富水砂土地层 篇1
1 工程概况
闽台 (福州) 蓝色经济产业园道路工程位于福清市江镜镇, 主要由蓝色大道、江华大道和滨海大道组成。江华大道长度为4700m, 为城市主干道, 道路宽度为46m, 按双向6车道设计。江华大道污水管道位于5m宽中央分隔绿化带内, 管道全长4645m, 采用沉井、顶管施工工艺, 最长顶管区间190m, 共计16座工作井和15座接收井, 管材采用钢筋混凝土Ⅱ级管, 管径为1000mm和1200mm。顶管沿道路前进方向自1#沉井往31#沉井顺序作业, 管道设计管内底标高-3.22m~-6.07m, 埋深为7.5m~9.7m。
2 工程地质水文情况
本道路场地地貌单元为冲海积、冲洪积平原, 场地现状主要为养殖塘, 沿线穿越多条沟渠, 池塘间为田埂、村庄通行的土路。根据道路地质剖面图揭示地质情况, 污水管道穿越地层主要由素填土、淤泥质土、坡残积粘性土及风化基岩组成, 同时夹杂砂砾层、砂土层, 其中在11#~14#沉井间污水顶管段 (总长435m) 穿越地层为砂土层, 剩余地段穿越地层基本为淤泥质土及风化基岩。
本项目位于江镜镇华侨农场内, 养殖塘广泛分布, 场区内河道、沟渠密布, 且通过水闸与外部海水相通, 水系联通较发达。每年3~6月降雨频繁, 是全年降水最集中的季节, 7~9月为台风季节。道路沿线地下水类型主要有素填土中的上层滞水、中粗砂层的孔隙水及基岩裂隙水。在砂土层中的孔隙水透水性较强, 有一定的水量。根据地勘数据, 稳定水位埋深在0.3m~2.5m。据调查, 雨季其地下水水位埋深在地表下约0.3m, 年变化幅度一般在2.0m左右, 历史地下水最高水位约4.5m。周边河道及沟渠水位标高长期在3.0m以上, 地下水位远高于管道标高, 且受河水水位影响较大。
3 工程特点及难点
(1) 由于产业园区总体污水管网规划方案多次调整, 在顶管开始施工前, 路基已全部成型, 且大部分水稳层路面已铺设, 顶管机在穿越435m长富水砂土地层段时, 若技术措施不当, 很容易出现管道轴线偏移、顶进受阻等问题, 这将会直接影响到路面结构稳定和管道顺利贯通。
(2) 工程施工区域内的河道、沟渠密布, 地下水比较丰富, 水位较高, 在顶管施工中很容易出现流砂现象, 从而造成地表沉陷。
(3) 富水砂土地层由于其具有的地质特性, 管道在顶进过程中由于受到阻力较大, 容易出现顶管困难的情况, 需要对顶管机的类型进行科学的选择, 并采取特殊的技术措施进行处理。
4 主要施工技术
4.1 顶管机具的合理选型
在富水的砂土地层, 顶管机如果采用敞口式顶管机具, 那么就必须采用相应的降水措施给予辅助, 而工程施工区域内的管线较多和路面结构层均已施工, 降水措施将会引起路面沉降问题, 直接威胁到路面结构及管线的安全及稳定, 再加上砂土层是连续分布的, 降水效率无法得到有效的保证。所以本工程富水砂土施工段应采用封闭式顶管机具, 为了避免对砂土造成过大的扰动, 应选择平衡式的顶管机具, 目前主要有两种类型的顶管机具, 即为土压平衡和泥水平衡, 根据工程地质及经济性, 本工程选用泥水平衡式顶管机具。顶管全套设备主要由顶管掘进机、主顶系统、泥土输送系统、注浆系统、测量设备、地面起吊设备和泥水处理装置等七大部分组成。
4.2 顶管出洞技术措施
出洞在顶管施工中属于关键环节之一。在出洞顶进初期, 由于混凝土管节及机头的周围摩阻力加上其与导轨之间摩阻力的数值远小于顶管机的主动土压力, 很容易导致混凝土管节出现后移的情况, 致使顶管机正面的土体产生坍塌现象, 对顶管机的施工质量产生一定的影响。所以, 一般把手拉葫芦布置在洞门两侧, 当主顶油缸往回收缩时, 用葫芦把最后一个管节牢牢固定住, 并在出洞前设计一个向下的纠偏量, 来补偿顶管机出洞时机头爬高的情况。
在顶管机出洞前, 顶进距离接收井预留洞口10m左右时, 在接收井内按顶时轴线安装接收机架, 使顶管机平衡地进入接收井, 防止出洞后顶管机直接落地接收井底板上, 造成洞口处管节接口不紧密等质量问题。经上述措施实施, 现场出洞的效果良好, 每个井段出洞的标高偏差均控制在-30mm~+45mm。
4.3 顶进过程中的减摩措施
泥水平衡式顶管的顶进阻力主要由顶管机的迎面阻力、顶管机和管道外壁与土体的摩擦阻力两部分组成, 其中摩擦阻力是顶进中的主要阻力, 其随着顶进进程的增加而增加, 而减摩的最直接有效方法就是加入膨润土泥浆, 让管道外壁和砂土层之间形成一圈环状润滑带, 从而达到降低顶进阻力的目的。通过对膨润土泥浆的拌制制定相应的施工方案, 经过多次试验后确定了合理的泥浆配合比 (膨润土与水的质量比为1∶5) 。在施工过程中注意控制泥浆的粘度和稠度, 泥浆拌制应均匀, 拌制好的泥浆集中排放到泥浆池中放置10小时以上, 泥浆相关成分置换完全, 从而形成粘度和稳定性较好的泥浆。同时, 在管节顶进过程中不时地搅拌贮浆池内泥浆, 以防止泥浆离析。
本工程采用钢筋砼钢承口管的顶管管节, 将橡胶止水圈和衬垫材料放置在管节的内侧插口端与承口端之间部位, 而外侧的插口端与承口端将形成环形间隙, 把压浆孔入口设置在靠近承口端的内壁上, 而压浆孔出口设置在橡胶止水圈的外侧环形间隙。在顶进施工中, 采用多点对称压浆法, 通过压浆设备将减摩泥浆注入压浆孔, 使得管节的插口端与承口端之间的环形间隙注满泥浆, 并扩散到管节周边的土体中, 从而在外壁形成完整的泥浆护套。同时配合顶管机尾部的同步注浆, 泥浆可快速均匀填充, 达到减小管节外壁与土体之间的摩擦阻力的目的。
4.4 轴线测量和纠偏措施
在富水的砂土层进行顶管施工, 其顶进轴线很容易出现偏差现象, 由于砂层中泥水的不断洗刷很容易造成顶管机机头下沉, 如果处理不当的话, 很可能会造成顶力突然变大、管接口出现破损, 甚至会出现无法顶进的情况, 所以在顶进过程中多次及时采用了调整千斤顶伸缩量的纠偏措施。正常情况下, 每顶进一节混凝土污水管测量一次, 在出洞及纠偏时加密测量次数, 使得轴线的偏差值慢慢减小直至与设计轴线相符, 坚持“勤测量、多微调”的原则, 每次的纠偏角度偏差值应控制在0.5度以内, 减少对管节顶进施工的质量影响。
4.5 洞口注浆加固
为了防止泥水从洞口处泄漏导致路面、路基沉降和水土流失, 每段顶管结束后在顶管进出洞管外四周3.2*3.2*3m范围内 (其中3m为管道纵向方向) 进行双液注浆加固土体, 浆液配合比为水泥:水玻璃 (质量) =1∶1。采用插打钢花管注浆, 按0.5*0.5m间距梅花型布置, 深度至管底以下0.5m位置, 注浆压力控制在0.2-0.3Mpa, 确保注浆加固质量。
4.6 实际效果分析检验
根据富水砂土地层地质特点, 通过及时优化调整泥水平衡式顶管的施工工艺, 加强安全出洞、洞口加固技术措施过程控制, 采用膨润土泥浆减摩及调整千斤顶伸缩量纠偏, 减少了顶进阻力和轴线偏差, 满足该地层顺利顶进的需要, 日平均顶进长度达24m。根据现场沉降监测数据反映, 路面沉降值控制在8mm以内, 采取以上技术措施达到了预期的效果。
5 结束语
本工程的顶管实践表明, 在富水砂土地段采用泥水平衡式顶管机具进行施工, 是完全可行的。在施工过程采取的顶进膨胀土泥浆减摩、轴线测量和纠偏和洞口注浆加固等措施可行有效, 在顶进过程中地表无出险现坍塌或者沉降过大等现象, 为我单位采用泥水平衡式顶管机穿越富水砂土地层的顶管施工积累了一定的施工经验。
参考文献
[1]马烽, 张庆学, 李雷.泥水平衡机械顶管施工技术在市政截污工程中的应用[J].城市建设, 2010 (32) .
砂卵石富水地层注浆加固技术 篇2
关键词砂卵石地层;隧道;暗挖施工;注浆技术
中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)062-0056-02
1工程概况
1.1概况
北京地铁十号线一期工程苏州街站位于海淀南路与苏州街交叉路口,车站总长195m,总建筑面积12627.7m2。车站共设置了四个出入口和两座风道及风井。由于受周围环境的限制,为减少对周边居民、商业经营活动及交通的影响,车站施工采用矿山法全暗挖施作。其中主站体两端设计为双层双跨单柱拱形结构(标准断面见图1所示),双层暗挖段共长166.0m,开挖宽度22.5m,开挖高度17.15m,覆土厚6.0~7.0m,局部仅有3.4~4.5m。
图1车站双层暗挖结构标准断面图
站位处路面下各类既有管线密集(对车站施工有影响的需保护的地下管线达20条之多,且大多为雨污水管、自来水管、燃气管等对施工产生较大影响的管线),道路交通繁忙,车站周边为高层商业区和住宅区。施工受周边环境影响较大。
1.2工程地质和水文地质条件
车站通过主要地层从上至下分别为:粉质粘土层、粉土层、圆砾卵石层、中粗砂层、粉细砂层、粉质粘土层、卵石圆砾层,基底位于卵石圆砾层。其中细砂、中砂层地质特性为:褐黄色,密实,湿～饱和,低压缩性,含有云母、圆砾,连续分布;卵石圆砾层特性为:密实度为密实～中密,湿～稍湿(局部饱和),低压缩性,卵石部分D大=28cm,D长=32cm,D一般为6～8cm,亚圆形,级配较好,含中砂约25%～30%,连续分布。
站体施工范围内存在上层滞水、潜水、承压水,结构大部分位于潜水层,结构底板位于承压水层,三层水对站体地下施工均造成影响。
1.3施工方法
为控制地面沉降变形和确保周边环境的安全稳定,双层结构采用了对地层和周边环境影响均较小的“PBA”洞桩法进行全暗挖逆作施工。“PBA”洞桩法的原理就是将传统的地面框架结构施工方法和暗挖法进行有机结合,即在地面上不具备施作基坑围护结构条件时,改在地下提前暗挖好的导洞内施作围护边桩、中柱、底梁和顶梁、顶拱共同构成桩、梁、拱(PBA即为桩(Pile)、梁(Beam)、拱(Arc)三个英文字母的简称)支撑框架体系,承受施工过程的外部荷载,然后在顶拱和边桩的保护下,逐层向下开挖土体,施作内部结构,最终形成由外层边桩及顶拱初期支护和内层二次衬砌组合而成的永久承载体系。
2砂卵石富水地层暗挖施工难点
在采用“PBA”洞桩法进行全暗挖逆作施工时,首先要在主站体内开挖6个小导洞,小导洞位置和导洞所处地层如图2所示。
砂卵石地层中进行导洞开挖存在以下施工难点:1)结构所处位置地下水位高,工程地质条件差,上、下导洞拱部分别位于砂层和大粒径卵石层,特别是上导洞拱部位于粉细砂层中,自稳性极差,施工风险很大。 2)因卵石层粒径较大,注管导管成孔较困难,并且空隙较大注浆很难控制,效果较差。因此卵石地层超前注浆加固技术是施工中的一大重难点。3)由于本站地下管线密集,需进行保护管线较多,因此在进行暗挖作业时,需采取措施控制沉降变形,保证结构以上地下管网的正常使用。
图2导洞结构所处地层剖面示意图
3注浆设计
暗挖隧道砂卵石富水地层采用超前小导管注浆进行加固。
3.1注浆材料的选择和浆液配比
3.1.1注浆导管的选择
由于卵石层松散且卵石粒径较大(少数超过30cm),小导管成孔困难且极易造成对地层的扰动而变得更加松散,因此在此地层中注浆导管选用小直径的短导管。本工程采用了外径Φ32mm水煤气管作为超前小导管,壁厚3.25mm,管长L=2.0m。
3.1.2注浆材料及浆液配比
小导管注浆材料及配合比根据地质不同情况和要求进行配置。本站施工中采用的注浆材料和浆液配比见表1所示。
3.2注浆孔布置
注浆加固范围为开挖轮廓外300~500mm地层,注浆管在砂卵石层拱墙范围内全设。注浆孔环向间距0.3m,纵向间距0.75m,外插角10°～15°。注浆导管布置示意(见图3所示)。
图3注浆导管布置示意图
3.3注浆量和注浆压力
3.3.1注浆量的计算
砂卵石地层注浆量可按下式计算:
Q=K×α×β×V
式中K:为损耗系数,一般可取K=1.35;
α:为地层孔隙率,取值可参照地质戡探报告或现场试验确定;
β:为孔隙填充系数,取值可参照地质戡探报告或现场试验确定;
V:为被加固的土体体积。注浆加固的土体体积按下式确定:V=π×D2×L/4,式中L为注浆段长度,D为注浆体的直径;
根据上述公式,本工程不同地层单孔注浆量见表2所示。
3.3.2注浆压力
注浆压力应根据地层致密程度决定,一般控制在0.5～1.0Mpa范围内。太小不易扩散,太大则顺着卵石间缝隙扩散很远浪费材料。
4注浆施工
4.1注浆导管加工
注浆导管采用Φ32mm水煤气管制成,先将钢管截成2.0m长,然后将一端做成尖锥形,另一端焊上Φ6mm钢筋制成的铁箍。在距离铁箍0.5～1.0m处开始钻孔,钻孔沿管壁间隔150mm,呈梅花型布设,孔位互成90°,孔径6～8mm。
4.2注浆作业
注浆采用KBY-50/70型雙液注浆泵进行施工。掌子面注浆采取隔孔注入的方式,这样既避免注浆孔相互影响,又使后注浆孔起到补充注浆的作用,使浆液扩散均匀保证注浆效果。
为保证配制浆液胶凝时间为1~2min,在现场进行材料配合比试验,确定最佳注浆参数。
小导管注浆采用“注浆一段,开挖一段,段段推进”的方式,每架立一榀格栅打设一环,纵向搭接1米。为保证掌子面稳定,防止浆液泄漏,注浆前应先对工作面喷5cm混凝土封闭。
为了满足注浆固结地层的目的,注浆过程采用双向控制,即达到设计注浆量后停注;或虽未达到设计注浆量但已达到设计注浆压力,也可根据具体情况停注。
4.3注意事项
1)掌子面冒浆。在注浆过程中应认真观察掌子面的变化,由于浆液的进入会引起地层变化,在掌子面封闭强度低的地方,可能会出现冒浆。因此需要对冒浆处加以堵塞,必要时采取间歇注浆的办法,以保证浆液有效地注入需固结的砂卵石地层。2)注浆压力变化。注浆过程中,压力应控制在一定范围之内,达大或过小都不能满足施工需要。压力过低应检查有无漏浆之处,压力过高应检查管路是否有堵塞之处。3)注浆量调整。注浆量应根据地层情况,通过现场试验不断调整,以达到因结效果且经济合理。4)胶凝时间控制。胶凝时间需要根据需加固地层的性质确定。地层含水量大时,浆液易被地下水稀释,影响固结效果,需要缩短胶凝时间;含水量小时,为了扩散一定范围,需要延长胶凝时间。胶凝时间由双液浆的混合比例来控制。须在现场根据地质情况调整,方可满足施工要求。
5施工效果和体会
在砂卵石富水地层中进行隧道暗挖施工的关键是对松散砂卵石地层的加固技术。本工程采用了掌子面全断面超前注浆加固方法,达到了加固地层和超前支护的作用,根据现场监控量测的结果,地面变形大多控制在20~25mm之间,保证了地下管线正常使用要求。在砂卵石地层中注浆加固的效果与地层条件、施工方法、施工控制参数、注浆孔布置、浆液的材料与配比、胶凝时间等有关,现场实际应用,一要加强理论分析与设计;二要加强施工管理和现场监控,严格控制注浆施工中的主要参数(注浆压力、注浆量和胶凝时间),根据现场施工情况及时调整施工参数。
参考文献
[1]北京地铁十号线一期工程苏州街站设计施工文件[R].
富水砂土地层 篇3
关键词：地质;富水砂土互层;真空降水
1工程概况
阳城隧道位于陕西省榆林市靖边县龙洲乡双城村附近，为单洞双线隧道，隧道总长7108.25m，隧道最大埋深约207m。阳城隧道区内地形受地台抬升及黄土高原水流向源侵蚀的影响，下切作用明显，“V”字型冲沟发育，呈树枝状分布，形成沟壑纵横、支离破碎的特点，地形较为复杂，为典型的黄土高原侵蚀性梁峁沟谷地貌类型。DK245+072～DK245+190段施工中掌子面揭示地层为砂质、黏质新黄土交错、层状结构，泥质胶结、砂质结构、厚层薄层交错层理构造，结构松散、节理裂隙发育富水饱和，呈流塑状，自稳能力极差;地质条件异常复杂，地层变化较大，古冲沟发育，古基岩面(土石分界)起伏较大，地下水受下游麦家沟水库人工蓄水的影响，地下水位抬升。古冲沟内沉积白垩系全风化砂岩，洞身处于地下水位以下。由于地下水的渗流作用，隧道开挖过程中地下水渗入隧道，软化隧道围岩，对软质围岩的影响尤为突出。在该类地层中开挖隧道极易引发涌水、涌砂、塌方现象。
2富水砂土互层特征及施工难点