超前支護(hù)及注漿加固是暗挖工程施工中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié),本文主要介紹北京地鐵五號(hào)線4個(gè)暗挖標(biāo)段超前支護(hù)及注漿加固實(shí)施情況,以期為類似城市暗挖工程施工提供參考。
1、工程概況
北京地鐵五號(hào)線02標(biāo)(劉家窯站~蒲黃榆站區(qū)間、蒲黃榆車站)、03標(biāo)(蒲黃榆站~天壇東門站區(qū)間、天壇東門站)、04標(biāo)(天壇東門站~磁器口站區(qū)間、磁器口站)、05標(biāo)(崇文門站)采用淺埋暗挖法施工。其中蒲黃榆站采用22.6m寬大跨度單拱單柱雙層暗挖結(jié)構(gòu),天壇東門站采用23.87m寬大跨度三拱兩柱雙層暗挖結(jié)構(gòu),磁器口站采用21.87m寬大跨度三拱兩柱雙層暗挖結(jié)構(gòu),崇文門站采用24.2m寬大跨度三拱兩柱雙層暗挖結(jié)構(gòu),車站覆土厚度4~9m;區(qū)間采用5.8m×6.3m馬蹄形斷面結(jié)構(gòu),區(qū)間覆土厚度12~15m.車站開挖采用中洞法分塊開挖,區(qū)間采用上下臺(tái)階法開挖。工程經(jīng)過地層包括粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂、中粗砂、砂卵石層。由于暗挖工程均處于鬧市區(qū),沉降控制非常關(guān)鍵。
2、超前支護(hù)及注漿加固技術(shù)
2.1現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況
2.1.1超前地質(zhì)探測(cè)全線暗挖車站及區(qū)間開挖施工過程中為提前探測(cè)前方地質(zhì)及滲水情況,均進(jìn)行超前地質(zhì)探測(cè)。探測(cè)采用的方法見表1.
2.1.2超前管棚暗
挖地鐵開挖洞室跨度相對(duì)較大,施工中超前支護(hù)采用多樣化的超前管棚支護(hù),采用的超前管棚主要類型如下。
02標(biāo)采用Ф114mm單根長(zhǎng)146.6m管棚,共103根;03標(biāo)采用Ф108mm單根長(zhǎng)18m管棚;04標(biāo)采用Ф108mm單根長(zhǎng)10m和18m管棚;05標(biāo)采用Ф108mm單根長(zhǎng)27m管棚,Ф600mm單根長(zhǎng)36m管幕,Ф377mm單根長(zhǎng)36m管棚。
2.2超前管柵施工技術(shù)舉例:?jiǎn)胃L(zhǎng)146mФ114mm超前長(zhǎng)管棚。
。1)設(shè)計(jì)參數(shù)。
02標(biāo)段超前長(zhǎng)管棚沿蒲黃榆車站拱部環(huán)向布置,環(huán)向間距0.3m,縱向貫通車站拱部,單根長(zhǎng)146m,共103根,管棚采用Ф114×5mm鋼管。
。2)工藝流程。
工藝流程見圖1.
。3)施工方法。
采用水平定向鉆機(jī)從東南結(jié)合部往東北結(jié)合部一次性施做導(dǎo)向孔,從東北往東南回?cái)U(kuò)孔拖管,鋼管單節(jié)長(zhǎng)6m,接頭采用絲扣連接。為防止施工管棚串管,施工時(shí)從拱頂往下間隔施工。
。4)使用設(shè)備、儀器。
超前長(zhǎng)管棚施工主要設(shè)備、儀器:FDP-15D水平定向鉆機(jī)、ECLIPSE無線導(dǎo)向系統(tǒng)和地磁地下定位系統(tǒng)、UB-8型砂漿泵。
。5)工效。
由于蒲黃榆車站拱部超前長(zhǎng)管棚位于交通繁忙的蒲黃榆主路下,導(dǎo)向孔鉆進(jìn)采用無線導(dǎo)向系統(tǒng)時(shí)必須在晚間23點(diǎn)到第二天7點(diǎn)之間;施工速度根據(jù)地層及管棚埋深不同施工效率不同。
當(dāng)管棚埋深在10m內(nèi),采用無線導(dǎo)向系統(tǒng)時(shí),粘土層中鉆進(jìn)一根管棚(L=146m)需24h左右;砂層中鉆進(jìn)一根管棚需33h左右。
當(dāng)管棚埋深在10m以下,采用地磁地下定位系統(tǒng)時(shí),管棚位于中粗砂層中,鉆進(jìn)一根管棚(L=146.6m)需38h左右。
(6)管棚注漿。
管棚注漿設(shè)備:UB-8型砂漿泵,最大工作壓力6MPa,最大排量8m3/h,最大水平輸送距離250m.注漿方向:東南車站結(jié)合部往東北車站結(jié)合部,一次性灌注。
管棚鋼管漿液擴(kuò)散孔布置:縱向300mm間距梅花型鉆Ф10mm漿液擴(kuò)散孔,環(huán)向3排。
漿液:水泥漿,外摻少量微膨脹劑,配合比水泥∶水∶膨潤(rùn)土∶鋁粉=1∶0.8∶0.05∶0.001;注漿壓力在1.5MPa左右。
。7)效果。
施工管棚設(shè)計(jì)注漿數(shù)量2.9m3,實(shí)際注漿數(shù)量基本在3.5m3左右。
2.3超前導(dǎo)管施工
超前小導(dǎo)管設(shè)置在車站、風(fēng)道、區(qū)間、出入口通道拱部,區(qū)間拱部超前小導(dǎo)管單根長(zhǎng)L=3m,其余拱部超前小導(dǎo)管單根長(zhǎng)L=2.5m.
(1)工藝流程(見圖2)。
首先按設(shè)計(jì)測(cè)量定位,然后采用煤電鉆孔,成孔檢查后采用風(fēng)鉆頂進(jìn)鋼管,噴射5cm厚混凝土封閉掌子面,最后進(jìn)行漿液壓注。
。2)使用設(shè)備。
鉆孔采用煤電鉆或氣動(dòng)風(fēng)鎬、吹管(自制25mm鋼管),注漿采用UB-8型砂漿泵及KBY-50/70雙液注漿泵。
。3)工效。
車站2.5m長(zhǎng)小導(dǎo)管施工一根需6min,區(qū)間3m長(zhǎng)小導(dǎo)管施工需7min.壓注一根小導(dǎo)管需6min.(4)管的布設(shè)參數(shù)。
車站超前小導(dǎo)管沿起拱線上按0.3m間距環(huán)向布置,每環(huán)104根;縱向每?jī)砷摷懿荚O(shè)一排,即每排小導(dǎo)管縱向間距1m.風(fēng)道、出入口、通道沿拱部120°范圍環(huán)向按0.3m間距布置,風(fēng)道拱部每環(huán)43根,結(jié)合部每環(huán)37根,縱向每?jī)砷摷懿荚O(shè)一排,即每排小導(dǎo)管縱向間距1m.區(qū)間在拱部環(huán)向按0.3m間距布置,每環(huán)25根,縱向每?jī)砷摷懿荚O(shè)一排,即每排小導(dǎo)管縱向間距1.5m.小導(dǎo)管采用Ф32×3.25mm鋼管,鋼管上縱向孔眼間距15cm,孔眼直徑8mm,頂部制作成錐型,尾部焊箍;上仰角控制在7°~10°。
。5)小導(dǎo)管注漿。
區(qū)間砂層壓注化學(xué)漿液,配合比:稀硫酸∶水玻璃=1∶6~8.車站水泥砂漿配合比:水泥∶砂∶水=1∶0.5∶0.7.車站水泥~水玻璃雙液漿∶水泥漿水灰比1.25∶1~0.5∶1,水玻璃模數(shù)2.4~2.8,水玻璃濃度使用范圍30~45,水泥∶水玻璃=1∶1(體積比)。
注漿壓力:0.5~0.8MPa.(6)注漿效果。
拱部小導(dǎo)管注漿完成后,在拱部形成一個(gè)固結(jié)保護(hù)層,延長(zhǎng)圍巖自穩(wěn)時(shí)間。保證下一循環(huán)開挖支護(hù)施工過程中不出現(xiàn)坍塌,使圍巖自穩(wěn)時(shí)間在4h以上。
地面注漿起到填充加固地層不密實(shí)土體的作用,對(duì)掌子面封閉注漿起到加固圍巖的作用,保證在開挖時(shí)不發(fā)生坍塌,延長(zhǎng)圍巖自穩(wěn)能力。
2.4拱背回填注漿拱背回填注漿主要對(duì)初期支護(hù)背后土體進(jìn)行回填加固;回填注漿管采用Ф32×3.25mm鋼管。在距開挖封閉成環(huán)掌子面3m后進(jìn)行拱背回填注漿。
。1)工藝流程(見圖3)。
。2)使用設(shè)備。
UB-8型砂漿泵。
。3)工效。
漿液壓注時(shí)間為10~60min不等。
。4)管布設(shè)參數(shù)。
拱背回填注漿管采用Ф32×3.25mm鋼管,鋼管深入初期支護(hù)背后。
區(qū)間每環(huán)設(shè)3根,L=0.5m,縱向間距6m,梅花型布置。
風(fēng)道每環(huán)設(shè)7根,L=0.6m,縱向間距1m,拱部3根,兩側(cè)各2根。
結(jié)合部每環(huán)設(shè)9根,L=0.6m,縱向間距1m,拱部3根,兩側(cè)各3根。
車站每環(huán)設(shè)6根,L=0.9m,縱向間距1m.出入口及通道設(shè)5根,L=0.6m,縱向間距3m,拱部1根,兩側(cè)各2根,梅花型布置。
。5)回填注漿。
采用1∶1水泥砂漿;拱部注漿壓力0.8MPa,邊墻注漿壓力0.5MPa.(6)注漿效果。
拱背回填注漿后相應(yīng)地段地表沉降及拱頂沉降明顯減緩。
3體會(huì)3.1超前支護(hù)及注漿加固存在的問題(1)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)探測(cè)布孔不規(guī)范,不能充分反映前方地質(zhì)情況;對(duì)前方地質(zhì)定性分析不足,不能充分指導(dǎo)后續(xù)施工。
(2)管棚注漿工藝落后,漿液擴(kuò)散情況差,砂層中易發(fā)生溜空現(xiàn)象;傳統(tǒng)施作管棚的方式精度較差,單次施作長(zhǎng)度太短,設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求高,在施作過程中,每次均須上挑形成工作室,存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。
。3)車站部分施工過程中,小導(dǎo)管的仰角普遍過大,小導(dǎo)管的作用發(fā)揮不充分;現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)管理不夠理想,超前支護(hù)不能因地質(zhì)情況的改變而改變,常造成資源浪費(fèi);注漿工藝落后,漿液擴(kuò)散不均勻,對(duì)注漿效果缺乏控制及驗(yàn)證。
(4)注漿管的布設(shè)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn);現(xiàn)場(chǎng)回填注漿存在不夠及時(shí)的現(xiàn)象;注漿壓力無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),個(gè)別注漿壓力過高,易造成結(jié)構(gòu)破壞。
3.2建議(1)從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況看來,對(duì)于北京這種地質(zhì)情況,采用洛陽鏟進(jìn)行超前地質(zhì)探測(cè)是一種簡(jiǎn)便可行且十分有效的方法。
布孔:每工作面布置3個(gè)孔,拱頂一處,兩側(cè)拱腳以上1m拱腰各布置一處。
打孔:采用洛陽鏟。
探測(cè)長(zhǎng)度:每次探測(cè)長(zhǎng)度5m,每開挖3m探測(cè)一次。
分析:采取定性分析。
(2)超前管棚。
從管棚施工情況分析,對(duì)于受力情況復(fù)雜部位,通過重要建構(gòu)筑物時(shí),對(duì)沉降要求較高的地方,超前長(zhǎng)大管棚是一種十分有效的支護(hù)手段。
1進(jìn)一步研究改進(jìn)長(zhǎng)大管棚的注漿工藝,改善漿液的擴(kuò)散效果,提高長(zhǎng)大管棚對(duì)不同地層的適應(yīng)性;2推廣應(yīng)用新的先進(jìn)的管棚施工工藝,提高管棚施工精度;3對(duì)車站等大斷面施工,由于其沉降較難控制,可推廣采用長(zhǎng)管棚的支護(hù)方式;4有條件時(shí)管棚宜一次性貫通拱部,避免施工過程中多次挑高;5從經(jīng)濟(jì)角度考慮,150mm以上的大管棚應(yīng)慎用,150mm以下的管棚,其成本較為適中,可廣泛采用。
。3)超前導(dǎo)管。
各標(biāo)施作小導(dǎo)管情況基本相同,小導(dǎo)管各項(xiàng)指標(biāo)建議如下:1小導(dǎo)管宜采用Ф32×3.25mm鋼管;2拱部小導(dǎo)管布置間距通常為環(huán)向0.3m,縱向搭接1~1.5m;3鋼管前端制作成錐形(長(zhǎng)10cm),尾部焊箍,鋼管從尾部0.8m開始鉆Ф6~8的梅花型孔,孔眼間距0.15m;4注漿前宜先噴5cm厚噴射混凝土封閉掌子面,并在管口設(shè)止?jié){塞;5超前導(dǎo)管在砂層中宜壓注化學(xué)漿液;6注漿壓力宜控制在0.2~0.5MPa之間;7粘土層中可不施作注漿小導(dǎo)管,或改為施作鋼釬;8對(duì)于北京的地質(zhì)情況,采用煤電鉆和吹管施作小導(dǎo)管是合適的選擇。
(4)拱背回填注漿。
拱背回填注漿是十分必要的,各項(xiàng)指標(biāo)建議如下:1拱背回填注漿管宜采用Ф32×3.25mm鋼管,鋼管可不鉆孔;2回填注漿管不宜深入初期支護(hù)背后土體,僅深入土體0.05~0.1m即可;3回填注漿漿液首選水泥砂漿,當(dāng)有滲水的情況下,可考慮采用水泥水玻璃雙液漿;4回填注漿壓力不應(yīng)太大,應(yīng)控制在0.2~0.3MPa左右;5拱背回填注漿應(yīng)及時(shí),當(dāng)初期支護(hù)成環(huán)3~5m時(shí),就應(yīng)進(jìn)行第一次拱背回填注漿,同時(shí)應(yīng)結(jié)合監(jiān)測(cè)資料確定二次注漿時(shí)間;6拱背回填注漿應(yīng)反復(fù)進(jìn)行,二次注漿必須重新打設(shè)注漿管;7回填注漿管的布設(shè)可考慮縱向間距3m左右,梅花形布置。