卵石地区地下水位下隧道注浆新技术

王 宁,王君红,龚剑玄

(中国建筑西南勘察设计研究院有限公司,四川成都 610081)

卵石地区地下水位下隧道注浆新技术

王 宁,王君红,龚剑玄

(中国建筑西南勘察设计研究院有限公司,四川成都 610081)

结合成都地铁 1号线隧道的施工情况,详细介绍了一种新型的卵石地区地下水位下注浆的新技术。文章详细地介绍了该技术的设计及施工工艺,同时总结了注浆的质量保证措施。指出注浆技术作为一种处理不良地质状况及地质灾害的技术手段在隧道及地下工程得到了广泛的应用。

卵石地区; 隧道; 注浆

成都地铁 1号线盾构施工通过站东小区一建筑物外侧时地面塌陷,经研究决定:“为确保建筑物结构安全性,保证地基土承载力,减少既有建筑物可能发生的后续沉降变形量,最大限度减少其沉降差异,建议采用注浆方式对建筑物基础下方地基土层进行加固处理”。但由于小区内无施工作业面,经研究决定采用隧道内自下而上施工方法对隧道顶部的地基土进行注浆加固。

该房屋建成年代为 1995年,住宅层高 2 800mm,总高度20 800mm。房屋基础型式为独立基础,基础埋深为 3.3m或3.6m,持力层为粉质黏土层,地基承载力标准值为 200 kPa。通过该建筑物的隧道顶位于地面下 13.0m左右。

1 工程地质及水文地质条件

1.1 场地土构成及特征

人工填筑土层:以杂填土为主,褐灰、灰褐等杂色,松散～稍密,稍湿～潮湿。由卵石、砂土、砖瓦碎块等建筑垃圾组成,其间充填粘粒,表层 0.3～0.7m多为混凝土。段内分布于地表,层厚 2.0m该层均一性差,多为欠压密土,结构疏松,具强度较低、压缩性高、荷重易变形等特点。

粉质黏土:深灰色、灰黄色,可塑 ～硬塑含铁、锰质及钙质结核。呈透镜体状分布于卵石土(3～7层)上部,顶板埋深2.0～5.0m,层厚2.1m。

卵石土:褐黄、黄色,以中密～密实为主,饱和。卵石成份主要为中等风化的岩浆岩灰、变质岩、砂岩等硬质岩组成。磨圆度较好,以亚圆形为主,少量圆形,分选性差,卵石含量70%～80%,粒径以 20～80mm为主,据钻探揭示,最大粒径180mm,夹零星飘石,充填物为砂及砾石,具弱泥质胶结或微钙质胶结,层厚19.40m。

1.2 水文地质条件

根据区域水文地质资料及已有勘察成果,拟建场地内地下水类型主要为孔隙型潜水和基岩裂隙水。第四系孔隙水主要赋存于第四系上更新统(Q3)以及中更新统(Q2)的砂、卵石土中,两层砂卵石层富水性好,形成一个整体含水层。渗透系数K=12.94m/d,为强透水层。本区间隧道基本位于该层砂、卵石土中,受地下水影响较大。基岩裂隙水主要赋存于基岩裂隙中,基岩岩性为泥岩,透水性、富水性较差,水量较小。

2 本工程需克服的技术难题

(1)由于隧道顶部为砂卵石地层,地下水丰富,在隧道内施工首先应解决防止地下水渗漏问题,因为一旦隧道顶部的水渗入隧道,将带走隧道顶部砂卵石层中的砂,以至于造成二次地面塌陷,影响上部建筑物的安全,同时将影响隧道内施工作业人员的安全。

(2)采用隧道内注浆,应严格控制注浆压力,防止注浆压力影响隧道顶部环片的结构安全,同时应防止注浆压力过大造成地面隆起。

(3)隧道内注浆完成后,要即时的恢复管片的原有强度和防水性能。

3 注浆的技术措施

3.1 止水措施

图1 隧道内打孔位置

(1)管片开孔:管片开孔分两步进行,先在隧道正上部首先用取芯机打设一个外径为 130 mm、深度为 100 mm的孔,此位置位于两个手孔中间;其次在同一圆心处打设外径 75mm,深度160mm(图1)。

(2)安装止水装置:将事先做好的止水装置安装在开好的孔中。止水装置结构形式见图 2。

图2 止水装置剖面

(3)安装球阀装置:注浆管从安装好的止水装置法轮盘进口中打入到设计深度后,在注浆管上焊接上止水球阀,并关闭球阀止水。注浆时打开球阀便可注浆。

3.2 注浆压力控制措施

注浆压力是注浆的主要参数,对浆液的扩散、裂隙充填、注浆效果的好坏,起着决定性的作用。因此必须有足够的压力克服静水压力和地层阻力将浆液压入岩层中,以达到帷幕体加固圈的厚度,但也要避免压力过大浆液渗透过远,浪费材料和时间。注浆压力与围岩的裂隙发育程度、涌水压力、浆液材料及凝胶时间有关。借鉴以往资料,注浆压力公式主要有两种,一是P=(2～3)P0;二是P=(2～4)MPa+P0,式中P为注浆终压,P0为涌水压力(MPa)。通过本隧道施工实践,认为公式二比较合理、可靠,施工时取用计算公式的上限值。

3.3 封口措施

(1)浆液达到 7 d强度之后,拆除法兰盘。

(2)部分割除止水钢管(管片内弧以内50mm)及注浆锚杆。

(3)止水钢板焊接密封。

(4)空隙部分用快干水泥抹平。

3.4 质量保证措施

(1)应严格按照设计参数进行钻孔。打孔之前要了解小区内的管线埋设情况,打孔时锚杆机上注浆管要位置准确,防止注浆管子偏心断裂。

(2)注浆材料应满足设计要求,严禁使用过期的水泥。(3)浆液配比应符合设计要求,配浆误差不超过 5%。

(4)浆液搅拌应均匀,一般水泥浆搅拌时间为 3～5m in,但不得超过 30m in。未搅拌均匀或沉淀的浆液严禁使用。

(5)注浆过程中要对房屋进行实时监测。注浆过程中,时刻注意泵压和流量的变化,若吸浆量很大或压力突然下降,注浆压力长时间不上升,应查明原因;如工作面漏浆,可采取封堵措施;如跑浆可通过调换浆液、调整浆液配比,缩短浆液凝胶时间,进行大泵量、低压力注浆,必要时采用间歇注浆,以达到控域注浆的目的。

(6)严格按照前进式注浆设计的段长进行分段注浆,不得任意延长分段民度,必要时可进行重复注浆,以确保注浆质量。严格进行注浆效果检查评定,符合要求时才能结束注浆作业。

(7)施工过程中要严格遵守施工作业要求,注意空压机高压作业安全。

4 结 论

在穿越既有建筑群的地下隧道工程中,必须保证既有建筑物的安全,这就必须控制地面上建筑物的结构沉降和差异沉降。当沉降超过一定限度时,必须进行恢复。注浆提升地基承载力是恢复地面建筑物高程的一种有效手段。本文对既有建筑群的地基承载力进行分析,并结合成都地铁 1号线穿越东站小区既有建筑群的情况,得出一些有意义的结论。

(1)注浆加固在地铁隧道建设过程中,提高既有建筑群的地基承载力,恢复建筑物的地面高程,是一种简单有效的方法。

(2)先通过常规的测量确定地基的弱化位置,再通过对既有建筑群结构注浆抬升弹性进行比较分析,说明软弱处注浆能及时有效的减少既有建筑沉降。对该项穿越工程中既有建筑物的注浆抬升效果进行观测,发现地面高程最大回升25mm左右,达到了预期的效果。

(3)该项目的注浆抬升不仅使建筑物高程损失得到一定的恢复,为恢复既有地铁线路正常施工提供必要条件,同时也为类似工程的沉降控制和恢复积累了宝贵的经验。

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U455.49

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2010-02-04

王宁(1985～),男,学士,助理工程师,主要从事岩土工程勘察及地质灾害治理工作。