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富水地段淺埋暗挖地鐵隧道施工技術(shù)研究論文
摘 要:介紹深圳地鐵科學(xué)館—華強(qiáng)北區(qū)間隧道施工方法及采取的措施,成功地解決了淺埋暗挖軟弱地層區(qū)間隧道施工技術(shù)難題,所采用的超前引排地下水以及隧道內(nèi)降水措施,克服了富水軟弱地層施工技術(shù)難題。
關(guān)鍵詞:地鐵隧道; 富水軟弱地段; 淺埋暗挖; 降水; 超前排水
1 工程概況
深圳地鐵科學(xué)館—華強(qiáng)北區(qū)間線路自西向東行進(jìn)于深南中路地下,線間距為13.2 m , 隧道為兩單洞結(jié)構(gòu),全長790.7 m 。在區(qū)間隧道中部,深南大道北側(cè)設(shè)施工豎井1 座。工程地質(zhì)情況由上到下為覆第四系全新統(tǒng)人工堆積層、海沖擊層及第四系殘坡積層,下伏燕山期花崗巖。第四系全新統(tǒng)人工堆積層主要為人工素填粘土,粉質(zhì)粘土及碎石等;海沖擊層為粘土、粉砂、中砂、礫砂及部分透鏡體狀淤泥;第四系殘坡積層為砂質(zhì)粘性土、礫質(zhì)粘性土;燕山期花崗巖在工程區(qū)域內(nèi)全部為全風(fēng)化花崗巖。場區(qū)圍巖為Ⅰ 類～ Ⅱ 類。地下水埋深1.7～7.4 m , 主要為空隙潛水及基巖裂隙水,地下水水量豐富,降雨量豐富,水源補(bǔ)給充沛。
區(qū)間隧道所處位置環(huán)境復(fù)雜,兩側(cè)管線及建筑物密集,地下管線種類繁多,其中縱向18 條、橫向27 條,分布復(fù)雜,對施工影響較大。區(qū)間隧道南北兩側(cè)有高層建筑20 余幢,隧道結(jié)構(gòu)邊緣距兩側(cè)建筑物最近約15 m 。
2 施工技術(shù)難點(diǎn)
(1) 環(huán)境條件復(fù)雜
本工程位于深南大道下,道路兩側(cè)管線、建筑物密布,深南大道交通量大。隧道埋深淺,管線、建筑物基礎(chǔ)均位于隧道施工擾動范圍內(nèi),隧道施工不能危及管線及建筑物安全,對施工擾動必須嚴(yán)格控制,但區(qū)間隧道所處的地層軟弱。而對軟弱圍巖來說,控制變形擾動極其困難。
(2) 地下水豐富深圳地處亞熱帶海洋氣候區(qū),地下水豐富,降雨充沛,地下水補(bǔ)給充足,這對地下工程施工有很大影響。首先是隧道開挖后,大量地下水滲入隧道,圍巖失水固結(jié),地表下沉,對地表路面交通以及兩側(cè)剛性管線帶來極大的危害。其次是地下水滲透對圍巖產(chǎn)生軟化作用,圍巖由硬塑變?yōu)檐浰軤顟B(tài),甚至變?yōu)榱魉軤顟B(tài),產(chǎn)生大變形而喪失穩(wěn)定性,施工中如何控制地下水是保證順利施工的關(guān)鍵。由于地下水的滲透作用,地下水控制十分困難。因工程所處位置限制,沒有降水作業(yè)條件。因而,地下水的控制顯得非常重要且極為困難。
(3) 圍巖軟弱易擾動且穩(wěn)定性差
區(qū)間隧道穿越地層主要為第四系殘積層的砂質(zhì)粘性土、礫質(zhì)粘性土,局部地段為海沖擊砂層,地層軟弱。隧道開挖后周邊圍巖在自重應(yīng)力的作用下松弛變形, 控制不好易產(chǎn)生變形坍塌。同時(shí),受地下水的作用軟化后喪失穩(wěn)定性,給施工帶來困難,特別是由硬塑變?yōu)榱魉芎?隨地下水一起涌入隧道內(nèi)形成大的坍塌涌泥, 嚴(yán)重危及周邊結(jié)構(gòu)物及施工安全。施工時(shí),必須采取嚴(yán)格措施控制,防止產(chǎn)生大的變形及坍塌。
3 主要施工方法
根據(jù)本工程地質(zhì)情況,結(jié)合地下水發(fā)育情況,本工程采用長臺階法施工,上臺階采用弧形開挖留核心土法施工。在開挖前,對開挖體采取超前降排水措施降低地下水位后,再行開挖。其施工程序見圖1 。
(1) 上臺階施工
為減少開挖對圍巖的擾動,上臺階采用人工風(fēng)鎬開挖,先開挖拱部環(huán)行,留核心土,待拱部支護(hù)結(jié)構(gòu)完成后開挖核心土。臺階長度510～1010 m , 開挖土方人工裝車翻運(yùn)至下臺階。隧道上臺階開挖循環(huán)進(jìn)尺為110 m , 開挖完成后,立即進(jìn)行初期支護(hù)作業(yè)。
(2) 下臺階開挖及支護(hù)下臺階采用人工配合機(jī)械開挖, 開挖機(jī)械選用Ⅰ —超前小導(dǎo)管施工; ②—上臺階環(huán)形開挖; ○注: ○Ⅲ 上臺階支護(hù)結(jié)構(gòu)施工,格柵鋼架、噴混凝土等; ④—核心土開挖; ⑤— 下臺階開挖; ○Ⅶ —仰拱及填充混凝土施工; ○
�、� —下臺階支護(hù)結(jié)構(gòu)施工; ○Ⅷ 拱墻襯砌施工。
圖1 臺階法施工程序
DH55 -V 小型挖掘機(jī)。開挖施工時(shí),機(jī)械開挖中央土體,兩側(cè)輪廓預(yù)留30～50 cm 人工開挖、修整,保證開挖輪廓線圓順,減少對土體的擾動。隧道下臺階開挖循環(huán)進(jìn)尺為110 m ,開挖完成后, 立即進(jìn)行支護(hù)作業(yè),封閉成環(huán)。在開挖施工時(shí),不得超循環(huán)進(jìn)尺開挖,以保證施工安全。
4 隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)
(1) 支護(hù)參數(shù)
區(qū)間隧道初期支護(hù)采用噴錨構(gòu)筑法施工,不同地質(zhì)地段采用不同支護(hù)參數(shù),少水地段支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)見圖2 ,富水地段支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)見圖3 。
圖2 少水段支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)示意
圖3 富水段支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)示意
cm。管棚施工完成后,采用HFV -5D 型雙液注漿泵注入水泥-水玻璃雙液漿。注漿采用跳一注一后退式進(jìn)行。漿液水灰比為0.8～1.0 ,水玻璃玻美度為30～35 Be′,注漿壓力為0.6～0.8 MPa ,注漿完成2.0 h 后進(jìn)行開挖。
(2) 支護(hù)施工20～ 25 Be′, 雙液漿體積比為1 ∶1 。注漿壓力為1.2
�、俪肮芘� 本工程在富水砂層地段采用<76 MPa 。mm 管棚超前支護(hù)。管棚采用XY-100 型液壓鉆機(jī)成②超前小導(dǎo)管 根據(jù)設(shè)計(jì)情況,小導(dǎo)管在少水段布置在拱部120°范圍內(nèi);在富水地段,布置在拱部180° 范圍內(nèi)。小導(dǎo)管采用<32 mm 鋼管,長3.5 m ,每兩循環(huán)布置1 組,環(huán)向間距為30 cm。小導(dǎo)管采用鑿巖機(jī)成孔,之后采用鑿巖機(jī)推管入孔。小導(dǎo)管內(nèi)注入水泥-水玻璃雙液漿,水灰比為0.6～0.8 ,水玻璃玻美度為 ③格柵鋼架 鋼架分段在洞外加工,洞內(nèi)拼裝,為孔,然后用鉆機(jī)將<76 mm 鋼管頂入孔內(nèi)。管棚采用防止拱腳下沉,在兩側(cè)各設(shè)1 根鎖腳錨桿,錨桿長3.5 分節(jié)組裝,每段長度為4～5.0 m ,采用絲扣聯(lián)結(jié)。管m。鋼架設(shè)置間距在圍巖條件好時(shí)為1.0 m ,圍巖條件棚長1210m ,布置在拱部150°范圍內(nèi),環(huán)向間距為40 較差且地下水量大時(shí)為0.75 m。環(huán)向采用<22 mm 鋼筋、間距50 cm 連接成整體。④ 噴混凝土 噴混凝土采用濕噴工藝,多次復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。混凝土洞外拌制,經(jīng)豎井串桶下到料車內(nèi)運(yùn)至施工點(diǎn),噴射作業(yè)采用TK-961 濕噴機(jī)。
5 隧道施工關(guān)鍵技術(shù)
天科區(qū)間穿越地層為礫質(zhì)粘土層及全風(fēng)化花崗巖層,部分段落隧道拱頂?shù)貙又泻型哥R體狀中砂、礫砂層,隧道上部地層中有市政管線20 條,其中煤氣管線2 條,穿越2 座人行天橋。施工中采用了超前小導(dǎo)管注漿、超前排水以及施工監(jiān)測,保證結(jié)構(gòu)物安全和施工順利的關(guān)鍵技術(shù)。
(1) 超前注漿固結(jié)地層
因區(qū)間隧道穿越地層為砂質(zhì)粘土,局部地段為海沖擊砂層,地下水豐富。設(shè)計(jì)采用<32 mm 超前小導(dǎo)管超前注漿固結(jié)地層,封堵地下水。小導(dǎo)管長315 m , 在一般地段布置在開挖輪廓線外拱部120°范圍內(nèi),砂層富水地段采用<76 mm 管棚與<32 mm 小導(dǎo)管共同注漿加固地層,并在開挖面上臺階按1.0 m ×1.0 m 間距布置,注漿作業(yè)采用KBY-50/70 及HFV -5D 雙液注漿機(jī)注漿,注漿壓力管棚控制在0.6～0.8 MPa ,小導(dǎo)管控制在1.2 MPa 。注漿作業(yè)由下向上后退施工,兩側(cè)分別向中間進(jìn)行,最后完成拱頂注漿。
采用上述注漿后,在開挖時(shí)圍巖穩(wěn)定,沒有產(chǎn)生坍塌或大變形情況,注漿效果明顯。注漿用水泥水玻璃雙液漿,配合比經(jīng)試驗(yàn)確定,其凝結(jié)時(shí)間、固結(jié)強(qiáng)度必須達(dá)設(shè)計(jì)要求,達(dá)到固結(jié)巖體、提高巖體穩(wěn)定能力及防水止水的效果。
(2) 超前引排地下水
區(qū)間隧道位于地下水位以下,開挖后大量地下水涌入隧道內(nèi),給施工帶來很大影響,同時(shí)由于地下水的作用,粘土層在地下水的作用下軟化,水量大時(shí)成流塑狀, 造成拱腳下沉、兩側(cè)涌泥,支護(hù)結(jié)構(gòu)下沉,施工極為困難,為保證施工安全,經(jīng)多次研究決定采取降水措施。由于區(qū)間隧道位于深圳市繁華的深南大道下,兩側(cè)建筑物密布,無法進(jìn)行地面降水,根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,結(jié)合地質(zhì)情況,最后采用隧道內(nèi)超前排水和隧道內(nèi)降水兩項(xiàng)措施,成功地解決了地下水對施工的影響問題。
① 超前排水 超前引排水在全部區(qū)間隧道內(nèi)采用,排水效果明顯,基本保證拱腳至隧道底部以上處于少水狀態(tài),改善了施工條件,保證圍巖穩(wěn)定,超前排水設(shè)計(jì)見圖4 。鋼管內(nèi)排引的地下水由排水管道直接排入集水井排出。<108 mm 鋼花管采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔并推管入孔,仰角為1°～3°,鋼管分段組裝,分段長度4～ 5 m , 絲扣連接,左右兩側(cè)各布置1 個(gè),隨著開挖的進(jìn)行分段拆除。
圖4 超前引排水布置示意(單位:m)
�、� 隧道內(nèi)降水 在第四系殘積砂質(zhì)粘土地段,由于地層滲透性差,采用超前引排水效果不明顯,開挖作業(yè)時(shí),地下水仍較大,為保證順利施工,采用輕型井點(diǎn)降水。輕型井點(diǎn)采用<50 mm 輕型井,井點(diǎn)布置見圖5 。井點(diǎn)在下臺階開挖完成地段布置,井點(diǎn)布置斜插角度為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 �？v向每5.0 m 布置1 組,每組在隧道兩側(cè)各布置2 口,用J SJ 30 型射流泵將井點(diǎn)管連接吸排地下水。
圖5 隧道內(nèi)輕型井點(diǎn)降水示意(單位:m)
(3) 監(jiān)控量測技術(shù)
地鐵區(qū)間隧道埋深淺,隧道施工對周圍擾動較大, 特別是地表沉降對地表路面行車以及道路兩側(cè)管線影響很大。為減少施工影響,施工中必須進(jìn)行施工監(jiān)測工作,信息化施工; 同時(shí),監(jiān)測信息能及時(shí)了解圍巖穩(wěn)定情況,支護(hù)結(jié)構(gòu)變形情況,及時(shí)修改施工參數(shù)及支護(hù)參數(shù),切實(shí)保證施工安全。
施工監(jiān)測主要進(jìn)行地表沉降監(jiān)測、隧道拱頂下沉、凈空收斂、支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、支護(hù)內(nèi)力等。監(jiān)測工作嚴(yán)格按照規(guī)范要求布設(shè)監(jiān)測斷面,按要求頻率進(jìn)行日常監(jiān)測工作,對監(jiān)測信息及時(shí)分析整理,指導(dǎo)施工。
6 結(jié)語
在深圳地鐵科學(xué)館—華強(qiáng)北區(qū)間隧道施工中,采取了超前支護(hù)、超前引排水等措施,保證了隧道施工的順利進(jìn)行�，F(xiàn)該區(qū)間隧道已全部完成,施工進(jìn)度、施工質(zhì)量均得到地鐵公司的好評,取得的這些經(jīng)驗(yàn)可為今后類似工程借鑒。
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