富水浅埋

富水浅埋 篇1

关键词：隧道,富水,浅埋,地质预报,施工技术

1 工程简介

武深高速嘉通段小方山隧道位于湖北省咸宁市所辖桂花泉镇双港村。该隧道为一座上、下行分离的四车道高速公路中隧道。隧道左线起讫桩号ZK63+395~ZK63+975, 长580m, 纵坡为-2.090%的单向下坡, 最大埋深125m;隧道右线起讫桩号YK63+422~YK63+984.363, 长562.363m, 纵坡为-2.090%单向下坡, 最大埋深128m。

2 超前地质预报技术

2.1 探测仪器及探测原理。

2.1.1探测仪器。仪器采用美国劳雷工业公司SIR-3000型地质雷达。使用发射频率为100MHz的屏蔽天线, 采样点为2048, 时窗为600ns, 以点测方式采集数据, 步长10~20cm, 参考电磁波速为0.1m/ns。2.1.2探测原理。发射天线将高频短脉冲电磁波定向送入地下, 电磁波在传播过程中遇到存在电性差异的地层或目标体就会发生反射和透射, 接收天线收到反射波信号并将其数字化, 然后由电脑以反射波波形的形式记录下来。对所采集的数据进行相应的处理后, 可根据反射波的传播时间、幅度和波形, 判断地下目标体的空间位置、结构及其分布特征。

2.2 探测结果。

测线探测的YK63+542~YK63+555段岩体为风化的炭质页岩, 裂隙发育, 两侧裂隙水较发育, 岩体破碎, 岩体呈碎裂状, 稳定性差。

3 超前双层小导管施工技术

3.1 设计参数。

钢管采用外径42mm, 壁厚3.5mm热轧无缝钢管, 分3.5m和6.0m两种, 钢管前段呈尖锥状, 尾部焊上Ф6加劲箍, 管壁四周钻8mm压浆孔, 尾部0.5m不设压浆孔。 (图1)

3.2 施工工艺。

3.2.1施工准备。根据超前地质预报, 在掌子面上先进行精确测量, 放出小导管的详细位置, 并将每根小导管的位置用红漆标好。检查各机具设备性能是否良好。3.2.2钻孔。测量放样完成后立即安排工人进行钻孔, 钻孔前先喷一层砼作为止浆墙。采用风枪钻孔, 孔径42mm, 孔深为5m。钻孔速度应保持均匀, 钻进至设计深度后, 将孔内的石碴、岩粉清除干净, 对孔距、孔深、方向进行检查并作好记录。孔口距允许偏差为±5mm, 孔深允许偏差为+5mm以内。3.2.3小导管的制作及安装。小导管采用42mm的热扎无缝钢管制成, 在钢管上打上8mm间距为15cm的注浆孔, 注浆孔呈梅花形布置, 钻孔结束后及时安装小导管, 以避免时间过长后出现塌孔。当小导管安装有困难时, 可采用千斤顶或其他辅助方式将其顶至设计位置。小导管安装后, 及时将小导管与孔壁间隙填塞密实, 并检查填塞密实度。3.2.4安装孔口管。孔口管采用Ф50mm、壁厚3.5mm的热扎无缝钢管, 每根长为1.0m。孔口管采用锤击法打入, 安装必须牢固。为防止跑浆, 对周围采用防水砂浆、塑胶泥或环氧树脂进行封堵。3.2.5连接注浆管。按要求连接好注浆管道和注浆泵, 并检查注浆泵、注浆管路是否连接正确, 管道是否畅通, 合格后准备压浆。3.2.6注浆。注浆顺序为:先注无水孔后注有水孔, 从拱脚向上进行, 间隔一孔或数孔注浆。单管注浆量达到设计值或注浆压力达到终压20min以上但注浆量无明显变化可停止注浆。注浆结束后及时用止封堵孔口保持孔内压力。注浆期间经常检查泵口及孔口压力变化, 发现问题及时处理。3.2.7注浆结束标准。通常按以下方法作为注浆结束的标准:注浆压力持续升高达到设计终压值后, 持续压浆2分钟即可结束;进浆量小于20L/min时即可结束。

4 洞身开挖

4.1 三台阶七步开挖法。

采用三台阶预留核心土开挖法, 上台阶每循环开挖进尺为1榀钢架距离, 开挖高度为887cm。

利用挖掘机开挖上台阶, 开挖后人工修边, 开挖高度约为3.6m, 中间预留核心土。每循环开挖长度控制在0.5m, 即1榀钢架的距离。开挖完后初喷4 cm厚混凝土, 封闭围岩。待上台阶超前中台阶3~5 m后, 交错开挖中台阶两侧边墙, 每次开挖控制在2~4榀, 使左右两侧暴露的初期支护不同时处于悬空状态。中台阶的高度控制在3m左右, 机械开挖, 人工用风镐进行修整。随后进行下台阶两侧边墙开挖支护。

4.2 微爆破技术。

4.2.1爆破方式。拱部采用光面爆破, 边墙采用预裂爆破。4.2.2掏槽形式。从减小掏槽爆破的震动强度出发, 选用楔形掏槽。4.2.3爆破器材的选择。炸药选用低爆速和专用光爆炸药。雷管采用非电毫秒级雷管。4.2.4选择合理的段间隔时差。在软弱围岩中爆破, 为避免振动强度的叠加作用, 雷管跳段使用, 特别是第1-5段的低段雷管。为尽量避免振动波形的叠加, 段间隔时差考虑控制在100ms左右。4.2.5起爆顺序。起爆顺序:预裂爆破时先预裂后掏槽;光面爆破, 从掏槽眼开始, 一层一层地往外进行, 最后是周边光面爆破。

结束语

通过采取超前地质预报、采用超前双层小导管进行超前支护、三台阶七步开挖法、临时支护等手段, 有效的减少了在穿越浅埋富水破碎带施工过程中产生塌方、突水、突泥等情况的发生。得到的经验如下:a.超前地质预报技术可有效的探测出掌子面前方的地质情况, 可为确定隧道开挖方法及超前防护措施提供可靠的依据。b.加强施工支护、提高整体稳定是隧道通过富水破碎围岩时最基本的施工要求。c临时支护措施可有效的加强隧道在开挖过程中围岩的稳定性。d.软弱围岩施工中, 必须遵循“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、紧衬砌”。e监控量测对指导施工作用重大。富水破碎带浅埋隧道施工更应该加强监控量测频率, 严格按照监控量测数据对施工方法进行调整。

本隧道的地质构造具有较强的代表性, 为以后的铁路、公路、水利等隧道施工提供了宝贵的经验和参考价值, 具有较大的推广价值。

参考文献

[1]操太林, 徐得浅.预注浆加固技术在黄梅山隧道洞口施工中的应用[J].合肥工业大学学报, 2004, 27 (2) .

[2]陈良旺.松南隧道涌水地段的综合整治[S].铁路标准设计, 2002 (5) .

富水浅埋 篇2

摘 要:介绍深圳地铁科学馆―华强北区间隧道施工方法及采取的措施,成功地解决了浅埋暗挖软弱地层区间隧道施工技术难题,所采用的超前引排地下水以及隧道内降水措施,克服了富水软弱地层施工技术难题。

关键词:地铁隧道; 富水软弱地段; 浅埋暗挖; 降水; 超前排水

1 工程概况

深圳地铁科学馆―华强北区间线路自西向东行进于深南中路地下,线间距为13.2 m , 隧道为两单洞结构,全长790.7 m 。在区间隧道中部,深南大道北侧设施工竖井1 座。工程地质情况由上到下为覆第四系全新统人工堆积层、海冲击层及第四系残坡积层,下伏燕山期花岗岩。第四系全新统人工堆积层主要为人工素填粘土,粉质粘土及碎石等;海冲击层为粘土、粉砂、中砂、砾砂及部分透镜体状淤泥;第四系残坡积层为砂质粘性土、砾质粘性土;燕山期花岗岩在工程区域内全部为全风化花岗岩。场区围岩为Ⅰ 类～ Ⅱ 类。地下水埋深1.7～7.4 m , 主要为空隙潜水及基岩裂隙水,地下水水量丰富,降雨量丰富,水源补给充沛。

区间隧道所处位置环境复杂,两侧管线及建筑物密集,地下管线种类繁多,其中纵向18 条、横向27 条,分布复杂,对施工影响较大。区间隧道南北两侧有高层建筑20 余幢,隧道结构边缘距两侧建筑物最近约15 m 。

2 施工技术难点

(1) 环境条件复杂

本工程位于深南大道下,道路两侧管线、建筑物密布,深南大道交通量大。隧道埋深浅,管线、建筑物基础均位于隧道施工扰动范围内,隧道施工不能危及管线及建筑物安全,对施工扰动必须严格控制,但区间隧道所处的地层软弱。而对软弱围岩来说,控制变形扰动极其困难。

(2) 地下水丰富深圳地处亚热带海洋气候区,地下水丰富,降雨充沛,地下水补给充足,这对地下工程施工有很大影响。首先是隧道开挖后,大量地下水渗入隧道,围岩失水固结,地表下沉,对地表路面交通以及两侧刚性管线带来极大的危害。其次是地下水渗透对围岩产生软化作用,围岩由硬塑变为软塑状态,甚至变为流塑状态,产生大变形而丧失稳定性,施工中如何控制地下水是保证顺利施工的关键。由于地下水的渗透作用,地下水控制十分困难。因工程所处位置限制,没有降水作业条件。因而,地下水的控制显得非常重要且极为困难。

(3) 围岩软弱易扰动且稳定性差

区间隧道穿越地层主要为第四系残积层的砂质粘性土、砾质粘性土,局部地段为海冲击砂层,地层软弱。隧道开挖后周边围岩在自重应力的作用下松弛变形, 控制不好易产生变形坍塌。同时,受地下水的作用软化后丧失稳定性,给施工带来困难,特别是由硬塑变为流塑后,随地下水一起涌入隧道内形成大的坍塌涌泥, 严重危及周边结构物及施工安全。施工时,必须采取严格措施控制,防止产生大的变形及坍塌。

3 主要施工方法

根据本工程地质情况,结合地下水发育情况,本工程采用长台阶法施工,上台阶采用弧形开挖留核心土法施工。在开挖前,对开挖体采取超前降排水措施降低地下水位后,再行开挖。其施工程序见图1 。

(1) 上台阶施工

为减少开挖对围岩的扰动,上台阶采用人工风镐开挖,先开挖拱部环行,留核心土,待拱部支护结构完成后开挖核心土。台阶长度510～1010 m , 开挖土方人工装车翻运至下台阶。隧道上台阶开挖循环进尺为110 m , 开挖完成后,立即进行初期支护作业。

(2) 下台阶开挖及支护下台阶采用人工配合机械开挖, 开挖机械选用Ⅰ ―超前小导管施工; ②―上台阶环形开挖; ○注: ○Ⅲ 上台阶支护结构施工,格栅钢架、喷混凝土等; ④―核心土开挖; ⑤― 下台阶开挖; ○Ⅶ ―仰拱及填充混凝土施工; ○

Ⅵ ―下台阶支护结构施工; ○Ⅷ 拱墙衬砌施工。

图1 台阶法施工程序

DH55 -V 小型挖掘机。开挖施工时,机械开挖中央土体,两侧轮廓预留30～50 cm 人工开挖、修整,保证开挖轮廓线圆顺,减少对土体的扰动。隧道下台阶开挖循环进尺为110 m ,开挖完成后, 立即进行支护作业,封闭成环。在开挖施工时,不得超循环进尺开挖,以保证施工安全。

4 隧道支护结构

(1) 支护参数

区间隧道初期支护采用喷锚构筑法施工,不同地质地段采用不同支护参数,少水地段支护设计参数见图2 ,富水地段支护参数设计见图3 。

图2 少水段支护设计参数示意

图3 富水段支护设计参数示意

cm。管棚施工完成后,采用HFV -5D 型双液注浆泵注入水泥-水玻璃双液浆。注浆采用跳一注一后退式进行。浆液水灰比为0.8～1.0 ,水玻璃玻美度为30～35 Be′,注浆压力为0.6～0.8 MPa ,注浆完成2.0 h 后进行开挖。

(2) 支护施工20～ 25 Be′, 双液浆体积比为1 ∶1 。注浆压力为1.2

①超前管棚 本工程在富水砂层地段采用<76 MPa 。mm 管棚超前支护。管棚采用XY-100 型液压钻机成②超前小导管 根据设计情况,小导管在少水段布置在拱部120°范围内;在富水地段,布置在拱部180° 范围内。小导管采用<32 mm 钢管,长3.5 m ,每两循环布置1 组,环向间距为30 cm。小导管采用凿岩机成孔,之后采用凿岩机推管入孔。小导管内注入水泥-水玻璃双液浆,水灰比为0.6～0.8 ,水玻璃玻美度为 ③格栅钢架 钢架分段在洞外加工,洞内拼装,为孔,然后用钻机将<76 mm 钢管顶入孔内。管棚采用防止拱脚下沉,在两侧各设1 根锁脚锚杆,锚杆长3.5 分节组装,每段长度为4～5.0 m ,采用丝扣联结。管m。钢架设置间距在围岩条件好时为1.0 m ,围岩条件棚长1210m ,布置在拱部150°范围内,环向间距为40 较差且地下水量大时为0.75 m。环向采用<22 mm 钢筋、间距50 cm 连接成整体。④ 喷混凝土 喷混凝土采用湿喷工艺,多次复喷至设计厚度。混凝土洞外拌制,经竖井串桶下到料车内运至施工点,喷射作业采用TK-961 湿喷机。

5 隧道施工关键技术

天科区间穿越地层为砾质粘土层及全风化花岗岩层,部分段落隧道拱顶地层中含有透镜体状中砂、砾砂层,隧道上部地层中有市政管线20 条,其中煤气管线2 条,穿越2 座人行天桥。施工中采用了超前小导管注浆、超前排水以及施工监测,保证结构物安全和施工顺利的关键技术。

(1) 超前注浆固结地层

因区间隧道穿越地层为砂质粘土,局部地段为海冲击砂层,地下水丰富。设计采用<32 mm 超前小导管超前注浆固结地层,封堵地下水。小导管长315 m , 在一般地段布置在开挖轮廓线外拱部120°范围内,砂层富水地段采用<76 mm 管棚与<32 mm 小导管共同注浆加固地层,并在开挖面上台阶按1.0 m ×1.0 m 间距布置,注浆作业采用KBY-50/70 及HFV -5D 双液注浆机注浆,注浆压力管棚控制在0.6～0.8 MPa ,小导管控制在1.2 MPa 。注浆作业由下向上后退施工,两侧分别向中间进行,最后完成拱顶注浆。

采用上述注浆后,在开挖时围岩稳定,没有产生坍塌或大变形情况,注浆效果明显。注浆用水泥水玻璃双液浆,配合比经试验确定,其凝结时间、固结强度必须达设计要求,达到固结岩体、提高岩体稳定能力及防水止水的`效果。

(2) 超前引排地下水

区间隧道位于地下水位以下,开挖后大量地下水涌入隧道内,给施工带来很大影响,同时由于地下水的作用,粘土层在地下水的作用下软化,水量大时成流塑状, 造成拱脚下沉、两侧涌泥,支护结构下沉,施工极为困难,为保证施工安全,经多次研究决定采取降水措施。由于区间隧道位于深圳市繁华的深南大道下,两侧建筑物密布,无法进行地面降水,根据现场实际情况,结合地质情况,最后采用隧道内超前排水和隧道内降水两项措施,成功地解决了地下水对施工的影响问题。

① 超前排水 超前引排水在全部区间隧道内采用,排水效果明显,基本保证拱脚至隧道底部以上处于少水状态,改善了施工条件,保证围岩稳定,超前排水设计见图4 。钢管内排引的地下水由排水管道直接排入集水井排出。<108 mm 钢花管采用地质钻机钻孔并推管入孔,仰角为1°～3°,钢管分段组装,分段长度4～ 5 m , 丝扣连接,左右两侧各布置1 个,随着开挖的进行分段拆除。

图4 超前引排水布置示意(单位:m)

② 隧道内降水 在第四系残积砂质粘土地段,由于地层渗透性差,采用超前引排水效果不明显,开挖作业时,地下水仍较大,为保证顺利施工,采用轻型井点降水。轻型井点采用<50 mm 轻型井,井点布置见图5 。井点在下台阶开挖完成地段布置,井点布置斜插角度为20°

～25°,井垂直深度大于3.0 m , 即降水深度大于底板以下3.0 m 。纵向每5.0 m 布置1 组,每组在隧道两侧各布置2 口,用J SJ 30 型射流泵将井点管连接吸排地下水。

图5 隧道内轻型井点降水示意(单位:m)

(3) 监控量测技术

地铁区间隧道埋深浅,隧道施工对周围扰动较大, 特别是地表沉降对地表路面行车以及道路两侧管线影响很大。为减少施工影响,施工中必须进行施工监测工作,信息化施工; 同时,监测信息能及时了解围岩稳定情况,支护结构变形情况,及时修改施工参数及支护参数,切实保证施工安全。

施工监测主要进行地表沉降监测、隧道拱顶下沉、净空收敛、支护结构变形、支护内力等。监测工作严格按照规范要求布设监测断面,按要求频率进行日常监测工作,对监测信息及时分析整理,指导施工。

6 结语