樣地層之間的差別沉降,減少管片滲漏,以滿足地鐵正常運(yùn)營(yíng)。全填充溶洞注漿擴(kuò)散半徑3當(dāng)填充物為粘土、粉質(zhì)粘土和泥炭質(zhì)土?xí)r依照11.5m設(shè)計(jì),填充

11、物為砂、碎塊時(shí)依照3m設(shè)計(jì)。檢重視點(diǎn)4結(jié)合盾構(gòu)施工特點(diǎn),注漿加固見效的檢重視點(diǎn)以加固體強(qiáng)度及地基承載力控制為主。2.2溶洞辦理施工溶洞辦理施工序次全區(qū)先對(duì)周圈開放連通的裂隙通道封閉注漿,此后辦理中間地域,以保證注漿見效,減少注漿損失。先加固水源一側(cè)(湊近越秀山一側(cè)),增加速凝劑,以保證注漿效果。中間地域補(bǔ)充孔跳躍施工,以防范跑漿、竄漿現(xiàn)象。先對(duì)無(wú)填充、半填充溶洞填砂辦理,此后再進(jìn)行其余溶洞注漿填充辦理。施工方法及工藝無(wú)填充溶洞和半填充溶洞辦理對(duì)大于2m以上的無(wú)填充溶洞和半填充溶洞,在原鉆孔周邊(約0.6m)補(bǔ)鉆一個(gè)127的投砂孔,填砂辦理,后采用注漿加固的方法;對(duì)小于2m的無(wú)填充溶洞和半填充溶

12、洞,直接注漿填充。全填充溶洞辦理采用壓力注漿的方法進(jìn)行填充加固,注漿壓力從低到高,間歇、屢次壓漿。主要采用PVC袖閥管注漿工藝。注漿資料3周邊孔:純水泥漿+速凝劑;中央孔:純水泥漿。注漿停止標(biāo)準(zhǔn)依照設(shè)計(jì)的要求,注漿停止采用了雙重標(biāo)準(zhǔn):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。注漿加固見效檢查檢測(cè)方法采用鉆孔取芯,作抗壓試驗(yàn)為主,抽水試驗(yàn)為輔(左右線各作1個(gè),盡量設(shè)在換刀地址);溶洞填充物為砂層,作浸透系數(shù)試驗(yàn)。檢測(cè)標(biāo)淮地道周邊加固范圍:試塊無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度0.3MPa;地道中心加固范圍:試塊無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度0.5MPa;浸透

13、系數(shù)1.010-7cm/s。檢測(cè)結(jié)果共取9個(gè)檢測(cè)孔,試樣指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。盾構(gòu)機(jī)性能的改進(jìn)與掘進(jìn)技術(shù)措施3.1對(duì)盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)的重要改進(jìn)為適應(yīng)本區(qū)間困難的地質(zhì)條件,對(duì)盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)作了重要改進(jìn),使用目前國(guó)內(nèi)性能最好的盾構(gòu)機(jī)施工。刀盤驅(qū)動(dòng)功率由945kW增至1200kW,并改進(jìn)了扭矩特點(diǎn)曲線,使盾構(gòu)機(jī)在較高轉(zhuǎn)速下扭矩獲取較大提高。采用重型刀座及刀具,滾刀配置到40刃,減小刀間距加強(qiáng)了破巖能力5。在盾構(gòu)機(jī)正面區(qū)設(shè)置了4個(gè)鉆探注漿孔,配置30m自動(dòng)鉆探鉆機(jī),可對(duì)地道斷面內(nèi)推行超前鉆探地質(zhì)預(yù)告與注漿加固。螺旋輸送機(jī)設(shè)置雙閘門出土口并預(yù)留接口,在水壓大時(shí)采用保壓泵碴裝置出碴。3.2主要掘進(jìn)技術(shù)措施嚴(yán)格控制盾構(gòu)

14、機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)盾構(gòu)機(jī)刀盤切削面地層軟硬不均,方向不簡(jiǎn)單控制。依照給定的同意偏差值進(jìn)行控制,當(dāng)湊近偏差值時(shí)及時(shí)調(diào)整,糾正于渺小偏差之時(shí)。掘進(jìn)過(guò)程中保持正確姿態(tài)。對(duì)富水地域進(jìn)行盾構(gòu)超前鉆探并采用雙液漿加固溶洞地層。盾構(gòu)機(jī)經(jīng)過(guò)時(shí)若是水壓大,啟動(dòng)保壓泵裝置,防范大量失水以保證地道上方建筑物的安全。掘進(jìn)判斷掌子面的巖層和地下水量情況,當(dāng)掌子面巖層堅(jiān)固,地下水量不大,開倉(cāng)檢查和更換刀具,必要時(shí)采用帶壓作業(yè)。足量同步注漿,并及時(shí)進(jìn)行二次雙液注漿,對(duì)地下水通道進(jìn)行封堵,堅(jiān)固管片。施工實(shí)況簡(jiǎn)述4.1地層加固2006年56月按設(shè)計(jì)完成地層加固施工,注漿時(shí)引起地面?zhèn)€別點(diǎn)上鼓,其余優(yōu)異。4.2盾構(gòu)掘進(jìn)工期與進(jìn)度左線于20

15、06年7月21日8月8日共18d完成巖溶段91m的盾構(gòu)掘進(jìn),平均每天掘進(jìn)約5m;右線共用22天完成,平均每天掘進(jìn)4.8m。掘進(jìn)描述整體上順利經(jīng)過(guò)了巖溶段的掘進(jìn)。采用控制貫入量、加強(qiáng)同步注漿等的謹(jǐn)慎掘管理,但總推力仍較大,刀具更換很多;推進(jìn)過(guò)程中揭穿整體充填加固見效優(yōu)異,未發(fā)生盾構(gòu)機(jī)塌陷,但隧頂有局部坍塌發(fā)生;主要地下水通道獲取封堵,部分段落地下水仍較大,掘進(jìn)中予以及時(shí)注漿充填封堵。主要掘進(jìn)參數(shù)據(jù)盾構(gòu)機(jī)PLC的記錄,經(jīng)歸納后可分為以下2類:硬巖及軟硬不均區(qū)土倉(cāng)壓力:0.50.8MPa;轉(zhuǎn)速2.32.5rpm;貫入量10mm/r左右;扭矩25003200kNm;總推力1000013000kN。較軟或全斷面為充填物加固區(qū)土倉(cāng)壓力:0.6MPa;轉(zhuǎn)速2.0rpm;貫入量25mm/r左右;扭矩2000kNm;總推力70009000kN。結(jié)論應(yīng)用多種探測(cè)方法,對(duì)勘探結(jié)果進(jìn)行綜合解析,探了然溶洞的分布及填充物特點(diǎn)。確定了合理的加固方案,滿足盾構(gòu)施工安全及地道構(gòu)造堅(jiān)固,控制了加固范圍,防范不用要的過(guò)分投入,有效地推行了地層加固