WSS工法在下穿京密引水渠暗挖地铁施工中的应用

赵高亮

(中铁二局股份有限公司,成都 610031)

WSS工法在下穿京密引水渠暗挖地铁施工中的应用

赵高亮

(中铁二局股份有限公司,成都 610031)

随着北京轨道交通昌平线建设的快速推进,在下穿京密引水渠暗挖隧道施工时,遇到饱和动态含水砂层,在该种地层中开挖施工隧道极易发生涌水和流砂等工程灾害。目前,在该种地层中施工隧道,通常采用明挖法、盾构法或冻结法等施工方法,施工效果一般,施工成本较高。而北京地铁昌平线下穿京密引水渠段采用暗挖法施工,地下水位高,如何有效止水并保证京密引水渠安全是工程顺利施工的关键,也是整条地铁线的一大技术攻关难题。基于此对止水工艺进行比选,结合昌平地铁下穿京密引水渠暗挖隧道施工情况,对饱和动态含水砂层中止水工艺进行对比研究,结论为：WSS二重管注浆 +超前小导管注浆结合的注浆止水加固法可满足工程需要,实践证明施工效果良好。

地铁;WSS工法;浅埋暗挖法;施工

1 工程概况

1.1 概况

北京地铁昌平线城南站—高教园站区间下穿京密引水渠暗挖段起始里程为 K12+500～K12+900,总长400m,本段暗挖地下结构为分离式双线隧道,采用浅埋暗挖法施工。分别在 K12+670和 K12+770设施工竖井用于该段隧道施工,两竖井间的距离为 100m。

1.2 工程地质水文情况

下穿京密引水渠暗挖隧道范围内的土层主要有：粉土填土、杂填土、粉细砂土、中粗砂、圆砾卵石、粉土、粉质黏土等。河底下结构范围饱和动态含水砂层较厚,形成流砂的可能性较大,砂层分布较乱,无明显规律。见图1。

图1 暗挖段地质剖面

下穿京密引水渠暗挖隧道范围内的水文情况为在下穿京密引水渠段,结构底板埋置较深,约 16～17.2m,影响结构施工的主要为层间水,该段需降水其中层间水：含水层岩性为圆砾卵石⑤层、粉细砂⑤层和粉土⑤3层,水位高程为 35.48～39.24m,水位埋深为 13.4～15.8m。该层透水性好,主要接受大气降水及侧向径流补给,以侧向径流、向下越流补给的方式排泄。5年内最高水位线在区间隧道拱顶约 1.5处,水位线在结构底板上 1.4～2.6m处。见图2。

1.3 暗挖结构与京密引水渠的位置关系

下穿京密引水渠暗挖区间作为北京轨道交通昌平线的施工重点和难点之一,是昌平线仅有的两个一级环境安全风险源工程之一,引水渠水面宽度约 20 m,水深约 1m,区间隧道顶部距渠底高度仅 4.8m,地质情况多为砂层和卵石层,极易发生塌方。见图3、图4

图4 过京密引水渠暗挖段与京密引水渠位置关系断面(单位：m)

2 止水工艺比选

2.1 各种止水工艺分析

参考以往类似工程的施工经验结合相关资料,分别对前进式孔口管注浆、袖阀管注浆、WSS工法、TS工法几种止水工艺分析,详细概括了各种工艺的优、缺点,以期为类似施工提供决策参考。见表1。

2.2 止水工艺的选定

经过对各种工法问题评价,前进式孔口管及袖阀管施工速度太慢且成本太高,不满足该工程工期及成本控制要求,不予考虑;TSS工法工艺较为复杂、施工速度慢且成本高,不满足该工程工期及成本控制要求,不予考虑。综合考虑安全质量风险、工期压力、注浆效果、施工成本及现有技术能力,通过比选分析认为,WSS二重管注浆 +超前小导管注浆结合的注浆止水加固地层法可满足本工程需要,注浆材料以“超细水泥 +水玻璃 +无收缩剂”双液浆,对止水及土体加固效果较好,最终确定 WSS工法为下穿京密引水渠暗挖地铁隧道止水的主要施工方案。

2.3 WSS工法的难点及对策

(1)WSS二重管注浆工艺流程(图5)

(2)难点

WSS工法注浆施工时现场注浆材料配比实际可控性较差,具有该专业操作经验的人员较少,现场如何控制注浆施工质量是面临的一大难题。

工程特点主要是砂卵石层中机械成孔较为困难,机械成孔特别是 TXU-75A钻孔机成孔难度较大,主要存在以下影响：

①砂卵石层对钻头磨损较大;

②大粒径漂石影响钻机施工,漂石粒径超过 0.2 m施工极为困难;

③砂卵石层中成孔容易塌孔。

(3)对策

针对 TXU-75A钻孔机成孔的几个困难因素拟采取以下措施：

①采用增加钻头储备;

②漂石粒径较大时调整钻孔位置;

图5 工艺流程

③增加浆液浓度。

2.4 施工情况

(1)注浆机械设备配选

根据工程地质水文情况,本项目注浆施工主要机械设备如表2所示。

(2)注浆参数

施工前首先做注浆试验,根据注浆试验确定注浆参数,拟采用的注浆参数如下。

表2 注浆施工主要机械设备

①注浆布孔间距：1m×1m梅花形布孔;

②注浆扩散直径：R=1 000～1 500mm;

③注浆压力：0.15～0.75MPa;

④初凝时间：0.5～2min,为速凝注浆;

⑤钻杆回抽幅度：约 10～20 cm。

(3)浆液选择(表3)

表3 浆液选择

采用无公害无收缩双液注浆浆液,即超细水泥-水玻璃浆液(CS浆液)。

水玻璃浆液配比为：硅酸钠∶稀释剂 =330 kg∶350 kg=1∶1.061;水泥浆液配比为：超细水泥∶稀释剂 =341 kg∶350 kg=1∶1.026。施工中根据注浆试验结果可调整注浆配合比。(4)注浆后拟达到的结果注浆加固后强度：

卵石层达到 2.5～3.0 MPa,止水系数：10.7～10.8 cm/s;

中砂层达到 1.5～2.0 MPa,止水系数：10.7～10.8 cm/s;

黏土层达到 1.0～1.5 MPa,止水系数：10.8～10.9 cm/s。

2.5 注浆效果检查

通过现场记录分析结果如下。

(1)通过注浆体内钻孔,往检查孔内压水,测定地基的流量及渗透系数,结果显示注浆效果良好;

(2)观察结果显示检查孔内流水较清,注浆效果良好;

(3)经工地试验室及第三方试验室钻孔取样,检测样品的密实度、结石性质、浆液充填率和剩余空隙率等,结果显示各项指标均达标,注浆效果良好;

采用以上 3种注浆效果检查方法,对现场注浆情况进行了综合分析评价,各项指标均达到预期目标,注浆效果良好,能够满足现场无水作业施工需要。

3 结论

就暗挖隧道如何安全下穿引水渠,并保证引水渠安全,先后对多种施工方案进行比选,最终确定了目前施工的这种最安全、最有效的下穿方案,即地下洞内进行 WSS工法深孔注浆加固土体。2009年 11月 24日上午 9时下穿京密引水渠河底段左线 91.86m成功贯通的事实证明该方案是成功的。

通过 WSS工法在地铁昌平线下穿京密引水渠暗挖施工中的应用,笔者认为,WSS二重管注浆 +超前小导管注浆结合的注浆止水加固地层法可满足本工程需要,注浆材料以“超细水泥 +水玻璃 +无收缩剂”双液浆,对饱和动态含水砂层中止水及土体加固效果较好。

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U 455.4

B

1004-2954(2010)03-0095-03

2009-11-23;

2009-11-26

赵高亮(1984—),男,助理工程师,2005年毕业于南京林业大学土木工程学院,工学学士。