城市地铁穿越岩溶区软硬不均地层加固技术

2023-11-06吴发展

四川建筑 2023年5期

吴发展

(中铁隧道集团二处有限公司, 河北三河 065201)

0 引言

隧道及地下工程受裂隙、岩溶、断层等不良地质体影响,极易诱发灾害,威胁施工安全,应采取有效措施加固地层。王荣鑫[1]研究劈裂注浆加固软硬不均地层和含裂隙地层,自主研制二维注浆试验系统,通过不同工况试验,得出土体位移变化规律。唐亚周等[2]注浆加固非均质土体,用压力把浆液注入土体加固,利用图像分割技术,评价土体劈裂注浆的加固效果。刘彦波[3]从岩体的波速、纵波的偏移归位图两方面来判断软硬岩变化带的位置,岩溶隧道地质预报与实际开挖情况比对,地质超前预报基本准确。徐浩[4]针对深埋富水强蚀变岩洞段挤压大变形和流沙等问题,设计注浆模拟试验,研究围岩加固,注浆强度及质量满足设计要求。朱劲锋[5]在盾构近距离下穿既有地铁线施工中,软硬不均地层引入MJS水平加固技术,确保施工沉降及安全。钻孔灌注桩可对软硬变化较大地层进行地基加固,在岩溶勘察的基础上,轨道交通4号线穿越岩溶区软硬不均地层,采用素混凝土钻孔桩加固地层。

1 工程概况

联大街站—呈贡东站区间出联大街站后沿联大街敷设,线路以R-700 m的曲线半径呈“S”型下穿春融东路、吴家营村后进入轨道交通4号、9号线换乘站呈贡东站。本区间平面最小曲线半径700 m,纵坡为“V”字坡,最大坡度21.656 ‰,隧道拱顶埋深16.6～39 m。本区间右线隧道全长1 462.753 m,左线隧道全长1 463.837 m(长链l.084 m)。在YDK41+ 150.000处设有联络通道废水泵房,在YDK41+470 .000处设有联络通道。

根据《轨道交通4号线联大街站—呈贡东站区间(YDK40+552.151～YDK41+440.000)岩土工程勘察报告》,联大街站—呈贡东站盾构区间存在软硬不均地层,按照设计图,软硬不均地层加固桩号为YDK40+910.0～+918.0、YDK40+927.5～+937.5、ZDK40+898.0～+911.0。软硬不均段采用素混凝土钻孔桩进行加固,加固范围为隧道外轮廓外1 m范围内。素桩采用φ800 mm钻孔桩,间距1 m:实桩范围内采用C30素混凝土,隧道顶部至路面标高下1 m部分采用C20混凝土进行回填并进行路面恢复,加固数量248根(图1、图2)。跳桩施工,防止邻桩施工塌孔。

图1 软硬不均地层加固平面布置

图2 加固桩布置(单位:mm)

2 工程地质与水文

据钻探揭示,场区内分布新生代第四系全新统人工堆积层、冲洪积相黏性土、泥炭质土、坡洪积层红黏土和洞穴堆积层粉质黏土等,下伏基岩为寒武系龙王庙组白云岩夹灰岩、泥质灰岩,泥质砂岩夹泥岩。

岩溶裂隙水,场地范围内下伏基岩为寒武系下统龙王庙组(∈1l)白云质灰岩泥质砂岩夹泥灰岩,主要分布于YDK40+890～YDK41+294段,盾构隧道穿过该地层。受区域构造影响,节理裂隙较发育,岩体较破碎,网格状的岩溶裂隙相互沟通,岩溶弱—中等发育,岩溶形态主要为小型溶穴、岩溶裂隙、溶槽及溶洞等,有利于地表水的下渗及地下水的富集和流通,含较丰富岩溶裂隙水。局部可能存在岩溶管道水,并存在承压性。含水层埋深变化较大,水位较深,主要接受区域上大气降水及上部孔隙水补给,地下水主要向深部渗流排泄。该段共取5组地表水水样进行常规分析和侵蚀性CO2测试,根据水质分析成果,场地地表水类型为:HCO3--Ca2+、HCO3--Ca2++Na+型水。

3 主要施工工艺

3.1 施工准备

钻孔场地在施工前,需对施工场地进行路面破除,并挖设探沟,防止破坏地下既有管线。制浆池、沉淀池和泥浆池,在计划施工场地时一并考虑,注意文明施工,为充分利用泥浆,布置泥浆循环系统,并配排水清渣设施。

3.2 测量

施工之前测量组提前计算各个孔桩坐标及加固深度,结合实测地面高程,对施工桩位进行放样交底,用全站仪精确确定钻孔桩位,并设置稳固的十字护桩,以便经常检查孔桩施工中钻孔偏位情况[6],符合设计要求。

3.3 埋设护筒

护筒是钻孔成功的基础,钻孔前应设置坚固耐用、不漏水的钢护筒,防止孔壁坍塌、隔离地表水。护筒顶面应高出施工地面0.5 m,还应满足孔内泥浆面的高度要求。埋设的护筒平面位置中心与桩设计中心一致,偏差为:中心不得大于5 cm,倾斜度不大于1%。

3.4 钻机就位

钻机座应置于坚实、平整的地面上,开钻前夯实周边地基,以免产生不均匀沉陷,场地地基承载力大于150 kPa,桅杆倾斜度小于2°。旋挖钻机钻头对准桩位中心十字线时,勿需再作调整。

3.5 钻孔作业

当钻机就位准确后即开始钻进,刚开始要放慢旋挖速度[7],在孔口2～6 m段旋挖过程中要注意监控垂直度,作好钻进记录,如有偏差及时纠正。在钻进过程中每进尺2～3 m应检查垂直度并作好钻孔记录,并控制好下钻与提钻的速度,防止因钻头升降速度过快对桩孔产生挤压或虹吸力而造成塌孔缩孔。

3.6 灌注混凝土

清孔、验孔后,灌注混凝土前应进行孔底沉碴厚度检查,不满足要求时,采用水泵进行浊水循环清孔。灌注混凝土采用导管作业。

3.6.1 安装导管

导管为φ250 mm的钢管,壁厚3 mm,配1～2节1～1.5 m长度的短钢管,管端用粗丝扣、法兰螺栓连接,用橡胶圈作好接头处密封防水并检验水密性试验,保证灌注水下混凝土时导管不漏水、不漏浆。导管节数事先配制好,一次性安装到位。导管下放时,旋紧卡口,位置正确。为利于混凝土涌出导管,导管底与桩孔底保持30～50 cm的空隙。

3.6.2 第二次清孔

采用导管向孔内压入新泥浆,维持正循环30 min左右,除去孔底沉淀的钻渣和泥浆[8],清孔后的淤泥厚度小于10 cm,会同监理人员检查孔底沉渣、孔深等情况,并及时填写成孔验收单。

3.6.3 灌注混凝土

商品混凝土供应事先与搅拌站沟通计划好,保证供应及时[9],严格控制混凝土的材料质量,坍落度在20～22 cm之间,保证混凝土的强度满足设计要求。混凝土初灌量经计算确定,保证第一罐混凝土下料使导管埋入混凝土中0.8 m以上。

导管埋入混凝土的深度控制在2～6 m,不得将导管提出混凝土浇筑面,并应控制提拔导管的速度,测量已灌注混凝土面的高度,计算出导管埋深及本次提升高度,记录混凝土的使用量。现场值班技术人员测量导管埋深与导管内外灌注面的高差,认真填写水下混凝土灌注记录。灌注水下混凝土应连续施工,混凝土灌注速度控制在0.6～1.0 m3/min。

控制好最后一次混凝土的灌注方量,桩顶混凝土面应高出桩顶标高0.5～1.0 m,保证桩头破除后的桩顶混凝土强度满足设计要求。