深圳地鐵區(qū)間隧道富水地層非降水施工技術(shù)

深圳地鐵區(qū)間隧道富水地層非降水施工技術(shù)研究針對深圳大—科區(qū)間隧道軟弱富水的地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)斷面變化多樣以及復(fù)雜而嚴(yán)格的邊界限制等特點(diǎn),全面地闡述了大—科區(qū)間非降水施工的關(guān)鍵技術(shù)以及在現(xiàn)場試驗(yàn)、監(jiān)測、離心模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬分析指導(dǎo)下所采取的對策措施,并反映了實(shí)際工程所取得的良好施工效果。

1工程概況

1.1設(shè)計(jì)概況

深圳地鐵大劇院—科學(xué)館站區(qū)間隧道,埋于深南中路解放路口至上步路段地面下10～19m,設(shè)計(jì)長1144.7m。分左右兩條單線隧道,標(biāo)準(zhǔn)地段線間距為13.2～17.2m,基本與地面道路中線對稱。區(qū)間隧道內(nèi)設(shè)2號線聯(lián)絡(luò)線預(yù)留接口一處,縮短單渡線一處,設(shè)計(jì)斷面變化多樣,除單線段為單孔圓形斷面外,聯(lián)絡(luò)線預(yù)留接口和單渡線設(shè)計(jì)有單孔雙線、雙孔雙線、三孔三線斷面,其開挖最大寬度分別為12.9m、12.6m和20.0m,隧道接口型式多,工法轉(zhuǎn)換頻繁。區(qū)間隧道原設(shè)計(jì)為2座豎井,后因工期需要增設(shè)一座3號豎井,豎井通過橫通道與正線相連。

1.2工程及水文地質(zhì)條件

隧道范圍內(nèi)上覆第四系全新統(tǒng)人工堆積層、海沖積層和第四系殘積層,下伏燕山期花崗巖。洞身主要

穿越殘積層和風(fēng)化花崗巖。有三處含水豐富的砂層位于隧道上部,部分侵入隧道斷面,層厚度2～10m不等,長度近700m,占隧道全長達(dá)2/3。有一處流塑狀飽和粘土層侵入隧道斷面內(nèi),如圖1所示。

本區(qū)間地下水為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水,主要補(bǔ)給為大氣降水。根據(jù)勘測,地下水埋深1.93～5.73m。水位高程0.5～7.5m,水位變幅0.5～2.0m。隧道東端(靠近大劇院站地段)北側(cè)的荔枝湖與本區(qū)間地下水存在水力聯(lián)系。

1.3地面和交通條件

本區(qū)段為交通主干道和商住區(qū)。地面交通繁忙,車行如梭;地下管線密集,縱橫交錯(cuò);道路兩側(cè)大廈林立,花紅草綠,環(huán)境優(yōu)美。途經(jīng)市委、市政府,是深圳市政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心地帶。

2技術(shù)特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)

隧道穿越的第四系殘積層和全(強(qiáng))風(fēng)化花崗巖,含水量豐富。除因南國多雨,補(bǔ)給充沛外,并與荔枝湖水系相連,潺潺水流供給不斷。據(jù)測,1#豎

圖1大劇院—科學(xué)館區(qū)間隧道不良地質(zhì)分布剖面圖

井24小時(shí)抽水量達(dá)410t以上。此外,地面由原溝谷成,西南交通大學(xué)、中鐵四局集團(tuán)公司、鐵道第四勘山地回填而成,局部水囊空洞,還有地質(zhì)鉆孔,人工測設(shè)計(jì)院聯(lián)合成立了科研技術(shù)攻關(guān)小組,在現(xiàn)場試洞穴,更給暗挖施工留下層層隱患,危機(jī)四伏。驗(yàn)、監(jiān)控、室內(nèi)離心模型試驗(yàn)、三維數(shù)值仿真分析等由于本標(biāo)段地面交通繁忙,環(huán)境優(yōu)美,不容許在多種手段綜合應(yīng)用情況下,取得了較好的施工效果,地面采取任何工程措施。這些邊界條件界定了本工程多項(xiàng)施工指標(biāo)達(dá)優(yōu)。的技術(shù)特點(diǎn)是:在補(bǔ)給充分的富含水地層(砂層、流塑狀粘土層)采取非降水的技術(shù)措施進(jìn)行暗挖隧道施

3超前預(yù)加固施工技術(shù)研究工,特別是渡線段的大斷面暗挖施工。其需要解決的主要關(guān)鍵技術(shù)是:

3.1方案比選與特征

(1)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì);(2)超前預(yù)加固和防水;(3)復(fù)雜斷面隧道暗挖施工洞內(nèi)超前預(yù)加固的目的是改善圍巖土體物理力學(xué)工法研究;(4)軟弱地層暗挖隧道施工控制地面下沉性能和止水防涌,以保證施工安全,減小地面下沉。技術(shù)(特別是在穿越特殊管線時(shí))。

在現(xiàn)場多次試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,比選了三種樁體加固方鑒于本工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性、結(jié)構(gòu)端面型式的案。(1)水平旋噴樁加固;(2)間隔水平攪拌樁與水多樣性、施工工藝難度極大、周圍環(huán)境限制條件十分平旋噴樁加固;(3)水平旋噴2化學(xué)灌漿加固。如圖2嚴(yán)格,深圳市地鐵總公司把本標(biāo)段工程列為深圳市地所示。其優(yōu)缺點(diǎn)比較見表1。鐵工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)工程。為了保證工程得以順利完

圖2洞內(nèi)超前預(yù)加固方案示意圖

表1超前預(yù)加固方案比較表

圖3拱部土體水平旋噴加固示意圖

經(jīng)在1#豎井橫通道中組織的幾次試驗(yàn)效果綜合分析比較,確定采用第一方案。其主要特征是:仰角為5°的洞內(nèi)水平旋噴樁超前預(yù)加固形成拱棚。開挖掘進(jìn)時(shí),用<42小導(dǎo)管注漿補(bǔ)充加固和止漏。

3.2水平旋噴樁超前預(yù)加固

3.2.1拱部土體加固

水平旋噴樁在洞內(nèi)以5°的仰角鉆進(jìn)旋噴成樁,因始端侵入隧道開挖斷面,故在前端3.5m范圍內(nèi)不注漿,旋噴加固體搭接長1.7m。每一循環(huán)鉆孔15m,旋噴長度11.5m,開挖掘進(jìn)10m(開挖時(shí)小導(dǎo)管注漿補(bǔ)充填塞樁間的空隙),如圖3所示。

3.2.2掌子面加固防涌坍

處于流塑狀粘土層地段,掌子面緩慢順淌而下引起拱部下沉和仰拱開挖困難。施以旋噴樁拱密和加固,取得了很好的效果(如圖4所示)。

圖4掌子面水平旋噴加固拱密示意圖

3.2.3邊墻仰拱土體加固

在SK3+240～280和SK3+960～990地段,拱部圍巖為砂粘土,具有一定的自穩(wěn)時(shí)間,足以開挖初支成型。但下臺階土層呈流塑狀,邊墻開挖困難,甚至導(dǎo)致已施作好的噴射混凝土初支護(hù)外鼓開裂。以圖5所示進(jìn)行加固,成功通過。

圖5水平旋噴樁加固邊墻及掌子面示意圖

3.3水平旋噴加固力學(xué)效果研究

對于水平旋噴預(yù)加固效果的認(rèn)識,由于我國在這方面起步較晚,目前,基本上還處在試驗(yàn)階段或定性的描述上,而客觀現(xiàn)實(shí)常常需要我們做出定量的分析,特別是在淺埋軟弱的富水地層中進(jìn)行城市地鐵近鄰開挖時(shí)尤其如此,為了研究水平旋噴預(yù)加固效果,在多次現(xiàn)場試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了離心模型試驗(yàn)和三維彈塑性數(shù)值模擬研究。

試驗(yàn)和數(shù)值分析所得結(jié)論基本一致,主要有:

(1)研究成果和現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)吻合較好;(2)水平旋噴樁預(yù)加固對控制地表沉降的效果是非常明顯的,與不施做水平旋噴樁相比,地表的最大沉降值可減小51%左右(如圖6、圖7所示);(3)旋噴樁預(yù)加固對提高圍巖的穩(wěn)定性是非常有效的,相比之下,有旋噴樁時(shí)拱頂?shù)淖畲蟪两悼山档?3%左右,同時(shí),洞周圍巖塑性區(qū)的面積大大減小。

圖6無旋噴樁時(shí)地表沉降示意圖

圖7有旋噴樁時(shí)地表沉降示意圖g霉4職符收渡插線窄段邀施柔工術(shù)技吃術(shù)撥研欣究

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圖9管線和隧道襯砌的位置關(guān)系及有限元模型

圖10SK3+355斷面地面沉降與掌子面的關(guān)系圖

的工程條件下,管線在施工期間是安全的,而且分析數(shù)據(jù)彼此吻合較好,為施工提供了重要的理論依據(jù)和指導(dǎo)作用。

圖11SK3+355斷面地表沉降的數(shù)值模擬、離心試驗(yàn)和現(xiàn)場量測值比較

4.3施工路線選擇

渡線段位于1號、3號豎井中間,經(jīng)過相關(guān)的理論分析和綜合考慮各種施工因素,最后確定如下施工路線(圖12):

4.4工法和主要技術(shù)措施

4.4.1采用工法

本區(qū)間隧道掘進(jìn)主要采取的工法是:①標(biāo)準(zhǔn)段采用上、下臺階法(圖13a),下臺圍巖特別軟弱時(shí),分三個(gè)臺階開挖(圖13b);②開挖寬度10m,高度8m以下,采用CD或CRD工法(圖13c);③開挖寬度10～12m,高度10m以下,采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法(圖13d);④雙孔雙線斷面,采用中洞法(圖13e);⑤三孔三線斷面,采用雙中洞法(圖13f)。

4.4.2主要技術(shù)措施

隧道掘進(jìn)除采用超前預(yù)加固外,還需根據(jù)圍巖地質(zhì)條件的變化,采取如下技術(shù)措施:

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