地铁隧道浅埋暗挖施工和深孔注浆加固技术研究
2024-04-24李京阳
李京阳
摘要:简述浅埋暗挖施工技术和淺埋暗挖施工步骤,详细阐述深孔注浆前的各项准备工作和深孔注浆施工方法,通过深孔注浆加固技术的应用实例,深入开展了地铁隧道浅埋暗挖施工深孔注浆加固的技术研究,以有效控制地铁隧道大断面开挖施工的安全和质量,对促进地铁隧道工程建设具有一定的应用价值。
关键词:地铁隧道;浅埋暗挖;深孔注浆;技术研究
0 引言
地铁隧道施工过程中,受到隧道管线结构与地质条件等影响,施工难度较大[1]。地铁隧道内的地层扰动较强,土体状态容易出现失衡、沉降与收敛情况,由此造成隧道开挖施工时存在塌方、地表沉降、涌水等安全风险隐患[2]。为了解决上述问题,本文在传统浅埋暗挖施工技术的基础上,进行优化设计,以北京地铁8号线三期隧道工程为例,开展地铁隧道浅埋暗挖施工和深孔注浆加固技术的研究。
1 浅埋暗挖施工技术
1.1 具有的优点
浅埋暗挖施工技术在隧道工程施工中占据了重要地位,适用于距离地表较近的地下。通过浅埋暗挖施工技术,可开挖各种不同类型、结构、软弱地层的地下洞室。浅埋暗挖施工技术遵循新奥法原理、依据十八字法则开展施工。施工过程中将喷锚作为支护手段,可保证浅埋暗挖施工的质量与安全。
1.2 存在的问题
传统的地铁隧道浅埋暗挖施工技术多数采用文献[3]提出的技术。隧道浅埋暗挖施工技术虽然具有诸多优点,但是在实际隧道施工过程中也表现出不足之处,主要体现在施工流程复杂、破坏原有地面环境、占用资源较多、施工周期较长,以及无法显著提升隧道内土层的自稳能力与承载能力,加固效果不佳[4]。
2 浅埋暗挖施工步骤
在地铁隧道深孔注浆加固前,采用浅埋暗挖施工方法对地铁隧道进行开挖施工,并根据开挖施工的实际需要进行注浆加固。浅埋暗挖施工步骤如下:
首先,选用挖掘机配合人工开挖的方式,根据设计图纸要求和地层开挖的实际情况,判断是否需要进行超前支护。
其次,在地铁隧道内开挖出环形拱部,并预留核心土。地层开挖面的台阶长度一般控制在1~1.5倍洞径范围之内。
再次,核心土距离拱顶约1.6m,其两侧距边墙约0.8m,长度为1~1.5m,核心土边缘应设安全坡度。
接着,架设拱部格栅钢架,挂钢筋网片,均匀喷射混凝土[5],打设锁脚锚杆[6],开挖核心土,施作临时仰拱。
最后,开挖隧道下部台阶土体,安装钢格栅,挂钢筋网片,施作边墙,仰拱初期支护,管片封闭成环。
3 深孔注浆加固技术
3.1 深孔注浆前的准备工作
3.1.1 选择施工方法
隧道全断面深孔注浆选用后退式(WSS)注浆施工方法,分节钻孔,每节长度为2m,两节之间采用双孔专用接头,使用专用钻头钻孔。单根注浆管长度为2m,钻孔角度为15°。每个注浆循环段之间搭接2m,下一段注浆前应施作止浆墙。
3.1.2 计算注浆比
深孔注浆应选择流动性、渗透性和充填性较高的注浆材料。计算深孔注浆加固的注浆比,其计算公式如下:
(1)
式中:N1表示深孔注浆加固的注浆比;D15表示大于注浆材料粒径的砂粒质量占总质量的15%;d85表示小于注浆材料粒径的砂粒质量占总质量的85%。
根据注浆比计算结果,选择符合粒径要求的高性能注浆材料,保证注浆材料充填到浅埋暗挖深孔后,能够达到较高的固结强度,且能够在地铁隧道环境内长期处于稳定[7]。
3.1.3 计算注浆量
在进行深孔注浆之前,应计算注浆量,其计算公式如下:
(2)
式中:Q表示深孔注浆加固的注浆量,R表示深孔注浆浆液扩散半径,H表示深孔分段注浆长度,φ表示地铁隧道地层空隙率,δ表示地铁隧道空隙充填率,η表示注浆浆液损失率。通过计算,获取地铁隧道浅埋暗挖施工深孔注浆量。
3.1.4 确定注浆方法
根据该工程的实际情况,采用扇形方式布置预留注浆深孔,控制深孔注浆的间距不超过0.4m,末端间距不超过1m[8]。
采用后退式分段注浆方法,配套选用止浆阀、接头管和孔口管,将其放入注浆管中,随后布设在隧道浅埋暗挖深孔内。沿着地铁隧道的前进方向,进行超前注浆加固土体。地铁隧道浅埋暗挖深孔后退式分段注浆原理如图1所示。
3.1.5 设置止浆墙
进行深孔注浆前,需要在上台阶核心土范围外的掌子面设置厚度为0.3m的止浆墙。止浆墙设置双层?6@150×150钢筋焊接网和?22@500×500钢筋加强。采用C20喷射混凝土进行喷射加固。核心土范围采用厚度为50mm的C20喷射混凝土喷射加固。封闭地铁隧道浅埋暗挖掌子面,形成封堵墙,在墙内预埋符合加固施工要求的钢管,便于钻机开孔施工[9]。
3.1.6 钻进成孔
注浆孔采用地质钻机成孔,钻杆采用?50双重管钻杆,钻机按照指定的位置就位,调整钻杆角度,对准孔位后,钻机不得移位。注浆孔分3层布置,层间距为0.5m×0.5m,孔间距为0.5m×0.5m呈梅花型布孔。
钻进成孔过程中,按注浆长度及注浆范围要求,严格控制钻杆深度,保持慢速运转,掌握地层对钻机的影响情况,以确定该地层条件下的钻进参数。密切观察溢水、出水情况。若出现大量溢水,应立即停钻,查清原因后方可继续施工。
退出钻杆过程中严格控制钻杆的退出速度,每次退出不大于200mm,均速后退。退出后的钻杆应及时清洗干净。
3.2 深孔注浆施工方法
注浆压力为0.2~0.8MPa;采用速凝浆液,其凝固时间为1~2min;钻杆回抽幅度约15~20cm。注浆速度与地层的孔隙、连通情况和密实度有关,因此将注浆速度暂定为10~20L/min。
注浆采用注浆量和注浆压力双控注浆,每根导管注入规定浆液,压力达到注浆终压时,即可结束注浆。如注浆压力长时间不上升,流量不减少,可能出现跑浆现象,此时采用间歇注浆。由深孔孔底向外分段注浆加固。按照分段注浆顺序,循环加固施工,直至整个地铁隧道加固区段完成深孔注浆,即结束深孔注浆加固施工。
4 深孔注浆加固技术应用实例
在将深孔注浆加固技术投入地铁隧道工程施工之前,需模拟浅埋暗挖施工流程,对该技术的有效性及施工加固效果進行测试,确认该项技术的施工加固效果能够达到预期要求后,方可投入工程应用。
4.1 工程概况
选取北京地铁8号线三期隧道工程作为实例进行应用分析研究。该隧道工程庞大、结构复杂,本次试验从中选取一个区间,即木樨园桥南站至大红门站区间。选取的隧道区间始于京煤二厂中街与南苑路相交路口,由北往南敷设,直至南苑路与石榴庄路相交路口。8号线地铁隧道区间段的工程参数如表1所示。
选取的区间段为正线下穿凉水河隧道工程,其包括D2000污水管、D3000污水管、3400mm×1600mm雨水方沟等管线。在掌握地铁隧道工程相关情况后,参照浅埋暗挖施工方法和深孔注浆加固技术,开展分析研究。
4.2 分析实验结果
为了增强应用分析测试结果的说服力,引入对比实验。将8号线地铁隧道区间段设置为实验组,将文献[2]、文献[3]提出的施工技术,分别设置为对照组1与对照组2。模拟上述3组的浅埋暗挖施工加固全过程,获取加固结果,并作出客观评价。
选取地铁隧道地表沉降值作为此次应用分析的评价指标,隧道地表允许的最大沉降值为30mm。根据该地表沉降监测基准,判断本文提出的浅埋暗挖施工深孔注浆加固技术是否可行。
随机在北京地铁8号线三期隧道工程中布设沉降监测点,保证每15m布设1个隧道地表断面沉降监测点,将沉降监测点标记为D-01、D-02、D-03、D-04、D-05、D-06。使用精密水准仪,监测北京地铁8号线地铁隧道区间段地铁隧道的地表沉降值,得出的地铁隧道3组地表沉降值,如图2所示。
通过图2可知,这3组浅埋暗挖施工加固技术应用后,隧道地表沉降值存在较大差异。北京地铁8号线应用地铁隧道浅埋暗挖施工及深孔注浆加固技术后,6组监测点所在隧道地表位置对应的沉降值,始终小于对照组1与对照组2的沉降值。北京地铁8号线地铁隧道地表沉降变形较小,最大沉降变形小于0.5mm。
从对比结果可知,本文提出的浅埋暗挖施工深孔注浆加固技术具有较高的可行性,隧道地表的自稳能力与承载能力较强,确保了地铁隧道开挖施工标准段结构的安全性与稳定性,加固施工效果优势显著。
5 结束语
综上所述,为了优化地铁隧道浅埋暗挖施工深孔注浆加固效果,提高隧道地表土层的自稳能力与承载能力,控制地表沉降变形。
本文以北京地铁8号线三期隧道工程中的一个区间段为例,开展了地铁隧道浅埋暗挖施工深孔注浆加固技术研究,有效控制了隧道大断面开挖施工的安全和质量,对促进地铁工程建设具有积极意义。
参考文献
[1] 胡高鹏,艾鹏,侯振华,等.富水复杂环境下地铁暗挖施工
变形控制及地下水治理技术[J].建筑技术,2023,54(15): 1834-
1837.
[2] 杨磊,朱富丽,张浩.地铁隧道侧穿桥梁桩基工程注浆加固
控制及监测管理研究[J].城市轨道交通研究,2022, 25(10):
165-170.
[3] 杨洁,侯蕾,张君兰,等.浅埋暗挖地铁隧道施工技术与风
险的相关研究[J].居业, 2022(9): 34-36.
[4] 程险峰.换乘通道暗挖施工穿越既有地铁车站的安全影响
分析及处理措施研究[J].工程与建设,2022, 36(4): 1097-
1100.
[5] 周伟,牛斌,曾德光,等.浅埋暗挖法隧道下穿管线施工控
制标准及控制措施研究[J].城市轨道交通研究, 2021, 24(9):
20-24.
[6] 张小伟,张丽,韩亚飞,等.大断面平顶地铁暗挖车站下穿
既有建筑方案研究及变形控制:以北京地铁8号线三期前
门站工程为例[J].隧道建设(中英文),2021,41(6): 979-987.
[7] 胡平.城市地下综合管廊浅埋暗挖下穿富水河道施工风险
与控制技术研究[J].施工技术,2021,50(7): 94-98+103.
[8] 阎岩,刘仰鹏,沈立伟,等.复杂地质条件下热力暗挖隧道
穿越道路的关键技术研究[J].区域供热,2020(6): 111-121.
[9] 付培英,张海东,刘亚斌,等.繁重交通、复杂管线、富水
软岩高风险差异洞室地铁通道暗挖施工技术[J].施工技术,
2020, 49(S1): 668-671.