地鐵暗挖施工中的超前加固技術(shù)

鐘建明

(廣東建科建設(shè)咨詢(xún)有限公司，廣東 廣州 510500)

1 工程概況

某地鐵車(chē)站總長(zhǎng)696.55 m，以主體結(jié)構(gòu)為核心，此部分總長(zhǎng)271.5 m，配線(xiàn)總長(zhǎng)425.05 m。依據(jù)設(shè)計(jì)方案車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)段寬26.15 m，采取的是雙柱島式車(chē)站形式，總建筑面積達(dá)41 674 m2?；诂F(xiàn)場(chǎng)施工情況設(shè)置有4個(gè)豎井與1段明挖段，以便滿(mǎn)足主體施工要求。配線(xiàn)段暗挖隧道所處環(huán)境復(fù)雜，為典型的微風(fēng)化層，工程中基于CD法展開(kāi)施工作業(yè)，含大量主體暗挖工程，主要發(fā)生于中、微風(fēng)化泥質(zhì)砂巖層。

2 超前加固技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 管棚支護(hù)

此環(huán)節(jié)以管棚注漿最為關(guān)鍵，具體可采取兩種方法：①針對(duì)鋼管采取全面的填充措施；②隔孔注漿，實(shí)現(xiàn)漿液在地層中的有效擴(kuò)散[1]。若為前者所用材料以高強(qiáng)水泥砂漿為宜，需設(shè)置引氣孔以提升漿液飽滿(mǎn)度，適當(dāng)降低注漿壓力，需滿(mǎn)足1.0 MPa以?xún)?nèi)的要求。現(xiàn)階段，特長(zhǎng)管棚施工領(lǐng)域已經(jīng)形成較為成熟的技術(shù)，但依然通過(guò)分段設(shè)置的方式實(shí)現(xiàn)，且要設(shè)置管棚工作室，隨之提升了施工難度。

2.2 小導(dǎo)管注漿加固

為確保工作面穩(wěn)定性，展開(kāi)小導(dǎo)管注漿加固作業(yè)必不可少，此舉也是提升支護(hù)可靠性的關(guān)鍵。此環(huán)節(jié)所用導(dǎo)管長(zhǎng)均為2.5～3.5 m，彼此環(huán)向間距均控制為0.3 m，基于鉆孔頂入的方法有效置入導(dǎo)管，以止?jié){塞后退式注漿方式為宜，材料為水泥水玻璃，壓力控制在0.4～0.6 MPa。

2.3 膨潤(rùn)土注漿技術(shù)

鈉基蒙脫石是工程膨潤(rùn)土的關(guān)鍵物質(zhì)，片狀晶體多在2 μm內(nèi)，具備吸收水分子的能力，在其作用下可使得膨潤(rùn)土顆粒發(fā)生較明顯的膨脹現(xiàn)象。當(dāng)膨潤(rùn)土遇水后，經(jīng)一段時(shí)間分子內(nèi)電荷處于飽和狀態(tài)，形成阻礙水分子通過(guò)的屏障，從而決定了膨潤(rùn)土低透水性的特點(diǎn)[2]。鈉基膨潤(rùn)土是典型的注漿材料，遇水膨脹后體積迅速擴(kuò)大，可達(dá)到原狀態(tài)的10～15倍，具有優(yōu)良的防水效果；原材料采購(gòu)成本相對(duì)較低；注漿過(guò)程中省去了大量的開(kāi)鑿作業(yè)，結(jié)束注漿作業(yè)后便能與漿液形成良好的凝結(jié)狀態(tài)。

3 本項(xiàng)目超前加固、支護(hù)

3.1 超前小導(dǎo)管施工

給超前小導(dǎo)管注漿是為了達(dá)到加固的效果，其主要步驟是順著輪廓線(xiàn)外側(cè)進(jìn)行縱向鉆孔并向孔內(nèi)注入水泥漿，以此實(shí)現(xiàn)加固地表、防止?jié)B水的效果。此外，超前小導(dǎo)管也可以在一定程度上保障管棚的穩(wěn)定性。

小導(dǎo)管安裝及固定小導(dǎo)管的安設(shè)應(yīng)采用引孔頂入法。其安設(shè)步驟如下：①用風(fēng)管引孔，孔徑為φ50 mm，孔深較導(dǎo)管長(zhǎng)度而定，一般較導(dǎo)管長(zhǎng)度深100 mm；②成孔后插入導(dǎo)管，如插入困難可用沖擊錘頂入，保證導(dǎo)管插入到設(shè)計(jì)要求的位置；③導(dǎo)管周?chē)p隙用塑膠泥封堵并用棉紗將孔口堵塞，以防土或砂礫堵塞導(dǎo)管。

注漿采用注漿壓力和注漿量雙重標(biāo)準(zhǔn)控制以達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。注漿過(guò)程中壓力緩慢上升，當(dāng)壓力達(dá)到注漿終壓，注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)要求的注漿量可結(jié)束該孔注漿；所有的注漿孔全部注完且達(dá)到設(shè)計(jì)要求的加固強(qiáng)度后結(jié)束本圈注漿[3]。具體工藝如下。

1)小導(dǎo)管加工及布置：采用φ42×3.5 mm熱軋鋼管，注漿管一端做成尖形，另一端焊上鐵箍。在距離鐵箍1.0 m處開(kāi)始鉆孔，鉆孔間隔及布設(shè)按設(shè)計(jì)圖紙嚴(yán)格布設(shè)。

2)注漿工藝參數(shù)：水泥砂漿水灰比0.5～1.0(重量比)；壓力一般為0.5～1.0 MPa。

3)注漿施工流程。①打孔布管：采用鉆孔打入法。打設(shè)小導(dǎo)管前按照設(shè)計(jì)要求放出小導(dǎo)管的位置。采用鉆孔臺(tái)車(chē)或錨桿鉆機(jī)鉆孔，鉆孔直徑比鋼管直徑大3～5 mm，將小導(dǎo)管穿過(guò)鋼架，用錘擊或鉆機(jī)頂入，同時(shí)用高壓風(fēng)將鋼管內(nèi)的砂石吹出；②封面及注漿：塑膠泥封堵孔口及周?chē)严?，?～10 cm厚混凝土封閉工作面以防止工作面坍塌。用注漿機(jī)進(jìn)行注漿，采用注漿量和注漿壓力雙控原則控制注漿時(shí)間。

4)導(dǎo)管注漿施工工藝，如圖1所示。

圖1 施工流程圖

5)質(zhì)量檢查、管理的關(guān)鍵點(diǎn)：①鉆孔位置是否位于輪廓線(xiàn)外側(cè)、真實(shí)施工角度是否與設(shè)計(jì)有偏差，其位置、角度允許誤差范圍應(yīng)分別在5 cm、5°內(nèi)，應(yīng)借助專(zhuān)業(yè)儀器(地質(zhì)羅盤(pán)儀)進(jìn)行檢測(cè)。一旦發(fā)現(xiàn)超出誤差允許范圍則對(duì)距離偏差較大的位置補(bǔ)充注漿；②在檢查前時(shí)需按照真實(shí)施工結(jié)果制作草圖，依照孔位標(biāo)號(hào)順序以檢查其是否合格，并如實(shí)填寫(xiě)記錄；③導(dǎo)管尾部應(yīng)擺放在錨桿尾端、鋼架腹部等位置，使其連為一體、增強(qiáng)穩(wěn)定性；④注漿完成前需保證壓力穩(wěn)定到設(shè)計(jì)值，且穩(wěn)定時(shí)長(zhǎng)應(yīng)在10 min以上；⑤注漿的同時(shí)需對(duì)所有漿管進(jìn)行記錄，特別是注漿過(guò)程中的壓力值變化、注漿數(shù)量以及是否出現(xiàn)突發(fā)情況；⑥單孔注漿量應(yīng)>平均值的4/5，若是檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)不達(dá)標(biāo)需再次注漿；⑦注漿完成后再次核對(duì)記錄內(nèi)容，以免出現(xiàn)不合格之處，確保所有參數(shù)值均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且工作人員注漿過(guò)程中需檢查是否出現(xiàn)竄漿。

3.2 超前大管棚施工

管棚打設(shè)布置：主體結(jié)構(gòu)拱部管棚施工以4座施工橫通道作為施作空間，同一橫通道內(nèi)施工時(shí)，相鄰斷面相互作業(yè)的時(shí)間應(yīng)錯(cuò)開(kāi)。在初支扣拱開(kāi)挖前應(yīng)先進(jìn)行超前管棚注漿，扣拱開(kāi)挖時(shí)及時(shí)展開(kāi)超前小導(dǎo)管注漿。開(kāi)挖至風(fēng)險(xiǎn)源段時(shí)需進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)源加固注漿。

因橫通道凈空4 m，橫通道內(nèi)管棚鉆機(jī)長(zhǎng)度應(yīng)<4 m，動(dòng)力頭高度<主軸中心0.4 m方能在此工作面施工，故選用FDP-15B管棚鉆機(jī)。

管棚鋼管采用φ108×8 mm無(wú)縫鋼管，分段配管，每段長(zhǎng)為2.5、3.0 m，按奇、偶編號(hào)，錯(cuò)開(kāi)安裝，保證每一斷面內(nèi)接頭個(gè)數(shù)不超過(guò)50%，并在鋼管上鉆孔，孔徑10 mm，孔間距50 cm，呈梅花形布置。鋼管兩端間采用焊接連接，焊接必須牢固且具有足夠的強(qiáng)度。

1)鉆孔步驟：由工作人員事先擺放好器材設(shè)備、搭建平臺(tái)，并保障水、電的供應(yīng)以及設(shè)備擺放是否科學(xué)，同時(shí)需檢測(cè)管位是否正確。前期準(zhǔn)備工作完成后才可安裝鉆具、預(yù)制沖洗液。緊接著使用專(zhuān)業(yè)儀器檢測(cè)角度、位置是否在誤差允許范圍內(nèi)，只有確保上述工作全部完成才可開(kāi)始鉆孔。

2)注漿步驟：工作人員應(yīng)先完成注漿泵、注漿管、管棚以及出水口等設(shè)備的連接，隨后開(kāi)始注漿，待出氣孔持續(xù)冒漿才代表注漿工作完成。

3)注漿質(zhì)量管理：工作人員應(yīng)保證鉆孔已被完全沖洗干凈，確保漿液已均勻填充至孔內(nèi)所有空間，最大程度上降低孔內(nèi)鉆渣殘留量；同時(shí)，在整個(gè)注漿過(guò)程中應(yīng)保持連續(xù)流暢，必須一次性完成整個(gè)注漿工作，待孔口被泥漿封堵后需多次加壓，加壓值保持在0.4～0.6 MPa。除此之外，注漿過(guò)程中可按實(shí)際需求轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，使得注漿、排氣同時(shí)進(jìn)行，以此保障孔內(nèi)漿液填充均勻。最后，在注漿前還需預(yù)估注漿量，而真實(shí)注漿量應(yīng)≥預(yù)估值的80%。管棚注漿示意圖如圖2所示。

圖2 環(huán)狀及管內(nèi)注漿示意圖

4)管棚實(shí)施控制關(guān)鍵要點(diǎn)：①安裝棚管應(yīng)秉持間隔跳打原則，但若施工環(huán)境特殊可稍作修改；②可將相鄰棚管接縫位置交錯(cuò)開(kāi)，且縫距應(yīng)≥1 m，以加強(qiáng)開(kāi)挖段管棚的穩(wěn)定性能；③組裝設(shè)施之前應(yīng)詳細(xì)排查所有零部件，防止出現(xiàn)零部件損壞等問(wèn)題；④應(yīng)按照施工環(huán)境科學(xué)安排各個(gè)工藝的施工場(chǎng)所，例如循環(huán)系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)等；⑤電線(xiàn)鋪排必須按照專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以此保障施工安全；⑥管棚搭設(shè)前應(yīng)由操作人員詳細(xì)檢查其位置、角度是否在誤差允許范圍內(nèi)，反之需告知甲方修改設(shè)計(jì)方案；⑦角度、位置的確定應(yīng)由專(zhuān)業(yè)人士進(jìn)行，且需反復(fù)檢測(cè)，真實(shí)、詳細(xì)記錄施工數(shù)據(jù)，便于日后查閱；⑧施工中根據(jù)對(duì)地層情況的了解適時(shí)調(diào)整技術(shù)參數(shù)；⑨注漿泵壓≤0.6 MPa為宜，根據(jù)單孔孔內(nèi)情況靈活控制泵壓，孔內(nèi)壓力保持在0.4～0.6 MPa。

4 結(jié)束語(yǔ)

本地鐵工程暗挖段施工中靈活運(yùn)用了超前加固技術(shù)，為暗挖施工作業(yè)創(chuàng)設(shè)了穩(wěn)定環(huán)境，有效加固、穩(wěn)定開(kāi)挖掌子面，減少了地表沉降，整個(gè)開(kāi)挖過(guò)程中未出現(xiàn)異常情況，施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，保證了暗挖施工安全，并大幅節(jié)省了工程成本。

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