地鐵隧道地層注漿預加固施工技術研究 摘 要:針對不良地層,殘余水及塌方問題,簡單闡述了土體超前注漿預加固是暗挖隧道施工的關鍵環節,主要通過常用的幾種注漿工藝來分析比較砂質地層中注漿加固的效果,通過性能、工藝、可操作性等方面的對比,選擇適當的注漿方法,以保證在安全的前提下順利進行工程施工。 關鍵詞:砂層,隧道,注漿,預加固 0 引言 地鐵暗挖施工技術是一項新發展的技術,相比較于明挖法而言,具有占地少、對交通影響小、受地面征地改移因素制約小等優點,而得到了較廣泛的推廣。較常用的超前注漿預加固措施主要有錨桿、超前小導管、超前大管棚等。超前小導管注漿施工由于其操作工藝簡單,施工方便,地層適用性強,而得到了廣泛的應用。 注漿就是在隧道開挖之前,沿其拱部開挖輪廓線,外圍用鉆機成孔(或其他工具),然后利用注漿泵將漿液注入到地層中。漿液凝結硬化后,在隧道拱部形成一道連續的拱墻,從而達到加固圍巖、截斷殘余水、減小作業面坍塌的效果,為施工創造良好的作業環境。 1 工程概況 1.1 結構形式 青年大街站—懷遠門站區間為標準雙線雙洞隧道,主體結構為馬蹄形斷面,復合式襯砌,采用礦山法施工。初期支護采用C25噴射混凝土+格柵鋼架措施,厚度為25 cm;二次襯砌采用C30,S10模筑防水鋼筋混凝土結構,厚度為35 cm。初支與二襯之間設一道1.5 mm厚的ECB柔性防水板進行全包防水處理。 1.2 工程地質 本區間地質為渾河高漫灘及古河道,圍巖類別為Ⅰ類~Ⅱ類,主要為中粗砂及礫砂層,地形變化比較平緩,地面標高介于44.67 m~49.63 m之間,最大地面高差4.96 m,區間隧道頂板埋深介于17.9 m~10.4 m之間。 2 注漿管施工方法 根據設計文件要求,注漿小導管采用Φ42 mm,t=3.5 mm的熱軋鋼管,布置在拱部開挖輪廓120°范圍內,管壁每隔100 mm~200 mm交錯鉆眼,眼孔直徑6 mm~8 mm,管外端剩余1 m不鉆孔,小導管長度為2.5 m/根,每兩榀格柵打設一排(格柵間距50 cm/榀),環向間距30 cm,外插角15°~20°左右。 原設計小導管長2.5 m/根,兩榀一打,但施工過程中很容易造成拱部土體坍塌。通過現場調整,將打設頻率改為逐榀打設,小導管長度改為1.8 m/根。小導管打設時沿格柵外側內環鋼筋的上部及內側外環鋼筋的下部打入,導管角度控制在15°左右。這樣在下一循環開挖時小導管與開挖輪廓面的距離基本都控制在10 cm左右(屬注漿加固有效范圍),可以有效保證開挖面的穩定。 3 超前注漿施工工藝 超前注漿主要適用于隧道拱部處于無粘結力、自穩能力差的砂層及礫砂、卵石層中。針對注漿材料的不同,注漿液主要有水泥漿、水泥—水玻璃雙液漿、改性水玻璃漿、固砂劑等。 3.1 超前小導管注漿參數 1)注漿壓力:0.4 MPa~0.6 MPa; 2)漿液擴散半徑:15 cm~25 cm; 3)注漿速度:不大于30 L/min; 4)漿液注入量:按公式Q=π·R2·L·n·α·β計算。其中,R為漿液擴散半徑,m;L為注漿管長,m;n為地層孔隙率;α為地層填充系數,一般取0.8;β為漿液消耗系數,一般取1.1~1.2。 3.2 水泥漿 水泥漿主要適用于無水的中粗砂層及礫砂、卵石層中,水灰比為(1.2~0.8)∶1,并可摻加0.5%(占水泥比重)的食鹽以及0.05%(占水泥比重)的三乙醇胺復合促凝劑,以加快凝結速度。水泥漿的主要特點是注漿工藝簡單,可操作性強,成本低廉,但凝結速度較慢,具有一定的局限性。 3.3 水泥—水玻璃雙液漿 簡稱C-S漿液,其中水泥漿采用水灰比為(1~1.5)∶1的漿液(質量比),根據膠凝時間的不同可適當摻加1%~3%的緩凝劑。
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水玻璃漿液由40 Be′稀釋到35 Be′~38 Be′左右。根據雙液泵的工作原理,將兩種漿液的體積比盡量調整為1∶1左右。水泥—水玻璃雙液漿的特點是凝結性能好,并能夠根據現場需要合理調整凝結時間(幾十秒至幾十分鐘),結石率高,結石體強度較高,具有凝結及填充空隙的雙重作用;缺點是操作工藝較復雜,注漿設備(雙液泵)較昂貴,兩個注漿管的進漿量無法保證達到設計要求的比例,造成初凝時間的變化。而且水泥—水玻璃雙液漿的凝結體具有時效性,其中的堿離子由于溶解而造成固結體疏松,從而導致注漿效果下降直至消失。 3.4 改性水玻璃漿 改性水玻璃漿是在弱堿性的水玻璃中加入一定量的稀硫酸使之呈弱酸性,主要工作步驟是:將水玻璃溶液由40 Be′稀釋到10 Be′~20 Be′;硫酸由98%以上濃度稀釋為10%~20%稀硫酸。然后將一定量的水玻璃溶液倒入稀硫酸溶液中,邊倒邊攪拌,使之充分混合。 改性水玻璃漿液具有價格低,可注性好,凝結時間可調等優點,缺點是硫酸危險性較大,以及由于漿液已經提前混合,剩余漿液無法較長時間放置等。 3.5 固砂劑漿液 自流平固砂劑為沈陽市某公司專門針對沈陽砂層地質注漿加固而研制的,是由無機膠凝材料為基材,以及多種輔助材料復合而成的新型注漿材料。該產品具有水中不離散、硬化速度快、早期強度高、操作時間可以調整等特點。 技術性能指標:1)自流平固砂劑凈漿流動度可達到440 mm,具有良好的流動性和自密實性,可灌性能好。2)水灰比可控制在0.8∶1~ 4∶1之間,根據現場需要調整配合比。3)凈漿的初凝時間為7 min~10 min,終凝時間為10 min~13 min,間隔不大于3 min。環境溫度每下降5℃凝結時間延長1倍。4)注漿壓力控制在0.6 MPa以內,使用10 m3以上空壓機配合即可完成注漿。 4 結語 應用注漿法克服不良地層,解決殘余水及防止塌方問題,在國內外已有很多成功的經驗。土體超前注漿預加固是暗挖隧道施工的關鍵環節,是保證安全開挖的重要步驟,此工序在砂層地質中尤為重要。因此,隧道施工時每一環在開挖前都必須進行嚴格注漿,并保證足夠的凝結時間,確保砂層有效固結。在實際施工過程中,應不斷摸索改進經驗,根據地質情況的變化,選擇適當的注漿方法,及時調整漿液參數,協調解決注漿加固方法在不同地質中的經濟適應性,充分考慮成本、質量、安全及進度之間的關系,保證工程順利實施。 參考文獻: [1]崔玖江.隧道與地下工程修建技術[M].北京:科學出版社,2005. [2]彭澤潤.北京地鐵復八線土建工程施工技術[M].北京:中國科學技術出版社,2003. [3]關寶樹.隧道工程施工要點集[M].北京:人民交通出版社,2003. [4]楊海鴻.砂卵石富水地層注漿加固技術[J].山西建筑,2007,33(7):333-334.
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