砂卵石地層穿越環(huán)島橋施工技術(shù)

中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司 北京 100024

摘要：城市地鐵穿越既有鐵路、橋梁等既有建構(gòu)筑物實例屢見不鮮，形成諸多的特級風(fēng)險源、一級風(fēng)險源。各風(fēng)險源所處地理位置、地質(zhì)情況、環(huán)境因素等又不盡相同。如何安全順利的通過這些風(fēng)險源，是擺在建設(shè)者面前的重大課題。本文結(jié)合北京軌道交通昌平線二期采用淺埋暗挖法在砂卵石地質(zhì)條件下穿越西關(guān)環(huán)島橋一級風(fēng)險源時，采取地面注漿+洞內(nèi)深孔注漿施工工藝取得的較好效果，總結(jié)了應(yīng)用地面注漿+洞內(nèi)深孔注漿施工工藝在砂卵石地層中成功穿越風(fēng)險源的施工經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：地鐵；風(fēng)險源；砂卵石地層；深孔注漿

0引言

隨著城市地鐵的不斷延伸和發(fā)展，很多地鐵線路的設(shè)計無法避開既有地鐵線路、鐵路、河流、立交橋、居民樓、管線等各種地上、地下建構(gòu)筑物。為了保證新建地鐵線路在土建施工階段的施工安全及通過各種建構(gòu)筑物時的安全，施工前必須采取一些技術(shù)措施對土體進(jìn)行有效的加固處理。如不能因地制宜的選用超前加固技術(shù)，造成加固效果不佳，極易造成人員傷亡及重大財產(chǎn)損失，甚至?xí)斐捎绊憪毫拥纳鐣录?/p>

北京軌道交通昌平線二期地鐵下穿位于昌平城區(qū)西部的西關(guān)環(huán)島橋，此橋是連接G6（京藏高速）、G7（京新高速）、國道110和昌平區(qū)政府街、西關(guān)路的交通樞紐，長期承擔(dān)繁重的客運、貨運交通任務(wù)。自2011年橋體大修之后，橋體本身因時間及車流量大、載重量大的原因產(chǎn)生了大量裂縫。

本文結(jié)合淺埋暗挖法隧道下穿西關(guān)環(huán)島橋采取的地上及洞內(nèi)措施的成功應(yīng)用，對類似工程有一定的指導(dǎo)和借鑒作用。

1 工程概況

昌平線二期線路所穿越該西關(guān)環(huán)島橋段地層為砂卵石地層，豎井開挖時曾揭露粒徑超過1m的大粒徑塊石。在復(fù)雜的地質(zhì)情況進(jìn)行暗挖施工本身就存在極大的風(fēng)險，如何安全穿越西關(guān)環(huán)島成為本工程的重點。西關(guān)環(huán)島橋與隧道位置見圖1。

昌平線二期西關(guān)環(huán)島橋所處區(qū)間采用礦山法施工，拱頂范圍大多處于砂層，自穩(wěn)性差，開挖時極易突然發(fā)生坍塌，并夾雜有粒徑大、分布隨機(jī)性較強(qiáng)的塊石。結(jié)合西關(guān)環(huán)島橋本身采用片石擴(kuò)大基礎(chǔ)的特點，為有效的防止橋體發(fā)生不均勻沉降，同時保證隧道開挖安全，確定采取地面+洞內(nèi)深孔注漿相結(jié)合的施工技術(shù)措施，分別對橋體和隧道開挖土體進(jìn)行超前預(yù)加固。

2加固方案

2.1西關(guān)環(huán)島橋地層加固

區(qū)間線路里程K4+575～K4+615（40m）范圍下穿西關(guān)環(huán)島橋，地層加固采用打設(shè)孔間距1000mm的注漿孔對橋墩擴(kuò)大基礎(chǔ)周邊進(jìn)行注漿加固。加固深度從地面向下加固5m，沿橋體基礎(chǔ)外側(cè)5m布孔。見圖2。

2.2隧道開挖加固

加固長度為風(fēng)險源里程右K3+580～右K3+605（25m）里程左K3+575～左K3+615（40m）下穿西關(guān)環(huán)島。加固范圍為隧道輪廓線外2m，注漿導(dǎo)管成格構(gòu)型分布于掌子面內(nèi)，環(huán)向間距600mm。見圖3、4。

3地面注漿加固實施

3.1注漿參數(shù)確定

根據(jù)本工程具體的地層特點，通過對試驗數(shù)據(jù)分析研究，確定如下地面注漿參數(shù)：

⑴.漿液擴(kuò)散半徑 R=0.5m；

⑵.注漿壓力：0.3～0.5Mpa；

⑶.注漿速率：60L～70L/min；

⑷.注漿漿液濃度：水泥漿水灰比為1：1，水波璃濃度為20-25波鎂度，水泥漿和水玻璃的體積比為1：1。

3.2注漿施工工藝

⑴.施工工藝流程見下圖5。

圖5 地面深孔注漿流程圖

⑵.注漿采用注漿量和注漿壓力雙控

①.每孔注漿量需滿足理論注漿量才可停止注漿：

按加固體的體積需要量計算：

其中：Q—漿液用量（m3）；D—樁體直徑（m）；H—樁長（m）；B—損失系數(shù)，可選用0.1—0.3（該地層取0.2）

②.注漿壓力一般控制在0.3MPa，當(dāng)注漿壓力超過0.3MPa時，可停止注漿；必要時可間歇式注漿，注漿過程中發(fā)現(xiàn)冒漿暫停注漿，孔口封堵后繼續(xù)進(jìn)行注漿，但應(yīng)減少壓力或加濃漿液。

4 洞內(nèi)深孔注漿加固

4.1分段注漿

⑴.區(qū)間隧道加固范圍內(nèi)進(jìn)行深孔注漿，采用分段后退式深孔注漿與開挖的方法，每個區(qū)段為12m。具體步驟如下：

①.在隧道上臺階進(jìn)行超前深孔注漿，注漿達(dá)到該區(qū)段設(shè)計注漿深度后，停止注漿；

②.待注漿漿液強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計值后，開挖上導(dǎo)洞，進(jìn)行初期支護(hù)，至距注漿加固停止處約2米處停止開挖；

③.繼續(xù)在隧道上臺階掌子面內(nèi)打設(shè)導(dǎo)管，分段進(jìn)行剩余區(qū)段的注漿加固與開挖支護(hù)，直至循環(huán)完成穿越。

4.2深孔注漿參數(shù)確定

經(jīng)過對試驗數(shù)據(jù)分析，確定如下深孔注漿參數(shù)：

⑴.注漿擴(kuò)散半徑：0.6～0.8米。

⑵.注漿漿液濃度：注漿漿液采用雙液漿，即A液和B（C）液的混合物，A液為稀釋后的水玻璃，B液由硫酸等化學(xué)外加劑和水組成，C液為水泥漿。水泥漿水灰比為0.5～1，水波璃濃度為20-25波鎂度，水泥漿和水玻璃的體積比為3：1（根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行調(diào)整），兩種漿液在注入之前必須攪拌均勻。

⑶.注漿終壓：0.8～1MPa（根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行調(diào)整）。

⑷.注漿速率：60L～70L/min。

4.3.深孔注漿實施

⑴.施工工藝流程見下圖6。

圖6 洞內(nèi)深孔注漿流程圖

⑵.現(xiàn)場注漿實施

①.布設(shè)注漿孔位：在保證深孔注漿效果前提下，本著經(jīng)濟(jì)合理的原則布設(shè)注漿孔位，環(huán)向間距1m，水平打設(shè)，梅花形布置，孔位布置見圖7、8。

圖7 洞內(nèi)深孔注漿孔位布置圖

圖8 洞內(nèi)加固范圍橫向布置圖

②.搭設(shè)作業(yè)平臺及設(shè)置集水坑：深孔注漿前必須在在工作面搭設(shè)施工平臺，采用鋼管腳手架、扣件、木板等搭設(shè)，為確保作業(yè)平臺安全穩(wěn)固，必須設(shè)置斜撐和剪刀撐。設(shè)置集水坑主要是目的是為了文明施工，及時將集水坑中污水經(jīng)沉淀后用水泵排到地面。

③.鉆孔：注漿孔采用水平鉆機(jī)打設(shè)，此種鉆機(jī)鉆桿可進(jìn)行360度調(diào)整，每循環(huán)深孔注漿長度為12m，確保成孔的水平度。當(dāng)鉆孔受阻時，可就近調(diào)整孔位，重新鉆孔。

④.深孔注漿：采用二重管噴射式注漿，用注漿泵將A、B液分別壓入外管和內(nèi)管，A、B液在端頭混合室內(nèi)混合，通過濾網(wǎng)后在水平方向噴射，漿液滲透到地層中，注漿過程中嚴(yán)格控制注漿壓力和注漿量。

⑤.注漿效果檢查：深孔注漿施工完成后，在注漿體內(nèi)進(jìn)行鉆孔，通過壓水、抽水等方法檢查土層的流量及滲透情況，不合格的需進(jìn)行補(bǔ)充注漿。檢查孔的數(shù)量一般為總孔數(shù)的5-10%。

4.4現(xiàn)場加固效果

深孔注漿完成后，首先對隧道開挖面進(jìn)行了超前探測，注漿達(dá)到預(yù)期效果后進(jìn)行開挖，開挖過程中，揭露出的地層顯示加固效果良好，漿脈明顯，達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)（見圖9）。

圖9 洞內(nèi)加固效果圖

5 結(jié)語

下穿西關(guān)環(huán)島橋施工開始至工程完成，地表累計沉降值為4.9mm，最大沉降速率為0.3mm/d，雙控指標(biāo)均未超過設(shè)計容許值，完全滿足了設(shè)計的地表累計沉降值不大于10mm的沉降控制值要求。通過地表注漿及洞內(nèi)深孔注漿的實施，成功穿越西關(guān)環(huán)島橋，保證了隧道開挖面及西關(guān)環(huán)島橋的安全。為日后類似隧道穿越特級、一級風(fēng)險源積累了成功的經(jīng)驗和提供有益的借鑒。

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