浅谈地铁区间近距离下穿既有车站注浆施工技术

2015-10-20杨世鹏

城市道桥与防洪 2015年9期

关键词：磁器水泥浆号线

杨世鹏

(中铁十六局集团有限公司,北京市 100023)

浅谈地铁区间近距离下穿既有车站注浆施工技术

杨世鹏

(中铁十六局集团有限公司,北京市 100023)

伴随国内迅猛发展的经济形式,地面交通压力问题日益突出,因此向地下扩大城市交通已成为大势所趋。在地下有限空间内要建设地铁运营网,不可避免要出现新建线路与既有线路邻近、侧穿、上穿或下穿等复杂情况。如何在特殊环境下保证既有线“不停运、不减速”的运营要求下安全施工新建线路,已成为此行业急需解决的一个重大课题。通过北京地铁7号线下穿既有5号线磁器口站工程实例,对洞内深孔注浆、小导管注浆、背后回填注浆及径向注浆技术及作用进行剖析,希望能为今后类似工程实践提供一定借鉴。

下穿；注浆；动态控制

1 工程概况

北京地铁7号线崇文三里河站～磁器口站区间下穿5号线磁器口地铁站,由于既有5号线磁器口站宽度约22 m,在此范围内区间施工无法施做降水井,而区间结构处于一层层间潜水中,且地层透水性较好,可能有降水不理想情况；同时崇文三里河站～磁器口站区间与既有5号线磁器口站结构间距约0.7～1.2 m,中间土质为中粗砂,自稳能力差,容易垮塌,造成既有线沉降超标,影响既有线的正常运营,见图1。

图1 区间正线与既有5号线的纵剖面(单位:mm)

工程地质：崇磁区间下穿既有5号线车站处的工程地质：从上至下依次为杂填土①1层、粉土填土①层、粉土③层、粉细砂④3层、中砂⑤1层、粉质粘土⑥层、粉土⑥2层、粉质粘土⑥层、粉细砂⑦2层、卵石⑦层、粉土⑧2层、粉质粘土⑧层、粉细砂⑨2层、卵石⑨层、粉质粘土⑩层、粗砂111层、卵石11层、粉质粘土12层。该段地层无不良地质作用。

水文情况：根据区间岩土勘察报告,地下水类型为层间潜水(三),含水层主要为卵石⑦层,透水性好。静止水位标高20.53～22.18 m,水位埋深20.53～20.8 m,地下水分布连续,含水层渗透系数大,为强透水层［1］。

2 下穿段结构形式及施工控制指标

结构形式：正洞断面开挖宽×高=6.3 m×6.6 m,格栅间距@500 mm,采用台阶法+临时仰拱法开挖。初支采用喷射C20混凝土,厚度300 mm,防水材料为1.2 mm厚高分子自粘胶膜防水卷材,二衬采用C40防水混凝土,厚300 mm,抗渗等级P12,见图2。

图2 下穿段断面结构(单位:mm)

沉降控制指标：(1)地表沉降累计值不大于3 cm；(2)地表沉降日平均速率不大于2 mm；(3)地表沉降最大速率不大于5 mm。

安全指标：杜绝掌子面较大的塌方事故。

运营指标：(1)单洞区间隧道初期支护施工完成后,既有线车站变形累计值不大于1.5 mm；(2)单洞区间隧道二衬施工完成后,既有线车站变形累计值不大于2.5 mm；(3)下穿地铁段双线隧道均完成至稳定变形后,既有线车站变形累计值不大于3 mm；(4)注浆隆起控制值不大于1 mm。

技术指标：注浆后开挖面土体无侧限抗压强度达到0.5 MPa,周边达到1.0 MPa。

3 注浆施工工艺

3.1 深孔注浆施工工艺

(1)注浆范围

进入正式下穿段之前,在人防段对既有地铁5号线下方对土体进行超前深孔注浆加固,加固范围为隧道两侧开挖轮廓线各加3 m、底板向下加3 m,纵向加固长度约35 m,见图3。

图3 深孔注浆加固范围图(单位:mm)

(2)注浆参数：注浆后,开挖面土体无侧限抗压强度达到0.5 MPa,周边达到1.0 MPa。

(3)注浆浆液：注浆浆液底板以上采用超细水泥浆,底板以下采用普通水泥浆。

(4)注浆工艺

注浆均采用双重管注浆工艺,每循环注浆长度12 m,并在端头处设置2 m宽的止浆墙。

单次加固分两循环,第一次对底板以上进行加固,采用超细水泥浆,第二次对底板以下进行加固,采用普通水泥浆。

深孔注浆在开始部位的掌子面按扇形布置,按照环向布置四排孔位,各排孔布置钻设角度为：周边环向布孔向上倾角0°～12°,深孔注浆的间距应保证孔的末端间距控制在1m范围内,并保证各断面拱部外侧达到设计的注浆范围。

(5)施工顺序：先上后下,间隔钻孔注浆。

(6)注浆施工方法

a. 施工准备

平整掌子面,规范核心土,搭设注浆平台,注浆机、注浆管、护壁泥浆池、水泥浆液和超细水泥浆就位。

b. 掌子面注浆孔测量定位

按施工设计图纸要求定位出注浆孔的位置,测量放线采用全站仪坐标法定位,定桩位后,做好标示,并注意保护。

c. 预埋定位套管

在已定位的注浆孔的位置预埋0.5 m长Φ80的钻孔定位套管,埋入土体0.4 m,管口用棉纱封堵。

d. 封闭掌子面

预埋好注浆管后,掌子面1×1 m梅花形布置打长2 m的DN25小导管,挂150×150 mmΦ6.5 mm网片,喷250 mm厚混凝土封闭掌子面。下台阶上部也需打设DN25的小导管挂网片喷混凝土封闭。

e. 定位钻机钻孔

利用手拉滑轮进行钻机定位,调整好钻机的钻进角度,安装二重管钻杆,插入预埋好的定位套管中,利用泥浆护壁进行钻进,慢速运转,随着钻孔深入接长钻杆。根据现场地质条件调节膨润土泥浆的配合比,使泥浆护壁效果最佳,防止钻进中塌孔或出砂量过大,影响钻孔质量。

f. 钻孔注浆

第一、钻孔

当钻孔深度达到设计值时,停止钻进,开始注浆。

第二、注浆材料

浆液分别采用超细水泥浆和普通水泥浆,见图4。

图4 深孔注浆注浆剖面(单位:mm)

第三、注浆参数

凝固时间：根据现场地质情况及施工情况,确定凝固时间,为速凝注浆。

注浆速度：与地层孔隙及连通情况、地层密实度有关［2］。

注浆结束标准：单孔注浆终压达到0.5 MPa,吸浆量很少或不吸浆时,可结束本孔注浆。压力持续不上升,流量不减少,采用间歇注浆。

每一注浆孔完成后,拔出注浆管,封堵注浆孔。

g. 退钻

当注浆完成后,逐节退出钻杆。退出的钻杆要用清水冲洗干净,确保钻孔中无浆液或泥砂残留堵塞管孔。

h. 跳2孔钻下一孔,循环操作

当上一孔注浆的同时,隔2孔再次进行钻机定位,钻孔操作,依次循环。当隔孔均注浆完成,土体加固强度达到设计值后,才能进行隔孔间的钻孔注浆操作,直至注浆完成。

3.2 小导管注浆施工工艺

(1)小导管制作

小导管制作采用热轧钢管加工成花管,钢管前端呈尖锥状,以便插打。小导管中间部位钻Φ8 mm溢浆孔,呈梅花形布置(防止注浆出现死角),间距15 cm,尾部1～1.5 m范围内不钻孔以防漏浆,末端焊Φ6 mm环形箍筋,以防打设小导管时端部开裂,影响注浆管联接。

(2)小导管安装

小导管插管时用气动锤振入,仰角及外插角25°～30°。

(3)注浆参数的选择

浆液配比根据现场试验情况确定,一般情况下水泥∶水=1∶1。注浆初压0.3 MPa,终压为0.5 MPa。注浆压力不易超过0.6 MPa,否则浆液损失过大,造成浪费。浆液扩散半径一般为0.3 m,凝胶时间根据实际情况确定。

(4)注浆工艺及设备

注浆管联接好后,注浆前先压水试验管路是否畅通,检查注浆机运转是否正常,能满足施工条件后,在将配制好的水泥浆倒入注浆泵贮浆桶内,开动注浆泵,通过闸阀再通过小导管压入土体。

3.3 背后回填注浆

初支提前预埋背后回填注浆管(拱部120°范围),注浆管为Φ42钢管,壁厚3.5 mm,长0.8 m,间距2 m(环向)×2 mm(纵向),梅花型布置。初支背后回填注浆以初支与围岩的密贴为原则,注浆距离开挖工作面5 m位置进行。

(1)注浆材料

填充注浆采用水泥浆,注浆所用水泥采用42.5普通硅酸盐水泥。

(2)浆液及注浆参数的选择

水泥∶水=1∶1,注浆压力不大于0.5 MPa。

(3)注浆工艺及设备

注浆管联接好后,注浆前先压水,试验管路是否畅通,然后将配制好的水泥浆倒入贮浆桶内,开动注浆泵通过小导管压入围岩。注浆结束后,用棉纱塞紧孔口,以防外溢。

3.4 径向注浆

径向注浆管环向间距1.5 m、纵向间距2 m布置,长度1.5 m(底板下根据实际情况确定)。浆液采用水泥-水玻璃双液浆,浆液配比为：水玻璃浓度由40 Be’稀释到20 Be’,水泥浆水灰比W/C=0.75～1,水泥浆：水玻璃=1∶0.5～1∶1(体积比)；注浆压力不大于0.6 MPa,临近结构底板位置应不大于0.5 MPa,见图5。

图5 径向注浆管布置

4 注浆工艺比较与分析

在区间施工过程中,4种注浆工艺从注浆时间、注浆目的等方面各不相同。但只有将其统一结合,并根据监测数据进行动态控制,方可达到最终施工效果。注浆工艺比较与分析见表1。

5 结论

在北京地铁7号线区间下穿既有5号线磁器口站施工中,综合运用注浆技术,成功解决了近距离下穿既有车站的问题,且沉降值控制在3 mm内,取得非常好的效果。本文所述的施工经验,只是抛砖引玉,供各位同仁参考。随着各种下穿既有线技术的开拓和发展,以及人们对它的理论研究和工程实践的不断积累,类似施工技术会不断得到改进和提高。