【摘要】通过对深圳地铁大科区间2# 竖井穿越不良地质地层施工技术及提升系统的分析研究,为地铁类似工程施工提供经验借鉴。
【关键词】旋喷止水帷幕 流塑状粘性土 竖井施工
1 工程概况
深圳地铁大科区间2# 竖井位于同心路西侧的深圳市政府苗圃内,横通道与隧道相交,里程为右SK3 + 739 。竖井内净空平面尺寸5 m ×6 m ,深度25.724 m。井身穿过素填土、饱和含水砂层、软塑～流塑状砂质粘性土、全风化花岗岩等地层,水位埋深1.93～5.73 m。竖井采用明挖法施工,复合式衬砌结构。
2 施工方法及实施要点
2.1 旋喷止水帷幕的设计和施工
高压旋喷桩止水帷幕能隔断地下水的渗流,防止基坑开挖出现涌砂。桩的直径与土质、施工方法等有关,需根据试验和工程实际确定,本工程考虑施工不确定因素,决定采用双重止水桩,桩体直径为60 cm。
水泥浆液的用量按下式计算:
Q =0125πD2 Hα(1 + β) 式中 Q — 硬化剂的用量(m3) ; D — 设计的加固直径(m) ; H — 设计桩长(m) ; α 混合系数,α = 1.1～1.3 , 与加固直径和土质有关; β 作业损失系数。
设计旋喷桩直径D = 60 cm ,作业损失系数β按10 %计算,可得单位长度旋喷桩水泥浆用量为340～400 L/m。
井口段富水地层设双排<600 旋喷桩形成帷幕止水,桩长17 m ,共124 根,采用双重管法施工。旋喷材料为普通水泥浆,水灰比0.75～1.00 ,添加水泥重量2 %的CaCl2 作速凝剂,浆液宜在旋喷前一小时以内搅拌。钻机安放要求水平, 钻杆垂直, 其倾斜度≯1.5 % ,注浆管分段提升的搭接长度≮100 mm ,旋喷冒浆量应控制在10 %～25 % ,相邻两桩施工间隔时间≮ 48 h ,间距应≮2 m。
2.2 竖井施工
2.2.1 井口锁口段施工
竖井井口段深3 m ,埋置在素填土地层中。井口基坑最大开挖平面尺寸8.6 m ×9.6 m。井口设置C15 混凝土挡水埝,高出地表30 cm。竖井锁口段为C25 钢筋混凝土。井口段凿除1 m 旋喷桩头后采用WY60 反铲开挖,一次挖至地表下3 m ,周边留30 cm ,基坑隐蔽报检后绑轧结构钢筋,设置各种管线、提升架及梯子间预埋件,立模后整体灌注C25 混凝土。
2.2.2 井身段开挖和初期支护
井身标准段平面开挖尺寸6.4 m ×7.4 m ,人工配合风镐向下开挖,每循环下挖进尺为一榀钢筋格栅间距(0.5～0.75 m) ,中间设置集水坑,集水坑先行施工, 然后向井壁扩挖,修边成形。开挖成型后先初喷5 cm 厚C20 混凝土,然后挂网,布设L = 3.0 m <22 系统锚杆,环向间距1 m ,梅花型布置。架立环形格栅钢架, 复喷C20 混凝土至设计厚度30 cm ,完成初期支护。当下挖至马头门上方时,安设两榀上下重叠的钢格栅加强马头门支护。施工过程中因设旋喷桩止水段,虽然井身穿过饱和含水砂层,但能安全施工,帷幕止水效果良好。
竖井开挖超过旋喷桩止水帷幕深度后( 地表下17.5 m 处),由于地下水丰富,砂质粘性土地层出现涌砂涌泥现象。为保证安全,施工时根据地质情况变更原设计<22 砂浆锚杆为<42 超前注浆小导管,沿井壁灌注水泥2水玻璃双液浆,进行超前预加固。双液浆体积比1∶1 ,水泥浆水灰比0.8 ,水玻璃浓度35 Be ,小导管长3.5 m ,环向间距0.5 m ,俯角30°,每次开挖循环进尺50 cm。成功地穿过了流塑状砂质粘性土地层。
2.3 马头门施工
竖井进入横通道处俗称“ 马头门”,是施工开挖的薄弱点。由于马头门范围井身段为软塑状砂质粘性土,施工时根据地质情况变更原设计拱顶单排<42 超前注浆小导管为双排小导管,并增设边墙<42 超前注浆小导管一排,小导管长3.5 m , 外插角14°,压注水泥-水玻璃双液浆。由于竖井已开挖至设计深度,并完成了井底二次衬砌混凝土封底,因此马头门破口需搭设临时工作平台,然后在竖井壁上按设计开挖轮廓线放样,施作拱部<42 超前小导管,小导管按设计间距环向布置。待水泥-水玻璃双液浆压注结束4 h 后,破除马头门上半断面井壁初期支护,进尺50 cm , 立即进行上台阶初期支护,架立格栅钢架,打设<42 锁脚小导管并严格注浆, 网喷至设计厚度。拱脚设I20 型钢支撑,纵向焊<22 连接筋加强整体性。如此循环,进尺为单榀格栅钢架间距,马头门处要并立两榀格栅钢架加强支护。待上台阶进尺5 m 后,喷混凝土封闭上台阶掌子面,破除下台阶井壁初期支护,接长上台钢格栅, 及时封闭马头门初期支护,在完成马头门并立两榀格栅钢架后,即正式形成横通道施工工作面。
2.4 竖井二次衬砌
在开挖及初期支护完成后,首先完成井底二次衬砌,待马头门初期支护封闭后,由下往上逐节施作井身二衬结构,剩余竖井二衬施工共分3 次从下向上进行, 与最先灌注的锁口段合龙。灌注方法均采用中心固定式模板支架加固,用串筒输送泵灌注,采用C25 商品混凝土施工,插入式振动棒振捣密实。马头门段横通道二衬与该段井身二衬整体灌注,以提高结构受力整体性,余下井身标准段分2 次灌注。
2.5 竖井提升
竖井配备2 台100 kN 电动葫芦提升2.25 立方米 吊斗,作为出土和下料垂直运输设备,区间隧道二衬施工时在两台100 kN 电动葫芦走行梁间另增设一台30 kN 电动葫芦供二衬钢筋下井用。提升架主要结构由六根立柱、两根纵梁、三根行走梁、五根横梁组成。立柱与基础预埋钢板焊接,立柱、纵梁、行走梁、横梁之间用M20 螺栓连接。
3 结语
竖井穿越复杂地层施工时要遵循“ 管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的施工原则,决不可盲目冒进。另外,对局部坍塌造成的空穴,应在加强初支的情况下预留注浆管进行初支背后注浆填充使之密实,以防塌方继续扩大。施工中要做好超前地质预报工作,如用洛阳铲探孔、地质雷达探测等;需加强施工管理,建立统一指挥,保证施工安全。
参考文献
1 龚晓南. 地基处理手册. 北京:中国建筑工业出版社,2000
2 铁道部第二工程局. 铁路工程施工技术手册(隧道). 北京: 中国铁道出版社,1995
3 北京市城乡建设委员会. 地下铁道工程施工及验收规范. 北京:中国计划出版社,1999
