北京地鐵蘇州街站細(xì)砂地層暗挖施工超前支護(hù)

張大牛

1 工程簡(jiǎn)介

蘇州街站位于北京市海淀區(qū)海淀南路與蘇州街交匯處，車站主體東西長(zhǎng)195 m，南北(雙層段)寬26.7 m。車站采用暗挖施工法施工。施工必須保證上部交通正常運(yùn)行。

蘇州街站的地質(zhì)條件比較復(fù)雜，上部雜填土層較薄，下部依次為:粉土層、細(xì)砂層、粉砂層、中砂及卵石層等。水位較高，埋深4 m～7 m，為臺(tái)地潛水，該層地下水受到的影響因素很多，在車站范圍內(nèi)分布不連續(xù)，對(duì)施工很不利，易產(chǎn)生流砂、塌方等現(xiàn)象，從而要求施工中必須對(duì)地層進(jìn)行預(yù)加固處理。努力將地表沉降控制在30 mm以內(nèi);施工時(shí)必須嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的十八字方針，確保工程質(zhì)量和施工安全。

2 加固方案

蘇州街站主體地段開挖前采用小管棚注漿預(yù)加固處理。布設(shè)φ 32 mm水煤氣管超注漿小管棚，壁厚3.25 mm，管長(zhǎng)3.0 m，環(huán)向間距0.3 m，縱向間距1.0 m，外插角 10°～15°，注改性水玻璃加固處理。開挖后掛鋼筋網(wǎng)初噴封閉加固，鋼筋網(wǎng)為:φ 8 mm@150mm，噴層厚度50 mm～100 mm。最后架立格柵鋼架噴射混凝土支護(hù)。

3 施工情況簡(jiǎn)介

3.1 小導(dǎo)管施工

1)注漿小導(dǎo)管加工。根據(jù)蘇州街站的設(shè)計(jì)要求，小導(dǎo)管材料選用φ 32 mm無縫鋼管(壁厚3.25 mm)，先將鋼管截成3.0 m的長(zhǎng)度再進(jìn)行加工。具體做法是:首先，注漿管的頭部用砂輪無齒鋸切成鋸齒形，接著采用焊機(jī)將其加工成150 mm的錐體尖頭，以便于打入到細(xì)砂地層中去。其次，注漿管的尾部采用φ 6 mm的鋼筋成環(huán)加固，以防止在小導(dǎo)管打入地層中，尾部受力開裂或變形從而影響注漿管的注漿施工。再次，注漿管管身鉆φ 8 mm的導(dǎo)漿孔，導(dǎo)漿孔環(huán)向間距25 mm，縱向間距100 mm，梅花形布置，以便于漿液擴(kuò)散到周圍被加固地層中去，保證注漿效果。但是在小導(dǎo)管施工過程中，由于北京特殊的地質(zhì)條件，砂質(zhì)地層中石卵較多，粒徑較大，使得3.0 m的注漿管很難施工，需要采用后推力大的風(fēng)槍等設(shè)備鉆孔，且對(duì)周邊圍巖擾動(dòng)較大，導(dǎo)致局部塌方頻繁，嚴(yán)重影響工程進(jìn)度。因此在北京地鐵蘇州街站施工中，征得設(shè)計(jì)方允許，將注漿管的布設(shè)參數(shù)作了修改，將原來的縱向間距1.0 m改為0.5 m，將小導(dǎo)管的長(zhǎng)度從3.0 m改為 2.0 m，從而大大的改善了小導(dǎo)管施工難度，減少了對(duì)周圍地層的擾動(dòng)，很好的防止了塌方事故的發(fā)生。

2)注漿管施工。由于直接將注漿管用風(fēng)鎬或大錘打入到開外巖體內(nèi)，將會(huì)產(chǎn)生很大的振動(dòng)，對(duì)圍巖穩(wěn)定性不好，蘇州街在注漿管的安設(shè)中采用引孔頂入法施工。其安設(shè)步驟為:

a.沿開挖輪廓線標(biāo)識(shí)布設(shè)導(dǎo)管的位置，見圖1。將高壓空氣接入直徑20 mm的鋼管，采用吹孔法成孔，孔徑約為50 mm，孔深1.7 m。b.插入注漿管，如果插入還有困難，需采用大錘或風(fēng)鎬輔助將注漿頂入到巖層中，直到設(shè)計(jì)深度。c.用吹風(fēng)管將注漿管內(nèi)的砂石吹出，或用掏勺將注漿管內(nèi)的泥土掏出，必須保證注漿管內(nèi)暢通。d.用棉紗將注漿管口堵上，然后噴錨封閉注漿管周圍，保證注漿時(shí)漿液不會(huì)從掌子面上流出。e.等上述工序都完成后，即可配漿、注漿。

3.2 漿液配比

1)水玻璃的稀釋。將波美計(jì)放置在水玻璃中，然后邊加水邊觀察波美計(jì)的示數(shù)，當(dāng)其達(dá)到10 Be′～20 Be′，即已經(jīng)達(dá)到應(yīng)用的要求。2)硫酸的稀釋。先算出所需濃硫酸的量和需加入水量，然后將濃硫酸緩慢的倒入水中，攪拌均勻。嚴(yán)禁將水倒入濃硫酸中。并用pH計(jì)(或試紙)測(cè)稀釋后溶液的pH值。用于配水玻璃的稀硫酸濃度介于10%～20%。3)改性水玻璃的配制。改性水玻璃的配制必須遵循一個(gè)原則，即在高速攪拌下，將水玻璃緩慢倒入稀硫酸中，并用pH計(jì)(或試紙)測(cè)稀釋后溶液的pH值。順序不可顛倒，否則配制失敗，原因是酸性水玻璃在pH=1～2時(shí)比較穩(wěn)定，當(dāng)pH值為8～9時(shí)，發(fā)生凝膠。將堿性水玻璃酸化，由于攪拌不勻或加料不準(zhǔn)、過快都將會(huì)產(chǎn)生水玻璃的凝膠，影響水玻璃的可灌注性能，選用高速攪拌及噴射加料等方法配制漿液，漿液的pH值控制在1～2之間，然后用水玻璃調(diào)節(jié)溶液的pH值，以達(dá)到控制漿液凝膠時(shí)間的目的。但是根據(jù)不同的地層含水量，改性水玻璃的pH值也必須隨之變化，當(dāng)?shù)貙又泻枯^大時(shí)，改性水玻璃pH值要求控制在5～6之間，這樣一來，溶液的配比操作難度較大，不易配制成功，而且溶液的凝結(jié)時(shí)間很短，必須在配制前就準(zhǔn)備好注漿設(shè)備，盡量減少溶液的待注時(shí)間。當(dāng)?shù)貙又泻亢苄?，?duì)改性水玻璃的pH值可控制在2～6之間，這樣一來，配比的空間大，漿液相對(duì)容易配制。當(dāng)?shù)貙又杏忻髁魉畷r(shí)，改性水玻璃會(huì)發(fā)生不凝膠，注改性水玻璃漿液將達(dá)不到加固地層的目的。建議先降水或排水，然后注改性水玻璃漿液。

3.3 漿液的灌注

為了提高改性水玻璃在地層中的可注性，縮短注漿時(shí)間，施工中建議采用定流量、定壓力、邊注漿、邊攪拌的攪拌灌注工藝。北京地鐵蘇州街站在施工中采用KBY-50/70型注漿泵，其流量約50 L/min～70 L/min，在施工中發(fā)現(xiàn)，北京地層的可注性很好，地層的孔隙率很大，且基本是完全貫通的，注漿壓力過小，巖層中漿液擴(kuò)散范圍太小，達(dá)不到注漿效果，開挖過程中依然坍塌，注漿壓力過大，漿液擴(kuò)散太遠(yuǎn)，造成材料浪費(fèi)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，注漿壓力控制在0.5 M Pa～1.0 M Pa為宜，大大的減少了注漿時(shí)間。另外，為了避免擴(kuò)散到不需加固開挖區(qū)內(nèi)，可通過下列計(jì)算確定每根注漿管的注漿量，從而更好地控制地層加固范圍。

計(jì)算如下:Q= ∏R2Lnα β 。

其中，Q為估算的注漿量，m3;R為漿液的擴(kuò)散半徑，m;R=l/(1.6～1.7)，l為注漿管的間距，m;L為注漿管長(zhǎng)度，m;n為地層的孔隙率;α為漿液的充填系數(shù)，一般取0.8;β為漿液的損耗系數(shù)，一般取1.1～1.2。

北京地鐵蘇州街站在施工中，采用注漿管長(zhǎng) L=2.0 m，注漿管的間距l(xiāng)=0.3 m，因此，取R=0.2 m，由于是細(xì)砂地層，其中含有大量的卵石，空隙率大，取0.3。經(jīng)計(jì)算需注漿量約為 Q=0.150 m3/根，其最終成為了蘇州街站在暗挖施工中超前支護(hù)注漿量。

3.4 注漿施工工藝流程

注漿施工工藝流程見圖2。

4 結(jié)論及可改進(jìn)的意見

北京地鐵十號(hào)線蘇州街站單層段在穿越細(xì)砂地層中，經(jīng)過合理的控制超前小導(dǎo)管的長(zhǎng)度及改性—水玻璃用量，一方面，提高了圍巖的自撐能力，改善了作業(yè)環(huán)境，保證了施工的安全進(jìn)行。另一方面，由于北京地鐵蘇州街站主要采用人工風(fēng)鎬開挖，采用改性—水玻璃比采用水泥漿改善地質(zhì)條件更合理的控制圍巖的類別，保證安全施工的同時(shí)，為開鑿隧道便利，不至于出現(xiàn)開挖掘進(jìn)難度大的現(xiàn)象，為蘇州街站按時(shí)完工爭(zhēng)取了很大的便利條件。就施工而言，還需對(duì)以下方面進(jìn)行改進(jìn):

注漿管的布設(shè)角度:合理的布設(shè)注漿管的角度對(duì)控制隧道超欠挖方面有很重要的意義。布設(shè)角度過大，導(dǎo)致注漿量增大，超挖現(xiàn)象頻繁，增大初期支護(hù)費(fèi)用。布設(shè)角度過小，為初期支護(hù)的格柵剛架安裝造成困難。因此建議在布設(shè)注漿管的角度時(shí)根據(jù)各自的初期支護(hù)設(shè)計(jì)格柵間距進(jìn)行合理計(jì)算。

[1] 楊昆鵬，劉少國(guó).地鐵隧道地層注漿預(yù)加固施工技術(shù)研究 [J].山西建筑，2008，34(29):177-178.