富水地段浅埋暗挖地铁隧道施工技术研究.doc

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1、某某段浅埋暗挖地铁隧道施工技术研究摘要:介绍某某地铁 科学 馆某某区间隧道施工 方法 及采取的措施,成功地解决了浅埋暗挖软弱地层区间隧道施工技术难题,所采用的超前引排地下水以及隧道内降水措施,克服了富水软弱地层施工技术难题。关键词:地铁隧道; 富水软弱地段; 浅埋暗挖; 降水; 超前排水1 工程概况 某某地铁科学馆某某区间线路自西向东行进于深南中路地下,线间距为13.2 m , 隧道为两单洞结构,全长790.7 m 。在区间隧道中部,深南大道北侧设施工竖井1 座。工程地质情况由上到下为覆第四系全新统人工堆积层、海冲击层及第四系残坡积层,下伏燕山期花岗岩。第四系全新统人工堆积层主要为人工素填粘土

2、,粉质粘土及碎石等;海冲击层为粘土、粉砂、中砂、砾砂及部分透镜体状淤泥;第四系残坡积层为砂质粘性土、砾质粘性土;燕山期花岗岩在工程区域内全部为全风化花岗岩。场区围岩为 类 类。地下水埋深1.77.4 m , 主要为空隙潜水及基岩裂隙水,地下水水量丰富,降雨量丰富,水源补给充沛。区间隧道所处位置环境复杂,两侧管线及建筑物密集,地下管线种类繁多,其中纵向18 条、横向27 条,分布复杂,对施工 影响 较大。区间隧道南北两侧有高层建筑20 余幢,隧道结构边缘距两侧建筑物最近约15 m 。2 施工技术难点(1) 环境条件复杂 本工程位于深南大道下,道路两侧管线、建筑物密布,深南大道 交通 量大。隧道埋

3、深浅,管线、建筑物基础均位于隧道施工扰动范围内,隧道施工不能危及管线及建筑物安全,对施工扰动必须严格控制,但区间隧道所处的地层软弱。而对软弱围岩来说,控制变形扰动极其困难。(2) 地下水丰富某某地处亚热带海洋气候区,地下水丰富,降雨充沛,地下水补给充足,这对地下工程施工有很大影响。首先是隧道开挖后,大量地下水渗入隧道,围岩失水固结,地表下沉,对地表路面交通以及两侧刚性管线带来极大的危害。其次是地下水渗透对围岩产生软化作用,围岩由硬塑变为软塑状态,甚至变为流塑状态,产生大变形而丧失稳定性,施工中如何控制地下水是保证顺利施工的关键。由于地下水的渗透作用,地下水控制十分困难。因工程所处位置限制,没有

4、降水作业条件。因而,地下水的控制显得非常重要且极为困难。(3) 围岩软弱易扰动且稳定性差 区间隧道穿越地层主要为第四系残积层的砂质粘性土、砾质粘性土,局部地段为海冲击砂层,地层软弱。隧道开挖后周边围岩在自重应力的作用下松弛变形, 控制不好易产生变形坍塌。同时,受地下水的作用软化后丧失稳定性,给施工带来困难,特别是由硬塑变为流塑后,随地下水一起涌入隧道内形成大的坍塌涌泥, 严重危及周边结构物及施工安全。施工时,必须采取严格措施控制,防止产生大的变形及坍塌。3 主要施工方法 根据本工程地质情况,结合地下水发育情况,本工程采用长台阶法施工,上台阶采用弧形开挖留核心土法施工。在开挖前,对开挖体采取超前

5、降排水措施降低地下水位后,再行开挖。其施工程序见图1 。(1) 上台阶施工 为减少开挖对围岩的扰动,上台阶采用人工风镐开挖,先开挖拱部环行,留核心土,待拱部支护结构完成后开挖核心土。台阶长度5101010 m , 开挖土方人工装车翻运至下台阶。隧道上台阶开挖循环进尺为110 m , 开挖完成后,立即进行初期支护作业。(2) 下台阶开挖及支护下台阶采用人工配合机械开挖, 开挖机械选用 超前小导管施工; 上台阶环形开挖; 注: 上台阶支护结构施工,格栅钢架、喷混凝土等; 核心土开挖; 下台阶开挖; 仰拱及填充混凝土施工; 下台阶支护结构施工; 拱墙衬砌施工。图1 台阶法施工程序 DH55 -V 小

6、型挖掘机。开挖施工时,机械开挖中央土体,两侧轮廓预留3050 cm 人工开挖、修整,保证开挖轮廓线圆顺,减少对土体的扰动。隧道下台阶开挖循环进尺为110 m ,开挖完成后, 立即进行支护作业,封闭成环。在开挖施工时,不得超循环进尺开挖,以保证施工安全。4 隧道支护结构(1) 支护参数 区间隧道初期支护采用喷锚构筑法施工,不同地质地段采用不同支护参数,少水地段支护设计参数见图2 ,某某段支护参数设计见图3 。图2 少水段支护设计参数示意 图3 富水段支护设计参数示意cm。管棚施工完成后,采用HFV -5D 型双液注浆泵注入水泥-水玻璃双液浆。注浆采用跳一注一后退式进行。浆液水灰比为0.81.0

7、,水玻璃玻美度为3035 Be,注浆压力为0.60.8 MPa ,注浆完成2.0 h 后进行开挖。(2) 支护施工20 25 Be, 双液浆体积比为1 1 。注浆压力为1.2 超前管棚本工程在富水砂层地段采用76 MPa 。mm 管棚超前支护。管棚采用XY-100 型液压钻机成超前小导管根据设计情况,小导管在少水段布置在拱部120°范围内;在某某段,布置在拱部180° 范围内。小导管采用32 mm 钢管,长3.5 m ,每两循环布置1 组,环向间距为30 cm。小导管采用凿岩机成孔,之后采用凿岩机推管入孔。小导管内注入水泥-水玻璃双液浆,水灰比为0.60.8 ,水玻璃玻美度

8、为格栅钢架钢架分段在洞外加工,洞内拼装,为孔,然后用钻机将76 mm 钢管顶入孔内。管棚采用防止拱脚下沉,在两侧各设1 根锁脚锚杆,锚杆长3.5 分节组装,每段长度为45.0 m ,采用丝扣联结。管m。钢架设置间距在围岩条件好时为1.0 m ,围岩条件棚长1210m ,布置在拱部150°范围内,环向间距为40 较差且地下水量大时为0.75 m。环向采用22 mm 钢筋、间距50 cm 连接成整体。 喷混凝土喷混凝土采用湿喷工艺,多次复喷至设计厚度。混凝土洞外拌制,经竖井串桶下到料车内运至施工点,喷射作业采用TK-961 湿喷机。5 隧道施工关键技术 天科区间穿越地层为砾质粘土层及全风

9、化花岗岩层,部分段落隧道拱顶地层中含有透镜体状中砂、砾砂层,隧道上部地层中有市政管线20 条,其中煤气管线2 条,穿越2 座人行天桥。施工中采用了超前小导管注浆、超前排水以及施工监测,保证结构物安全和施工顺利的关键技术。(1) 超前注浆固结地层 因区间隧道穿越地层为砂质粘土,局部地段为海冲击砂层,地下水丰富。设计采用32 mm 超前小导管超前注浆固结地层,封堵地下水。小导管长315 m , 在一般地段布置在开挖轮廓线外拱部120°范围内,砂层某某段采用76 mm 管棚与32 mm 小导管共同注浆加固地层,并在开挖面上台阶按1.0 m ×1.0 m 间距布置,注浆作业采用KB

10、Y-50/70 及HFV -5D 双液注浆机注浆,注浆压力管棚控制在0.60.8 MPa , 小导管控制在1.2 MPa 。注浆作业由下向上后退施工,两侧分别向中间进行,最后完成拱顶注浆。 采用上述注浆后,在开挖时围岩稳定,没有产生坍塌或大变形情况,注浆效果明显。注浆用水泥水玻璃双液浆,配合比经试验确定,其凝结时间、固结强度必须达设计要求,达到固结岩体、提高岩体稳定能力及防水止水的效果。(2) 超前引排地下水 区间隧道位于地下水位以下,开挖后大量地下水涌入隧道内,给施工带来很大 影响 ,同时由于地下水的作用,粘土层在地下水的作用下软化,水量大时成流塑状, 造成拱脚下沉、两侧涌泥,支护结构下沉,

11、施工极为困难,为保证施工安全,经多次 研究 决定采取降水措施。由于区间隧道位于某某市繁华的深南大道下,两侧建筑物密布,无法进行地面降水,根据现场实际情况,结合地质情况,最后采用隧道内超前排水和隧道内降水两项措施,成功地解决了地下水对施工的影响 问题 。 超前排水超前引排水在全部区间隧道内采用,排水效果明显,基本保证拱脚至隧道底部以上处于少水状态,改善了施工条件,保证围岩稳定,超前排水设计见图4 。钢管内排引的地下水由排水管道直接排入集水井排出。108 mm 钢花管采用地质钻机钻孔并推管入孔,仰角为1°3°,钢管分段组装,分段长度4 5 m , 丝扣连接,左右两侧各布置1 个

12、,随着开挖的进行分段拆除。图4 超前引排水布置示意(单位:m) 隧道内降水在第四系残积砂质粘土地段,由于地层渗透性差,采用超前引排水效果不明显,开挖作业时,地下水仍较大,为保证顺利施工,采用轻型井点降水。轻型井点采用50 mm 轻型井,井点布置见图5 。井点在下台阶开挖完成地段布置,井点布置斜插角度为20°25°,井垂直深度大于3.0 m , 即降水深度大于底板以下3.0 m 。纵向每5.0 m 布置1 组,每组在隧道两侧各布置2 口,用J SJ 30 型射流泵将井点管连接吸排地下水。图5 隧道内轻型井点降水示意(单位:m) (3) 监控量测技术 地铁区间隧道埋深浅,隧道施工对周围扰动较大, 特别是地表沉降对地表路面行车以及道路两侧管线影响很大。为减少施工影响,施工中必须进行施工监测工作,信息化施工; 同时,监测信息能及时了解围岩稳定情况,支护结构变形情况,及时修改施工参数及支护参数,切实保证施工安全。 施工监测主要进行地表沉降监测、隧道拱顶下沉、净空收敛、支护结构变形、支护内力等。监测工作严格按照规范要求布设监测断面,按要求频率进行日常监测工作,对监测信息及时 分析 整理,指导施工。