城市地铁穿软流塑地层段的设计施工技术.doc

城市地铁穿越软流塑地层段的设计施工技术 ? 摘要:软流塑地段围岩自稳能力极差,易坍塌,严重时可能发生突水涌泥现象,地层加固难度较大。通过已经成功修建的工程实例重点剖析城市地铁在穿越软流塑地层时的设计施工技术,重点对洞内注浆加固、软弱围岩仰拱超前、水平旋喷加固、冻结加固法等施工辅助工法进行介绍和比选。同时对软流塑淤泥质粉质黏土地层进行劈裂注浆的原理、可行性、加固范围与扩散半行、注浆压力、注浆量、浆体材料和配比、注浆效果等进行了研究。 关键词:城市地铁;软流塑地层;区间隧道;辅助施工工法;劈裂注浆 ? 0 前言 ????? 南京地铁南北线一期工程珠江路站~鼓楼站及鼓楼站~玄武门站区间隧道采用浅埋暗挖法施工,区间为双洞单线,线间距为15.2~17.2m,洞顶覆土厚约8~9m,隧道上部有多栋2~7层的居民楼,隧道下穿交通干线及多条市政管线。两隧道分别有200多m全断面穿越自稳能力极差的软流塑淤泥质粉质黏土地层,而在软流塑土层中修建矿山法隧道还没有成功的经验可以借鉴,如何保证道路、管线及建筑物的安全与正常使用是地铁建设面临的一个重大技术难题。因此南京地下铁道有限责任公司审批成立了科研组,专题研究软流塑淤泥质粉质黏土地层的浅埋暗挖区间隧道施工技术,历时一年半优质高效完成了科研任务。 1 软流塑地层矿山法隧道施工难点 ????? 软流塑淤泥质粉质黏土具高压缩性、高灵敏度、低强度、易变形等特性,易产生蠕动现象。这种特性给隧道施工带来诸多困难。 ????? ①开挖后自稳能力极差,易坍塌,严重时可能产生涌泥现象使施工无法进行。 ????? ②施工过程中地面沉降难以控制,太大的沉降易引起路面开裂甚至塌陷而影响交通安全。 ????? ③太大的沉降易造成地下管线破裂及建筑物开裂。综上所述,在该地层中用矿山法修建隧道必须对土体进行预加固,提高土体硬度及自稳能力方可进行隧道掘进。 2 结构设计方案 ????? 科研组在进行了大量的数值计算和模型试验后, 确定该区间隧道按施工过程中的信息反馈进行动态设计。施工图预设计确定结构为复合式衬砌,初期支护为锚喷支护,二次衬砌为模筑钢筋混凝土衬砌,过楼房段初期支护为模筑混凝土衬砌。 3 施工辅助工法的比选 ????? 目前常用的辅助工法有:洞内注浆加固法、软弱围岩仰拱超前法、水平旋喷加固法、冻结加固法。 3.1 洞内注浆加固 ????? 拱部土体加固:在隧道拱部150°范围静压顶入Ф108长管棚,注浆加固范围1.5m,大管棚搭接长度3m,环向间距0.35m;在大管棚之间不开孔直接顶入Ф32小导管并注浆,小导管环向间距0.35m,搭接长度1.5m。钢管打孔注入32.5级水泥-水玻璃双液浆;边墙采用Ф25中空锚管注浆加固。 ????? 掌子面土体加固:采用13m长PVC中长管对隧道掌子面劈裂注浆,加固开挖轮廓线以内的地层,防止开挖过程中发生洞内突泥。注浆顺序应先四周后中间,中间检查孔兼排水孔,以利于软土地层中的孔隙水在注浆过程中受到挤压时能顺利排出。设计施工顺序见图1、2、3。 ????? 最后在管棚与加固拱圈的保护下进行隧道掘进。 ????? 该工法在软弱地层浅埋隧道施工中能有效控制地面沉降,技术成熟,施工简单,造价较低。 3.2 软弱围岩仰拱超前法 ????? 先开挖隧道的下部,在隧道中部静压顶入Ф108长管棚并注浆,对下导坑拱部土体进行超前加固,同时施做下部初期支护,封闭下导坑,然后开挖上台阶。设计施工顺序见图4。 ????? 该工法由于上部开挖形成的上拱圈可以落在下部的基础之上,在软弱地层浅埋隧道施工中能很好的控制地面沉降及拱顶下沉,较好的控制掌子面的位移,但工序复杂、工期长且施工组织难度大,工程造价较高。 3.3 水平旋喷加固法 ????? 利用钻机钻孔,把带有钻头的喷浆管钻进地层的同时钻头上的喷浆孔开始喷浆,钻头旋转搅拌土体,将软土与浆液强制拌和,发生一系列物理、化学反应,凝结成整体性、水稳性都较好的高强度的浆液加固体,在固结体的保护下进行隧道的开挖与支护。设计施工顺序见图5、6。 ????? 该工法能很好的控制地面沉降及拱顶下沉,但工法不成熟,属新工法,新工艺,且水平旋喷机工效低,工程造价较高。 3.4 冻结加固法 ????? 在要开凿的隧道周围布置Ф108冻结钢管,采用机械压缩方法制冷,通过低温盐水在冻结器内循环,吸收松散含水地层的热量,使地层冰冻,逐渐形成封闭的具有一定强度和稳定性的人工冻结岩土壁。同时在冻结孔内插入Ф42钢管增加土体强度。然后在冻结壁的保护下进行隧道的开挖与支护。设计施工顺序见图7。 ????? 冻结法作为一种特殊的施工技术,防水和加固地层能力强,又不污染水质,特别适用于涌水、流沙、淤泥等复杂不稳定地质条件下的土木工程施工。但冷冻需要大量氟利昂,会造成环境污染,且冷冻法工期长,造价昂贵,