淺談地鐵區(qū)間近距離下穿既有車站注漿施工技術(shù)

楊世鵬

(中鐵十六局集團(tuán)有限公司,北京市 100023)

淺談地鐵區(qū)間近距離下穿既有車站注漿施工技術(shù)

楊世鵬

(中鐵十六局集團(tuán)有限公司,北京市 100023)

伴隨國(guó)內(nèi)迅猛發(fā)展的經(jīng)濟(jì)形式,地面交通壓力問題日益突出,因此向地下擴(kuò)大城市交通已成為大勢(shì)所趨。在地下有限空間內(nèi)要建設(shè)地鐵運(yùn)營(yíng)網(wǎng),不可避免要出現(xiàn)新建線路與既有線路鄰近、側(cè)穿、上穿或下穿等復(fù)雜情況。如何在特殊環(huán)境下保證既有線“不停運(yùn)、不減速”的運(yùn)營(yíng)要求下安全施工新建線路,已成為此行業(yè)急需解決的一個(gè)重大課題。通過北京地鐵7號(hào)線下穿既有5號(hào)線磁器口站工程實(shí)例,對(duì)洞內(nèi)深孔注漿、小導(dǎo)管注漿、背后回填注漿及徑向注漿技術(shù)及作用進(jìn)行剖析,希望能為今后類似工程實(shí)踐提供一定借鑒。

下穿；注漿；動(dòng)態(tài)控制

1 工程概況

北京地鐵7號(hào)線崇文三里河站～磁器口站區(qū)間下穿5號(hào)線磁器口地鐵站,由于既有5號(hào)線磁器口站寬度約22 m,在此范圍內(nèi)區(qū)間施工無法施做降水井,而區(qū)間結(jié)構(gòu)處于一層層間潛水中,且地層透水性較好,可能有降水不理想情況；同時(shí)崇文三里河站～磁器口站區(qū)間與既有5號(hào)線磁器口站結(jié)構(gòu)間距約0.7～1.2 m,中間土質(zhì)為中粗砂,自穩(wěn)能力差,容易垮塌,造成既有線沉降超標(biāo),影響既有線的正常運(yùn)營(yíng),見圖1。

圖1 區(qū)間正線與既有5號(hào)線的縱剖面(單位:mm)

工程地質(zhì)：崇磁區(qū)間下穿既有5號(hào)線車站處的工程地質(zhì)：從上至下依次為雜填土①1層、粉土填土①層、粉土③層、粉細(xì)砂④3層、中砂⑤1層、粉質(zhì)粘土⑥層、粉土⑥2層、粉質(zhì)粘土⑥層、粉細(xì)砂⑦2層、卵石⑦層、粉土⑧2層、粉質(zhì)粘土⑧層、粉細(xì)砂⑨2層、卵石⑨層、粉質(zhì)粘土⑩層、粗砂111層、卵石11層、粉質(zhì)粘土12層。該段地層無不良地質(zhì)作用。

水文情況：根據(jù)區(qū)間巖土勘察報(bào)告,地下水類型為層間潛水(三),含水層主要為卵石⑦層,透水性好。靜止水位標(biāo)高20.53～22.18 m,水位埋深20.53～20.8 m,地下水分布連續(xù),含水層滲透系數(shù)大,為強(qiáng)透水層［1］。

2 下穿段結(jié)構(gòu)形式及施工控制指標(biāo)

結(jié)構(gòu)形式：正洞斷面開挖寬×高=6.3 m×6.6 m,格柵間距@500 mm,采用臺(tái)階法+臨時(shí)仰拱法開挖。初支采用噴射C20混凝土,厚度300 mm,防水材料為1.2 mm厚高分子自粘膠膜防水卷材,二襯采用C40防水混凝土,厚300 mm,抗?jié)B等級(jí)P12,見圖2。

圖2 下穿段斷面結(jié)構(gòu)(單位:mm)

沉降控制指標(biāo)：(1)地表沉降累計(jì)值不大于3 cm；(2)地表沉降日平均速率不大于2 mm；(3)地表沉降最大速率不大于5 mm。

安全指標(biāo)：杜絕掌子面較大的塌方事故。

運(yùn)營(yíng)指標(biāo)：(1)單洞區(qū)間隧道初期支護(hù)施工完成后,既有線車站變形累計(jì)值不大于1.5 mm；(2)單洞區(qū)間隧道二襯施工完成后,既有線車站變形累計(jì)值不大于2.5 mm；(3)下穿地鐵段雙線隧道均完成至穩(wěn)定變形后,既有線車站變形累計(jì)值不大于3 mm；(4)注漿隆起控制值不大于1 mm。

技術(shù)指標(biāo)：注漿后開挖面土體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到0.5 MPa,周邊達(dá)到1.0 MPa。

3 注漿施工工藝

3.1 深孔注漿施工工藝

(1)注漿范圍

進(jìn)入正式下穿段之前,在人防段對(duì)既有地鐵5號(hào)線下方對(duì)土體進(jìn)行超前深孔注漿加固,加固范圍為隧道兩側(cè)開挖輪廓線各加3 m、底板向下加3 m,縱向加固長(zhǎng)度約35 m,見圖3。

圖3 深孔注漿加固范圍圖(單位:mm)

(2)注漿參數(shù)：注漿后,開挖面土體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到0.5 MPa,周邊達(dá)到1.0 MPa。

(3)注漿漿液：注漿漿液底板以上采用超細(xì)水泥漿,底板以下采用普通水泥漿。

(4)注漿工藝

注漿均采用雙重管注漿工藝,每循環(huán)注漿長(zhǎng)度12 m,并在端頭處設(shè)置2 m寬的止?jié){墻。

單次加固分兩循環(huán),第一次對(duì)底板以上進(jìn)行加固,采用超細(xì)水泥漿,第二次對(duì)底板以下進(jìn)行加固,采用普通水泥漿。

深孔注漿在開始部位的掌子面按扇形布置,按照環(huán)向布置四排孔位,各排孔布置鉆設(shè)角度為：周邊環(huán)向布孔向上傾角0°～12°,深孔注漿的間距應(yīng)保證孔的末端間距控制在1m范圍內(nèi),并保證各斷面拱部外側(cè)達(dá)到設(shè)計(jì)的注漿范圍。

(5)施工順序：先上后下,間隔鉆孔注漿。

(6)注漿施工方法

a. 施工準(zhǔn)備

平整掌子面,規(guī)范核心土,搭設(shè)注漿平臺(tái),注漿機(jī)、注漿管、護(hù)壁泥漿池、水泥漿液和超細(xì)水泥漿就位。

b. 掌子面注漿孔測(cè)量定位

按施工設(shè)計(jì)圖紙要求定位出注漿孔的位置,測(cè)量放線采用全站儀坐標(biāo)法定位,定樁位后,做好標(biāo)示,并注意保護(hù)。

c. 預(yù)埋定位套管

在已定位的注漿孔的位置預(yù)埋0.5 m長(zhǎng)Φ80的鉆孔定位套管,埋入土體0.4 m,管口用棉紗封堵。

d. 封閉掌子面

預(yù)埋好注漿管后,掌子面1×1 m梅花形布置打長(zhǎng)2 m的DN25小導(dǎo)管,掛150×150 mmΦ6.5 mm網(wǎng)片,噴250 mm厚混凝土封閉掌子面。下臺(tái)階上部也需打設(shè)DN25的小導(dǎo)管掛網(wǎng)片噴混凝土封閉。

e. 定位鉆機(jī)鉆孔

利用手拉滑輪進(jìn)行鉆機(jī)定位,調(diào)整好鉆機(jī)的鉆進(jìn)角度,安裝二重管鉆桿,插入預(yù)埋好的定位套管中,利用泥漿護(hù)壁進(jìn)行鉆進(jìn),慢速運(yùn)轉(zhuǎn),隨著鉆孔深入接長(zhǎng)鉆桿。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件調(diào)節(jié)膨潤(rùn)土泥漿的配合比,使泥漿護(hù)壁效果最佳,防止鉆進(jìn)中塌孔或出砂量過大,影響鉆孔質(zhì)量。

f. 鉆孔注漿

第一、鉆孔

當(dāng)鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí),停止鉆進(jìn),開始注漿。

第二、注漿材料

漿液分別采用超細(xì)水泥漿和普通水泥漿,見圖4。

圖4 深孔注漿注漿剖面(單位:mm)

第三、注漿參數(shù)

凝固時(shí)間：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況及施工情況,確定凝固時(shí)間,為速凝注漿。

注漿速度：與地層孔隙及連通情況、地層密實(shí)度有關(guān)［2］。

注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：?jiǎn)慰鬃{終壓達(dá)到0.5 MPa,吸漿量很少或不吸漿時(shí),可結(jié)束本孔注漿。壓力持續(xù)不上升,流量不減少,采用間歇注漿。

每一注漿孔完成后,拔出注漿管,封堵注漿孔。

g. 退鉆

當(dāng)注漿完成后,逐節(jié)退出鉆桿。退出的鉆桿要用清水沖洗干凈,確保鉆孔中無漿液或泥砂殘留堵塞管孔。

h. 跳2孔鉆下一孔,循環(huán)操作

當(dāng)上一孔注漿的同時(shí),隔2孔再次進(jìn)行鉆機(jī)定位,鉆孔操作,依次循環(huán)。當(dāng)隔孔均注漿完成,土體加固強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值后,才能進(jìn)行隔孔間的鉆孔注漿操作,直至注漿完成。

3.2 小導(dǎo)管注漿施工工藝

(1)小導(dǎo)管制作

小導(dǎo)管制作采用熱軋鋼管加工成花管,鋼管前端呈尖錐狀,以便插打。小導(dǎo)管中間部位鉆Φ8 mm溢漿孔,呈梅花形布置(防止注漿出現(xiàn)死角),間距15 cm,尾部1～1.5 m范圍內(nèi)不鉆孔以防漏漿,末端焊Φ6 mm環(huán)形箍筋,以防打設(shè)小導(dǎo)管時(shí)端部開裂,影響注漿管聯(lián)接。

(2)小導(dǎo)管安裝

小導(dǎo)管插管時(shí)用氣動(dòng)錘振入,仰角及外插角25°～30°。

(3)注漿參數(shù)的選擇

漿液配比根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況確定,一般情況下水泥∶水=1∶1。注漿初壓0.3 MPa,終壓為0.5 MPa。注漿壓力不易超過0.6 MPa,否則漿液損失過大,造成浪費(fèi)。漿液擴(kuò)散半徑一般為0.3 m,凝膠時(shí)間根據(jù)實(shí)際情況確定。

(4)注漿工藝及設(shè)備

注漿管聯(lián)接好后,注漿前先壓水試驗(yàn)管路是否暢通,檢查注漿機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常,能滿足施工條件后,在將配制好的水泥漿倒入注漿泵貯漿桶內(nèi),開動(dòng)注漿泵,通過閘閥再通過小導(dǎo)管壓入土體。

3.3 背后回填注漿

初支提前預(yù)埋背后回填注漿管(拱部120°范圍),注漿管為Φ42鋼管,壁厚3.5 mm,長(zhǎng)0.8 m,間距2 m(環(huán)向)×2 mm(縱向),梅花型布置。初支背后回填注漿以初支與圍巖的密貼為原則,注漿距離開挖工作面5 m位置進(jìn)行。

(1)注漿材料

填充注漿采用水泥漿,注漿所用水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥。

(2)漿液及注漿參數(shù)的選擇

水泥∶水=1∶1,注漿壓力不大于0.5 MPa。

(3)注漿工藝及設(shè)備

注漿管聯(lián)接好后,注漿前先壓水,試驗(yàn)管路是否暢通,然后將配制好的水泥漿倒入貯漿桶內(nèi),開動(dòng)注漿泵通過小導(dǎo)管壓入圍巖。注漿結(jié)束后,用棉紗塞緊孔口,以防外溢。

3.4 徑向注漿

徑向注漿管環(huán)向間距1.5 m、縱向間距2 m布置,長(zhǎng)度1.5 m(底板下根據(jù)實(shí)際情況確定)。漿液采用水泥-水玻璃雙液漿,漿液配比為：水玻璃濃度由40 Be’稀釋到20 Be’,水泥漿水灰比W/C=0.75～1,水泥漿：水玻璃=1∶0.5～1∶1(體積比)；注漿壓力不大于0.6 MPa,臨近結(jié)構(gòu)底板位置應(yīng)不大于0.5 MPa,見圖5。

圖5 徑向注漿管布置

4 注漿工藝比較與分析

在區(qū)間施工過程中,4種注漿工藝從注漿時(shí)間、注漿目的等方面各不相同。但只有將其統(tǒng)一結(jié)合,并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制,方可達(dá)到最終施工效果。注漿工藝比較與分析見表1。

5 結(jié)論

在北京地鐵7號(hào)線區(qū)間下穿既有5號(hào)線磁器口站施工中,綜合運(yùn)用注漿技術(shù),成功解決了近距離下穿既有車站的問題,且沉降值控制在3 mm內(nèi),取得非常好的效果。本文所述的施工經(jīng)驗(yàn),只是拋磚引玉,供各位同仁參考。隨著各種下穿既有線技術(shù)的開拓和發(fā)展,以及人們對(duì)它的理論研究和工程實(shí)踐的不斷積累,類似施工技術(shù)會(huì)不斷得到改進(jìn)和提高。

表1 注漿工藝分析

參考資料

［1］ 北京市地質(zhì)工程勘察院.崇文三里河站～磁器口站區(qū)間巖土工程勘察報(bào)告［R］.2009.

［2］ DBJ01-96-2004，地鐵暗挖隧道注漿施工技術(shù)規(guī)程［S］.

U215

B

1009-7716(2015)09-0176-03

2015-05-04

楊世鵬(1982-),男,河北涿鹿人,工程師,從事地鐵施工工作。