遼寧海濱城市地鐵區(qū)間穿越卵石層河道技術(shù)

海濱城市地鐵區(qū)間穿越卵石層河道技術(shù)【內(nèi)容提要】XX市地質(zhì)條件復(fù)雜，地鐵區(qū)間穿越城市河道更是施工風(fēng)險(xiǎn)控制的要點(diǎn)，若事先調(diào)查不充分、方案不當(dāng)、應(yīng)急準(zhǔn)備不足，將極有可能發(fā)生坍塌冒頂、河水倒灌等災(zāi)難性事故，甚至殃及地面建筑、人群。本文通過對某區(qū)間隧道穿越河道施工前的風(fēng)險(xiǎn)分析、地質(zhì)勘測、降水、地表注漿止水、以及施工過程中的洞內(nèi)全斷面注漿、加強(qiáng)支護(hù)等技術(shù)措施研究，從而為類似穿越河道等復(fù)雜條件下淺埋隧道施工提供經(jīng)濟(jì)、安全、可靠的指導(dǎo)性施工方案?！娟P(guān)鍵字】卵石河道旋噴樁降水小導(dǎo)管全斷面注漿建筑物監(jiān)測1引言本文中介紹的地鐵區(qū)間位于城市繁華街道處，設(shè)計(jì)區(qū)間將穿越的河道現(xiàn)狀為城市排洪渠，渠頂采用砼蓋板封閉后上方建有二層辦公樓。地鐵施工從河道卵石層中穿過，地下水豐富。施工過程中，經(jīng)多次現(xiàn)場勘查及專家會議研究，制定了洞外、洞內(nèi)綜合治理的技術(shù)措施。從穿越河道的風(fēng)險(xiǎn)分析入手，全面考慮周邊環(huán)境、現(xiàn)場施工條件，提出施工控制要點(diǎn)及主要施工措施。2工程概況2.1基本概況本段區(qū)間線路線間距12m，隧道拱頂覆土11.7m，區(qū)間采用暗挖法施工。區(qū)間隧道下穿某排污河。區(qū)間隧道線路與河道交角約78°，穿越段隧道長9m。河床寬8.7m，河床經(jīng)人工硬覆蓋，為季節(jié)性河流，雨季形成河流，現(xiàn)狀為排污通道。2.2工程地質(zhì)及水文地質(zhì)下穿段區(qū)間隧道埋深較淺，且處于全風(fēng)化泥灰?guī)r與全風(fēng)化鈣質(zhì)板巖交界處，穿越段隧道拱頂上方為卵石層，透水性極強(qiáng)。卵石層地層局部已侵入隧洞頂面下3.0m。在穿河段，隧道位于全風(fēng)化泥灰?guī)r地層中，屬Ⅵ級圍巖。本場地地下水按賦存條件主要為基巖裂隙水，基巖裂隙水主要賦存于卵石層以及基巖裂隙中。地下水位埋深2.30～9.10m，地下水的排泄途徑主要是蒸發(fā)和地下徑流，主要補(bǔ)給來源為大氣降水。詳見附圖1、2地質(zhì)縱段圖。圖1右線下穿春柳河段地質(zhì)圖圖2左線下穿春柳河處地質(zhì)圖3穿越河流段隧道施工重難點(diǎn)及存在問題分析區(qū)間隧道左、右線下穿春柳排污河，隧道埋深較淺，且處于全風(fēng)化泥灰?guī)r與全風(fēng)化鈣質(zhì)板巖交界處，穿越段隧道拱頂不同程度上存在極強(qiáng)透水性卵石層侵入情況，該段施工處于雨季，施工中安全風(fēng)險(xiǎn)極大。根據(jù)地質(zhì)資料、施工圖紙和現(xiàn)場踏勘和分析，在該段施工中存在以下重難點(diǎn)需要解決：a需要對隧道穿越河段進(jìn)行進(jìn)一步探測，摸清地質(zhì)情況。河道下方即為卵石地層，且河底滲水嚴(yán)重，雨季地表水可滲透卵石層直接灌入隧道。因?yàn)樵拥榔閸?，且?jīng)過城市修建改造，很難判斷河底卵石層分布情況及地下滲水通道，需要對此段地質(zhì)狀況進(jìn)一步做詳盡勘察。b需對隧道穿越河段進(jìn)行隔斷處理，阻斷卵石層水進(jìn)入隧道，引起河水倒灌，造成淹洞事故本區(qū)段地下水主要為基巖裂隙水，且主要賦存于卵石層中，卵石層透水性極強(qiáng)。必須采取有效措施截?cái)嗟叵滤难a(bǔ)給源，并降低地下水位，使土層排水固結(jié)，增加圍巖自穩(wěn)穩(wěn)力；避免開挖擾動造成涌泥、涌水和拱頂下沉、塌方等事故。c需防止隧道穿河段周邊管線、建筑物因開挖排水和施工擾動造成的破壞。隧道埋深較淺，河底距離隧道拱頂僅10m，春柳河兩側(cè)為居民樓。此段為全風(fēng)化泥灰?guī)r遇水軟化崩解，成流塑狀，極不穩(wěn)定，在隧道通過及降水過程中為保證安全，必須采取有效措施加固地層，加強(qiáng)開挖和初期支護(hù)措施。d需防止侵入隧道局部卵石地層突涌，造成淹洞施工。隧道穿河段為Ⅵ級圍巖洞段，隧道洞身處于全風(fēng)化泥灰?guī)r中，拱部為卵石地層，地下水豐富；河底至拱頂埋深在10m左右，開挖過程中需采取必要的地表加固卵石地層措施，確保隧道施工的穩(wěn)定。4穿河段隧道施工技術(shù)方案穿越河道主要補(bǔ)堪、地表雙排咬合旋噴樁隔離、卵石層地表注漿、洞內(nèi)超前注漿、加強(qiáng)支護(hù)等措施，具體敘述如下：4.1進(jìn)一步補(bǔ)充地質(zhì)勘察技術(shù)方案補(bǔ)充勘察的主要任務(wù)是詳細(xì)探明本區(qū)段的工程地質(zhì)條件，進(jìn)一步查明不良地質(zhì)、特殊地質(zhì)的性質(zhì)、特征、范圍，特別是卵石層的范圍。詳細(xì)查明本區(qū)段附近地表水水位、流量、水質(zhì)、及補(bǔ)給、排泄條件與地下水的相互關(guān)系，為降水設(shè)計(jì)提供資料；查明地下水的水位、流向、了解地下水動態(tài)和周期變化規(guī)律。4.1.1補(bǔ)充勘察的主要方法a工程地質(zhì)調(diào)繪：現(xiàn)場對場地進(jìn)行全面地質(zhì)調(diào)繪并數(shù)碼照相。調(diào)查新、老堆積土、特殊土工程地質(zhì)特征；調(diào)查構(gòu)造類型類型、形態(tài)、產(chǎn)狀、分布規(guī)律；調(diào)查地下水類型、基本特征、補(bǔ)給來源和排泄條件。b鉆探:主要是揭示地層層序、結(jié)構(gòu)、巖土工程特征、取樣及孔內(nèi)測試，認(rèn)識地表以下地層特征，了解地下水具體情況，摸清卵石層的具體范圍、侵入隧道具體深度等。采用全站儀按坐標(biāo)放孔并超平，同時人工挖掘2～3m探坑，確認(rèn)孔位處無地下管線等障礙物及地上障礙物后，鉆機(jī)就位，開鉆。鉆探工藝、取樣、孔內(nèi)測試等嚴(yán)格執(zhí)行《鐵路工程地質(zhì)鉆探規(guī)程》（TB10014—98）的有關(guān)規(guī)定。巖芯按順序放于巖芯箱內(nèi)，及時鑒定、記錄，并用數(shù)碼相機(jī)逐孔、逐箱拍攝記錄。準(zhǔn)確量測初見及穩(wěn)定水位。鉆孔終孔時現(xiàn)場進(jìn)行鉆探質(zhì)量評定，合格后及時封填鉆孔并移入下孔鉆探。c抽水試驗(yàn)：施工219mm直徑的水文鉆孔，鉆孔作為水文觀測孔及后續(xù)施工降水孔，采用抽水設(shè)備在水文鉆孔內(nèi)進(jìn)行單孔分層抽水試驗(yàn)，抽水試驗(yàn)前及時進(jìn)行洗孔，測量自然靜止水位。根據(jù)地層情況和水量先試抽，以便清洗鉆孔、檢查抽水機(jī)械設(shè)備是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，了解最大降深的涌水量，然后按照有關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行正式抽水試驗(yàn)，分3次降深，準(zhǔn)確觀測記錄水位、水量，當(dāng)出現(xiàn)水量和水位降深與時間關(guān)系曲線在一定范圍內(nèi)微小波動，且沒有持續(xù)上升或下降趨勢時，確定為抽水穩(wěn)定，穩(wěn)定時間不少于4小時，達(dá)到要求穩(wěn)定時間后進(jìn)行恢復(fù)水位觀測。試驗(yàn)完成后按照有關(guān)要求進(jìn)行資料整理。4.1.2補(bǔ)充勘察勘探孔布置按照《地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范》（GB50607—1999）規(guī)定，結(jié)合場地情況，布置勘探孔。本次補(bǔ)勘探孔A、B、C、D共4個，抽水孔1個，鉆探總進(jìn)尺120m?？碧娇孜恢迷斠妶D3《補(bǔ)勘探孔位置平面圖》。圖3補(bǔ)勘探孔位置平面圖4.2雙排高壓旋噴咬合樁止水墻施工卵石層范圍主要分布在某廠區(qū)內(nèi)，該范圍沿線路縱向延伸約70m，其中間約35m部分埋深較大，與區(qū)間隧道的垂直距離較近，局部已侵入隧道拱頂。為截?cái)嗟叵滤难a(bǔ)給，在隧道周圍上方做一道高壓旋噴樁止水帷幕。詳見圖4《旋噴止水帷幕平面示意圖》。圖4《旋噴止水帷幕平面示意圖》高壓旋噴樁的施工原理是利用鉆機(jī)的鉆具將帶有噴嘴的鉆頭鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度后，在高壓泵高壓的作用下，將一定水灰比的水泥漿液，通過高壓管泵送至鉆頭，使所注入的高壓水泥漿液經(jīng)過噴嘴噴射出來，沖擊、切割周圍土體；同時鉆具又以一定速度旋轉(zhuǎn)并進(jìn)行提升，這樣水泥漿液強(qiáng)制攪拌周圍土體形成圓柱體的樁體。由于漿液克服地層阻力而滲入周圍地層孔隙中，依靠水泥漿液的特性，固化地層，使得地層強(qiáng)度得以提高。當(dāng)設(shè)計(jì)為咬合施工時，形成的固化體連接密實(shí)可以達(dá)到止水的效果。本次高壓旋噴注漿采用二重管旋噴注漿法，當(dāng)二重注漿管鉆進(jìn)到土層的預(yù)定深度后，通過在管底部側(cè)面的一個同軸雙重噴嘴，同時噴出高壓漿液和空氣這兩種介質(zhì)的噴射流，沖擊破壞土體，具體來說，即以高壓泥漿、高壓發(fā)生裝置噴射出20Mpa左右壓力的漿液，從內(nèi)噴嘴中高速噴出，并用0.7Mpa左右的壓力把壓縮空氣從外噴嘴中噴出，在高壓漿液流及其外圈環(huán)繞氣流的共同作用下，破壞土體，噴嘴一面噴射一面旋轉(zhuǎn)和提升，最后在土體中形成圓柱狀固結(jié)體。二重管旋噴注漿法結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖5二重管旋噴注漿法結(jié)構(gòu)示意圖施工工藝：如圖6所示：測量放線定位引孔鉆機(jī)就位鉆進(jìn)成孔清孔移鉆插入高噴管測量放線定位引孔鉆機(jī)就位鉆進(jìn)成孔清孔移鉆插入高噴管高噴作業(yè)回灌搬遷開孔檢查泥漿注入換漿清渣孔內(nèi)保持滿漿漿液配制泵送試噴檢查啟動空壓機(jī)送風(fēng)觀察高噴參數(shù)4.3打設(shè)降水井，對地下水進(jìn)行井點(diǎn)降水降水井直徑為Φ600mm，全孔下入Φ300水泥礫石濾水管。井孔沉淀管以上4m范圍的的濾水管外包一層密目尼龍網(wǎng)，全孔回填粒徑為3～7mm中粗砂濾料，井深考慮為12米，抽水采用200QJ40-39/3型潛水泵，流量30～55m3/h、揚(yáng)程50m，采用自動抽水控制裝置，保證水位線時刻處于設(shè)計(jì)位置。降水井結(jié)構(gòu)如圖7所示：圖7降水井管結(jié)構(gòu)示意圖4.4河床底卵石地層的旋噴注漿加固河床底部的卵石松散，穩(wěn)定性較差，采用旋噴注漿法加固地層。首先利用鉆機(jī)把安裝在注漿管(單管)底部側(cè)面的特殊噴嘴，置入土層下方12m處，控制注漿壓力為2.0MPa左右注入質(zhì)量比為1:1的水泥漿，將河床底部的卵石地層固結(jié)。4.5洞內(nèi)采用全斷面注漿及超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)措施4.5.1洞內(nèi)全斷面注漿在穿越段卵石層溝谷處洞內(nèi)20延米范圍，進(jìn)行全斷面注漿；用于注漿的孔口管采用φ80mm的焊接鋼管或外徑不大于90mm、壁厚5～7mm無縫鋼管制作而成。為保證注漿施工順利安全進(jìn)行，工作面必須網(wǎng)噴50cm以上的混凝土進(jìn)行封閉，然后按要求進(jìn)行孔位放線、鉆機(jī)定位，試機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。4.5.1.1注漿參數(shù)：a注漿采用雙液漿，水泥漿與水玻璃漿體積比為1:0.6～1:1。b注漿壓力不宜超過1.5Mpa，凝膠時間控制在1～2min。c緩凝劑摻量應(yīng)根據(jù)所需凝膠時間而定，一般為水泥用量的2%～3%。d注漿采用水玻璃漿液，濃度為20～35Be’。e拱部以下注漿范圍為開挖輪廓線外0～3m，終孔間距按（1.5～1.6）R考慮，一般為2～3m,注漿終壓為1.2～1.5Mpa,漿液擴(kuò)散半徑R為1.5～2.0m。4.5.1.2注漿施工方式：采用前進(jìn)式注漿方式。a鉆孔采用引孔導(dǎo)入法，即先用φ90mm鉆頭鉆進(jìn)2.5～3.0m后停止鉆孔。將孔口管正確裝入鉆孔內(nèi)，用快凝水泥進(jìn)行堵孔，并保證孔口管方向與鉆孔方向一致。b在孔口管周圍堵孔1h后可進(jìn)行短注漿，形成止?jié){墻，以防止正式注漿時漿液外溢滲漏。c進(jìn)行止?jié){墻注漿2～4h后，改用φ65mm鉆頭繼續(xù)鉆孔，軟弱地層鉆孔采用分段前進(jìn)形式，鉆一段注一段。圖8全斷面注漿示意圖超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)每循環(huán)開挖前，采用環(huán)向小導(dǎo)管注漿，以此改善圍巖的物理力學(xué)性能，起到增加圍巖防滲和自穩(wěn)能力。小導(dǎo)管為Φ42熱軋水煤氣管，壁厚3.25mm,管頭30°椎體，小導(dǎo)管環(huán)向間距0.3米。外插角度為10°～15°，L=3m，小導(dǎo)管中間部位鉆直徑為6～8mm的溢漿孔，呈梅花形布置，間距為15cm，尾部0.8m范圍內(nèi)不鉆孔以防漏漿，末端焊直徑為6mm的環(huán)形箍筋。超前小導(dǎo)管注漿材料為水泥水玻璃雙液漿，水泥漿：水玻璃=1：0.8（體積比）。小導(dǎo)管打設(shè)完成后開始進(jìn)行小導(dǎo)管注漿，嚴(yán)格控制注漿壓力為0.6Mpa，終壓必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并穩(wěn)壓，保證漿液的滲透范圍，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形、串漿等異?，F(xiàn)象。4.6地質(zhì)超前預(yù)報(bào)及地表建筑物監(jiān)測施工前需洞內(nèi)接近卵石層20m時，進(jìn)行TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)或地質(zhì)雷達(dá)測試，準(zhǔn)確判斷出地質(zhì)情況后在進(jìn)行下一步施工；同時，加強(qiáng)地下、地表建筑物檢測工作，加強(qiáng)監(jiān)測頻率及監(jiān)測布點(diǎn)，采取24小時監(jiān)控量測跟蹤施工，信息反饋指導(dǎo)施工。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，必要時采取跟蹤注漿措施。當(dāng)?shù)叵滤?、地面變形任何一?xiàng)超過警戒值時，應(yīng)立即停止施工，對春柳河河床基礎(chǔ)底部土體進(jìn)行注漿加固。確保周邊環(huán)境施工安全。4.7、其他注意事項(xiàng)及措施a隧道施工采用臺階法，開挖采用0.5m進(jìn)尺循環(huán)，不得超挖，開挖結(jié)束后，立刻對掌子面進(jìn)行封閉處理，在掌子面上初噴3—5cm混凝土，并安裝鋼筋網(wǎng)片，搭接長度2