地铁隧道地层注浆预加固施工技术研究 摘 要:针对不良地层,残余水及塌方问题,简单阐述了土体超前注浆预加固是暗挖隧道施工的关键环节,主要通过常用的几种注浆工艺来分析比较砂质地层中注浆加固的效果,通过性能、工艺、可操作性等方面的对比,选择适当的注浆方法,以保证在安全的前提下顺利进行工程施工。 关键词:砂层,隧道,注浆,预加固 0 引言 地铁暗挖施工技术是一项新发展的技术,相比较于明挖法而言,具有占地少、对交通影响小、受地面征地改移因素制约小等优点,而得到了较广泛的推广。较常用的超前注浆预加固措施主要有锚杆、超前小导管、超前大管棚等。超前小导管注浆施工由于其操作工艺简单,施工方便,地层适用性强,而得到了广泛的应用。 注浆就是在隧道开挖之前,沿其拱部开挖轮廓线,外围用钻机成孔(或其他工具),然后利用注浆泵将浆液注入到地层中。浆液凝结硬化后,在隧道拱部形成一道连续的拱墙,从而达到加固围岩、截断残余水、减小作业面坍塌的效果,为施工创造良好的作业环境。 1 工程概况 1.1 结构形式 青年大街站—怀远门站区间为标准双线双洞隧道,主体结构为马蹄形断面,复合式衬砌,采用矿山法施工。初期支护采用C25喷射混凝土+格栅钢架措施,厚度为25 cm;二次衬砌采用C30,S10模筑防水钢筋混凝土结构,厚度为35 cm。初支与二衬之间设一道1.5 mm厚的ECB柔性防水板进行全包防水处理。 1.2 工程地质 本区间地质为浑河高漫滩及古河道,围岩类别为Ⅰ类~Ⅱ类,主要为中粗砂及砾砂层,地形变化比较平缓,地面标高介于44.67 m~49.63 m之间,最大地面高差4.96 m,区间隧道顶板埋深介于17.9 m~10.4 m之间。 2 注浆管施工方法 根据设计文件要求,注浆小导管采用Φ42 mm,t=3.5 mm的热轧钢管,布置在拱部开挖轮廓120°范围内,管壁每隔100 mm~200 mm交错钻眼,眼孔直径6 mm~8 mm,管外端剩余1 m不钻孔,小导管长度为2.5 m/根,每两榀格栅打设一排(格栅间距50 cm/榀),环向间距30 cm,外插角15°~20°左右。 原设计小导管长2.5 m/根,两榀一打,但施工过程中很容易造成拱部土体坍塌。通过现场调整,将打设频率改为逐榀打设,小导管长度改为1.8 m/根。小导管打设时沿格栅外侧内环钢筋的上部及内侧外环钢筋的下部打入,导管角度控制在15°左右。这样在下一循环开挖时小导管与开挖轮廓面的距离基本都控制在10 cm左右(属注浆加固有效范围),可以有效保证开挖面的稳定。 3 超前注浆施工工艺 超前注浆主要适用于隧道拱部处于无粘结力、自稳能力差的砂层及砾砂、卵石层中。针对注浆材料的不同,注浆液主要有水泥浆、水泥—水玻璃双液浆、改性水玻璃浆、固砂剂等。 3.1 超前小导管注浆参数 1)注浆压力:0.4 MPa~0.6 MPa; 2)浆液扩散半径:15 cm~25 cm; 3)注浆速度:不大于30 L/min; 4)浆液注入量:按公式Q=π·R2·L·n·α·β计算。其中,R为浆液扩散半径,m;L为注浆管长,m;n为地层孔隙率;α为地层填充系数,一般取0.8;β为浆液消耗系数,一般取1.1~1.2。 3.2 水泥浆 水泥浆主要适用于无水的中粗砂层及砾砂、卵石层中,水灰比为(1.2~0.8)∶1,并可掺加0.5%(占水泥比重)的食盐以及0.05%(占水泥比重)的三乙醇胺复合促凝剂,以加快凝结速度。水泥浆的主要特点是注浆工艺简单,可操作性强,成本低廉,但凝结速度较慢,具有一定的局限性。 3.3 水泥—水玻璃双液浆 简称C-S浆液,其中水泥浆采用水灰比为(1~1.5)∶1的浆液(质量比),根据胶凝时间的不同可适当掺加1%~3%的缓凝剂。
[1][2]下一页
[NextPage]
水玻璃浆液由40 Be′稀释到35 Be′~38 Be′左右。根据双液泵的工作原理,将两种浆液的体积比尽量调整为1∶1左右。水泥—水玻璃双液浆的特点是凝结性能好,并能够根据现场需要合理调整凝结时间(几十秒至几十分钟),结石率高,结石体强度较高,具有凝结及填充空隙的双重作用;缺点是操作工艺较复杂,注浆设备(双液泵)较昂贵,两个注浆管的进浆量无法保证达到设计要求的比例,造成初凝时间的变化。而且水泥—水玻璃双液浆的凝结体具有时效性,其中的碱离子由于溶解而造成固结体疏松,从而导致注浆效果下降直至消失。 3.4 改性水玻璃浆 改性水玻璃浆是在弱碱性的水玻璃中加入一定量的稀硫酸使之呈弱酸性,主要工作步骤是:将水玻璃溶液由40 Be′稀释到10 Be′~20 Be′;硫酸由98%以上浓度稀释为10%~20%稀硫酸。然后将一定量的水玻璃溶液倒入稀硫酸溶液中,边倒边搅拌,使之充分混合。 改性水玻璃浆液具有价格低,可注性好,凝结时间可调等优点,缺点是硫酸危险性较大,以及由于浆液已经提前混合,剩余浆液无法较长时间放置等。 3.5 固砂剂浆液 自流平固砂剂为沈阳市某公司专门针对沈阳砂层地质注浆加固而研制的,是由无机胶凝材料为基材,以及多种辅助材料复合而成的新型注浆材料。该产品具有水中不离散、硬化速度快、早期强度高、操作时间可以调整等特点。 技术性能指标:1)自流平固砂剂净浆流动度可达到440 mm,具有良好的流动性和自密实性,可灌性能好。2)水灰比可控制在0.8∶1~ 4∶1之间,根据现场需要调整配合比。3)净浆的初凝时间为7 min~10 min,终凝时间为10 min~13 min,间隔不大于3 min。环境温度每下降5℃凝结时间延长1倍。4)注浆压力控制在0.6 MPa以内,使用10 m3以上空压机配合即可完成注浆。 4 结语 应用注浆法克服不良地层,解决残余水及防止塌方问题,在国内外已有很多成功的经验。土体超前注浆预加固是暗挖隧道施工的关键环节,是保证安全开挖的重要步骤,此工序在砂层地质中尤为重要。因此,隧道施工时每一环在开挖前都必须进行严格注浆,并保证足够的凝结时间,确保砂层有效固结。在实际施工过程中,应不断摸索改进经验,根据地质情况的变化,选择适当的注浆方法,及时调整浆液参数,协调解决注浆加固方法在不同地质中的经济适应性,充分考虑成本、质量、安全及进度之间的关系,保证工程顺利实施。 参考文献: [1]崔玖江.隧道与地下工程修建技术[M].北京:科学出版社,2005. [2]彭泽润.北京地铁复八线土建工程施工技术[M].北京:中国科学技术出版社,2003. [3]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2003. [4]杨海鸿.砂卵石富水地层注浆加固技术[J].山西建筑,2007,33(7):333-334.
上一页[1][2]
