地铁区间隧道浅埋暗挖穿越软流塑地层施工技术Word格式文档下载.doc
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②-2b3~4
②-2b4
③-1-2b3~4
③-2-2b3~4
含水率W(%)
32.6
39.1
29.0
36.7
湿密度ρ(g/cm3)
1.81
1.82
1.91
1.87
导热系数λ(W/m·
k)
1.633
1.762
1.825
1.726
比热容(KJ/Kg·
K)
1.804
1.641
1.77
导温系数α×
10-3(m2/h)
1.78
1.93
2.09
1.88
含水量(%)
37.5
33.5
36.9
土重度γ(KN/m3)
18.4
18.9
孔隙比e
1.04
0.92
1.03
塑性指数IP
10~24
13.6
14~25
液性指数IL
1.07
0.98
压缩系数α1-2(MPa)
0.54
0.31
0.40
压缩模量Es(MPa)
3.77
6.19
5.08
固快粘聚力C(Kpa)
13.4
18.6
29.3
固快内摩擦角φ(度)
20.6
23.5
泊松比μ
0.34
0.35
0.33
垂直渗透系数Kv×
10-7(cm/s)
61.28
1.15
水平渗透系数Kh×
59.0
1.53
1.3软流塑地层暗挖隧道施工难点
以上软~流塑粉质粘土、淤泥质粉质粘土,具有高压缩性、高灵敏度、强度低,易产生蠕动现象,开挖后自稳能力极差,易坍塌,地面沉降难以控制。
在软流塑地层中施工浅埋暗挖城市地铁区间隧道施工难点主要表现在以下几方面:
⑴围岩自稳能力极差,开挖后易产生坍方,严重时可能发生涌泥现象,使施工无法进行;
⑵地面沉降难以控制,在道路区,过大沉降易引起路面开裂,甚至坍陷,影响交通安全;
在管线和建筑物区,地面沉降过大,易造成地下管线破坏和建筑物开裂,危及建筑物安全。
2软流塑地层隧道施工方案
2.1施工方案确定
软流塑地层隧道施工拟采用台阶分步开挖法,但必须采用适当的辅助工法加固地层。
常用的辅助工法有注浆加固(小导管超前注浆、大管棚+小导管超前预注浆、密排大管棚注浆)、软弱围岩仰拱超前法、旋喷或搅拌加固、冻结加固等。
结合现场实际情况进行了方案比选如下表,根据比较结果决定采用大管棚+小导管超前预注浆加固方案。
为分析开挖过程中洞周塑性区、开挖对地面沉降、地面既有建筑物的影响,采用平面有限元对开挖过程进行模拟分析。
分析及综合比较结果如表2,施工中采用大管棚+小导管超前预注浆方案
8
施工方案的综合比较表表2
项目
施工方法一
施工方法二
施工方法三
施工方法四
工法名称
大管棚+小导管超前预注浆+掌子面注浆加固
软弱围岩仰拱超前法
水平旋喷法
冻结法
工法
特点
与
原理
长管棚结合小导管注浆和掌子面超前预注浆法,是在隧道拱部打设长管棚和小导管注浆,对拱部进行加固和超前支护,并对隧道掌子面的地层进行注浆改良,然后在管棚和加固拱圈的保护下进行开挖、支护与衬砌,该方法在软弱地层浅埋隧道施工中能有效地控制地面沉降。
软弱围岩仰拱超前法是先开挖隧道的下部,在隧道中部打设长管棚和小导管注浆,对下导坑拱部进行加固和超前支护,并对隧道掌子面的地层进行注浆改良,开挖、施作下部初期支护;
然后在隧道拱部打设长管棚和小导管注浆,开挖、支护隧道上部,主要是为了避免初期支护拱脚落拱产生的沉降。
水平旋喷是将钻杆水平钻进进行旋喷注浆。
它利用钻机钻孔,然后把带有喷头的喷浆管放至地层预定的位置,用从喷嘴出口喷出的射流(浆或水)冲击和破坏地层。
剥离的土颗粒的细小部分随着浆液排除,其余土粒在喷射流的冲击力、离心力、和重力的作用下,与注入的浆液掺搅混合,并按一定的浆土比例和质量大小有规律地重新排列,在土体中形成固结体。
冻结法是在洞周土层中降温,形成一个封闭的具有一定强度和稳定性的冻土帷幕,然后在冻土帷幕的保护下进行隧道开挖、支护与衬砌,该方法在软弱地层浅埋隧道中防塌、防沉效果好。
施工
难点
1.小导管和掌子面的注浆参数与工艺;
2.注浆加固效果;
3.浆液的配比。
3.浆液的配比;
4.施工组织。
1.水平旋喷机;
2.水平旋喷的施工工艺、参数;
4.高压旋喷跑浆和废浆的处理。
1.冻结的参数;
2.冻结管的施工精度;
3.后期低温混凝土结构施作困难;
4.解冻后对地层和结构影响。
地面
沉降
计算
最大值:
37.7mm;
14.7mm;
10.7mm;
18.9mm;
试验
136mm
实测
25~30mm,最大50mm左右。
拱顶
下沉
48.2mm
15.73mm
45.3mm;
20~25mm
掌子面位移
154.2mm
85.7mm
塑性区
域分布
塑性区分布范围稍大
塑性区分布范围稍小
施工机械
水平钻机、注浆机
水平旋喷机、高压注浆机
水平钻机、冻结机械
施工工期
每个掌子面每月综合成洞15m(不包括二衬)
每个掌子面每月综合成洞8~10m(不包括二衬)
每个掌子面每月综合成洞m(不包括二衬)
工期长,每个掌子面每月综合成洞
施工造价
每延米综合造价5.35元
每延米综合造价6.04万元
每延米综合造价5.39万元
造价昂贵,每延米综合造价7.02万元
社会效益
本工法除产生地面变形和引起周围构筑物变形较大外,基本不产生环境污染,造价低,工期短,社会效益好。
本工法除产生地面变形和引起周围构筑物变形较大外,基本不产生环境污染,造价低,工期稍长,社会效益好。
冷冻需要大量的氟立昂,会产生环境污染;
冻结施工时冻胀和融沉不良影响大,造价高,工期长,社会效益差。
综合评价
对软流塑淤泥质粘土而言,本工法的关键是注浆,控制地面沉降和拱顶下沉的关键是注浆效果,控制变形略差于其它工法。
本工法施工简单,造价较低。
控制地面沉降和拱顶下沉效果好,但工期长,工序复杂,施工组织难度大,工程造价较高。
控制地面沉降和拱顶下沉效果好,但工法不很成熟,属新工法、新工艺,水平旋喷机工效低,工程造价较高。
本工法工期长、造价昂贵,施工期间控制地面沉降和拱顶下沉较好。
但解冻对地层的影响和对混凝土结构的影响较大。
2.2大管棚+小导管超前预注浆方案
设计拱部150°
范围设立管棚支护,注浆加固范围1.5m,大管棚采用40m长φ108钢管,钢管打孔注浆,大管棚搭接长度3m,环向间距0.35m。
短导管3m长φ32普通水煤气管,搭接长度1.5m,环向间距0.35m。
长导管采用13m长、直径φ42PVC劈裂注浆管,搭接长度4m,间距0.5×
0.5m,浆液采用水泥—水玻璃双液浆。
边墙采用中空锚管注浆。
开挖采用台阶法施工,台阶长度2~3m,上台阶施工时并设置临时仰拱封闭,临时仰拱采用1工字钢,喷20cm厚C20混凝土,两侧各设置2根φ32普通水煤气管长2.5m锁脚锚杆,锁脚锚杆置入角度60°
。
下台阶施工时,对上部钢架拱脚处,应采用跳槽开挖,及时支撑开挖后的拱脚,先开挖一侧设置2根φ32普通水煤气管长2.5m锁脚锚杆,锁脚锚杆置入角度60°
施工方法示意图如3。
图4大管棚+小导管施工方法示意图
2.3施工工艺及参数
2.3.1超前预支护大管棚施工
2.3.1.1大管棚具体参数
超前预支护采用Φ108大管棚,长40米,环向间距0.35m,拱部150O范围内布设,管棚搭接3~4m,管棚采用花管注浆,浆液采用水泥—水玻璃双浆。
2.3.1.2大管棚施工工艺及操作要点
管棚的施工根据地质情况采用顶进施工方法
⑴开挖管棚工作室
①在软弱围岩中开挖工作室,要加强支护,进行混凝土衬砌;
管棚工作室长6m。
为便于架设钻机,安设钢管,工作室应挖至隧道开挖线以外0.8m。
导向管是控制成孔方向使之不偏斜的主要手段,导向管长度不小于2.0m,经精确测量后焊接在钢拱架上并喷浆固定。
②由于I类围岩段隧道较长且为弧线,根据现有水平孔钻进技术条件,隧道分段施作管棚。
首先施工第一段管棚工作室,施作第一段管棚,注浆后进行隧道掘进。
第一段管棚段开挖31.6m后,进行第二段管棚工作室施工及钻孔,纵向管棚搭接长度3.0m。
以此类推,完成管棚超前支护施工。
⑵搭设平台、安装钻机、测定孔位
⑶大管棚顶入法施工
软流塑土管棚施工成孔困难,且在成孔过程中会造成土层的变形。
根据软流塑土的力学特性,采用静压顶入法施工。
大管棚采用40m长φ108钢管,钢管打孔注浆,浆液采用水泥—水玻璃双液浆,大管棚搭接长度3m,环向间距0.35m。
大管棚静压顶入法施工,可以挤压软流塑土体,排出部分含水,起到加固土体的目的。
同时对土体的扰动较小,施工表明,大管棚施工地表基本无变形。
静压顶入法施工示意图如下图6。
图6大管棚静压顶入法施工示意图
(4)注浆
①注浆采用前进式注浆,利用自制的注浆套管与管棚用套丝连接,注浆套管上准备由出气管与进浆管,由阀门来控制开关,如图7所示。
然后安装20mm塑料管作为排气管,连接注浆管等各种管路,利用锚固剂加固掌子面与管碰见的孔隙,防止漏浆。
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