城市地鐵穿越巖溶區(qū)軟硬不均地層加固技術(shù)

吳發(fā)展

(中鐵隧道集團二處有限公司, 河北三河 065201)

0 引言

隧道及地下工程受裂隙、巖溶、斷層等不良地質(zhì)體影響,極易誘發(fā)災害,威脅施工安全,應采取有效措施加固地層。王榮鑫[1]研究劈裂注漿加固軟硬不均地層和含裂隙地層,自主研制二維注漿試驗系統(tǒng),通過不同工況試驗,得出土體位移變化規(guī)律。唐亞周等[2]注漿加固非均質(zhì)土體,用壓力把漿液注入土體加固,利用圖像分割技術(shù),評價土體劈裂注漿的加固效果。劉彥波[3]從巖體的波速、縱波的偏移歸位圖兩方面來判斷軟硬巖變化帶的位置,巖溶隧道地質(zhì)預報與實際開挖情況比對,地質(zhì)超前預報基本準確。徐浩[4]針對深埋富水強蝕變巖洞段擠壓大變形和流沙等問題,設(shè)計注漿模擬試驗,研究圍巖加固,注漿強度及質(zhì)量滿足設(shè)計要求。朱勁鋒[5]在盾構(gòu)近距離下穿既有地鐵線施工中,軟硬不均地層引入MJS水平加固技術(shù),確保施工沉降及安全。鉆孔灌注樁可對軟硬變化較大地層進行地基加固,在巖溶勘察的基礎(chǔ)上,軌道交通4號線穿越巖溶區(qū)軟硬不均地層,采用素混凝土鉆孔樁加固地層。

1 工程概況

聯(lián)大街站—呈貢東站區(qū)間出聯(lián)大街站后沿聯(lián)大街敷設(shè),線路以R-700 m的曲線半徑呈“S”型下穿春融東路、吳家營村后進入軌道交通4號、9號線換乘站呈貢東站。本區(qū)間平面最小曲線半徑700 m,縱坡為“V”字坡,最大坡度21.656 ‰,隧道拱頂埋深16.6～39 m。本區(qū)間右線隧道全長1 462.753 m,左線隧道全長1 463.837 m(長鏈l.084 m)。在YDK41+ 150.000處設(shè)有聯(lián)絡通道廢水泵房,在YDK41+470 .000處設(shè)有聯(lián)絡通道。

根據(jù)《軌道交通4號線聯(lián)大街站—呈貢東站區(qū)間(YDK40+552.151～YDK41+440.000)巖土工程勘察報告》,聯(lián)大街站—呈貢東站盾構(gòu)區(qū)間存在軟硬不均地層,按照設(shè)計圖,軟硬不均地層加固樁號為YDK40+910.0～+918.0、YDK40+927.5～+937.5、ZDK40+898.0～+911.0。軟硬不均段采用素混凝土鉆孔樁進行加固,加固范圍為隧道外輪廓外1 m范圍內(nèi)。素樁采用φ800 mm鉆孔樁,間距1 m:實樁范圍內(nèi)采用C30素混凝土,隧道頂部至路面標高下1 m部分采用C20混凝土進行回填并進行路面恢復,加固數(shù)量248根(圖1、圖2)。跳樁施工,防止鄰樁施工塌孔。

圖1 軟硬不均地層加固平面布置

圖2 加固樁布置(單位:mm)

2 工程地質(zhì)與水文

據(jù)鉆探揭示,場區(qū)內(nèi)分布新生代第四系全新統(tǒng)人工堆積層、沖洪積相黏性土、泥炭質(zhì)土、坡洪積層紅黏土和洞穴堆積層粉質(zhì)黏土等,下伏基巖為寒武系龍王廟組白云巖夾灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r,泥質(zhì)砂巖夾泥巖。

巖溶裂隙水,場地范圍內(nèi)下伏基巖為寒武系下統(tǒng)龍王廟組(∈1l)白云質(zhì)灰?guī)r泥質(zhì)砂巖夾泥灰?guī)r,主要分布于YDK40+890～YDK41+294段,盾構(gòu)隧道穿過該地層。受區(qū)域構(gòu)造影響,節(jié)理裂隙較發(fā)育,巖體較破碎,網(wǎng)格狀的巖溶裂隙相互溝通,巖溶弱—中等發(fā)育,巖溶形態(tài)主要為小型溶穴、巖溶裂隙、溶槽及溶洞等,有利于地表水的下滲及地下水的富集和流通,含較豐富巖溶裂隙水。局部可能存在巖溶管道水,并存在承壓性。含水層埋深變化較大,水位較深,主要接受區(qū)域上大氣降水及上部孔隙水補給,地下水主要向深部滲流排泄。該段共取5組地表水水樣進行常規(guī)分析和侵蝕性CO2測試,根據(jù)水質(zhì)分析成果,場地地表水類型為:HCO3--Ca2+、HCO3--Ca2++Na+型水。

3 主要施工工藝

3.1 施工準備

鉆孔場地在施工前,需對施工場地進行路面破除,并挖設(shè)探溝,防止破壞地下既有管線。制漿池、沉淀池和泥漿池,在計劃施工場地時一并考慮,注意文明施工,為充分利用泥漿,布置泥漿循環(huán)系統(tǒng),并配排水清渣設(shè)施。

3.2 測量

施工之前測量組提前計算各個孔樁坐標及加固深度,結(jié)合實測地面高程,對施工樁位進行放樣交底,用全站儀精確確定鉆孔樁位,并設(shè)置穩(wěn)固的十字護樁,以便經(jīng)常檢查孔樁施工中鉆孔偏位情況[6],符合設(shè)計要求。

3.3 埋設(shè)護筒

護筒是鉆孔成功的基礎(chǔ),鉆孔前應設(shè)置堅固耐用、不漏水的鋼護筒,防止孔壁坍塌、隔離地表水。護筒頂面應高出施工地面0.5 m,還應滿足孔內(nèi)泥漿面的高度要求。埋設(shè)的護筒平面位置中心與樁設(shè)計中心一致,偏差為:中心不得大于5 cm,傾斜度不大于1%。

3.4 鉆機就位

鉆機座應置于堅實、平整的地面上,開鉆前夯實周邊地基,以免產(chǎn)生不均勻沉陷,場地地基承載力大于150 kPa,桅桿傾斜度小于2°。旋挖鉆機鉆頭對準樁位中心十字線時,勿需再作調(diào)整。

3.5 鉆孔作業(yè)

當鉆機就位準確后即開始鉆進,剛開始要放慢旋挖速度[7],在孔口2～6 m段旋挖過程中要注意監(jiān)控垂直度,作好鉆進記錄,如有偏差及時糾正。在鉆進過程中每進尺2～3 m應檢查垂直度并作好鉆孔記錄,并控制好下鉆與提鉆的速度,防止因鉆頭升降速度過快對樁孔產(chǎn)生擠壓或虹吸力而造成塌孔縮孔。

3.6 灌注混凝土

清孔、驗孔后,灌注混凝土前應進行孔底沉碴厚度檢查,不滿足要求時,采用水泵進行濁水循環(huán)清孔。灌注混凝土采用導管作業(yè)。

3.6.1 安裝導管

導管為φ250 mm的鋼管,壁厚3 mm,配1～2節(jié)1～1.5 m長度的短鋼管,管端用粗絲扣、法蘭螺栓連接,用橡膠圈作好接頭處密封防水并檢驗水密性試驗,保證灌注水下混凝土時導管不漏水、不漏漿。導管節(jié)數(shù)事先配制好,一次性安裝到位。導管下放時,旋緊卡口,位置正確。為利于混凝土涌出導管,導管底與樁孔底保持30～50 cm的空隙。

3.6.2 第二次清孔

采用導管向孔內(nèi)壓入新泥漿,維持正循環(huán)30 min左右,除去孔底沉淀的鉆渣和泥漿[8],清孔后的淤泥厚度小于10 cm,會同監(jiān)理人員檢查孔底沉渣、孔深等情況,并及時填寫成孔驗收單。

3.6.3 灌注混凝土

商品混凝土供應事先與攪拌站溝通計劃好,保證供應及時[9],嚴格控制混凝土的材料質(zhì)量,坍落度在20～22 cm之間,保證混凝土的強度滿足設(shè)計要求。混凝土初灌量經(jīng)計算確定,保證第一罐混凝土下料使導管埋入混凝土中0.8 m以上。

導管埋入混凝土的深度控制在2～6 m,不得將導管提出混凝土澆筑面,并應控制提拔導管的速度,測量已灌注混凝土面的高度,計算出導管埋深及本次提升高度,記錄混凝土的使用量?，F(xiàn)場值班技術(shù)人員測量導管埋深與導管內(nèi)外灌注面的高差,認真填寫水下混凝土灌注記錄。灌注水下混凝土應連續(xù)施工,混凝土灌注速度控制在0.6～1.0 m3/min。

控制好最后一次混凝土的灌注方量,樁頂混凝土面應高出樁頂標高0.5～1.0 m,保證樁頭破除后的樁頂混凝土強度滿足設(shè)計要求。

4 質(zhì)量保證措施

(1)合理控制鉆桿鉆進速度和鉆壓,嚴密注意地層地質(zhì)變化,鉆桿鉆進時,嚴禁鉆桿晃動。

(2)加強測量管理,根據(jù)設(shè)計圖紙準確定出樁位,埋設(shè)護樁,質(zhì)檢員經(jīng)常復核樁位軸線、樁徑、樁垂直度,確保每根樁符合設(shè)計要求。

(3)嚴格控制鉆進標高,在澆筑混凝土之前,必須進行清孔作業(yè),會同監(jiān)理部門檢查孔底標高、尺寸、土質(zhì),檢驗合格后應迅速封底。

(4)嚴格控制混凝土灌注質(zhì)量,現(xiàn)場測量水下混凝土的坍落度;合理安排車輛調(diào)度,商品混凝土車將水下混凝土直接到孔口,連續(xù)灌注,不得中途停頓。

5 工程效果

為保證施工安全,盾構(gòu)掘進通過巖溶區(qū)軟硬不均地層施工過程中,嚴格控制出土量及掘進速度,采取有效的技術(shù)措施進行監(jiān)測[10-11],對加固地段進行了拱頂沉降監(jiān)測(表1)。

表1 拱頂沉降監(jiān)測周報成果

監(jiān)測依據(jù):GB 50911-2013《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》,監(jiān)測儀器型號:徠卡TS-09。

監(jiān)測結(jié)論:拱頂沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)無異常。加固效果良好,滿足工程需要。

6 結(jié)論

軟硬不均段采用素混凝土鉆孔樁進行加固,加固范圍為隧道外輪廓外1 m范圍內(nèi),此范圍內(nèi)采用C30素混凝土實樁,跳樁施工,防止鄰樁施工塌孔。

用全站儀對施工樁位進行放樣,精確確定鉆孔樁位,孔樁施工中經(jīng)常檢查鉆孔偏位情況,使之符合設(shè)計要求。

嚴格控制混凝土的材料質(zhì)量和坍落度,保證混凝土的強度,軟硬不均段加固效果良好,滿足了工程需要。