yantubbs-劈裂帷幕注浆法在超浅埋隧道施工中的应用

劈裂帷幕注浆法在超浅埋隧道施工中的应用徐　伟1,杨转运2,刘　会2,孙　亮2(1.江西省优化工程设计咨询院,江西南昌330031;2.四川建筑职业技术学院,四川德阳618000)摘　要:浅埋暗挖法是以注浆超前支护技术、格栅拱架制造技术、正台阶环形留核心土方法、监控量测技术等为基础发展起来的一种适用于浅埋隧道施工的技术。

结合某浅埋的人行地道工程,采用劈裂注浆法对隧道土夹石地层进行水泥-水玻璃双液浆注浆提高松散土夹石的自稳能力,用全断面长短管注浆相互结合的方法对砂层进行水泥-水玻璃双浆液注浆,成功穿越不良地质段。

关键词:隧道施工;劈裂注浆;全断面注浆;浅埋暗挖中图分类号:U455 文献标识码:A 文章编号:1008-5696(2007)06-0018-03Application of splitting curtain grouting in ultra 2shallow tunnel constructionXU Wei 1,YAN G Zhuan 2yun 2,L IU Hui 2,SUN Liang 2(1.Jiangxi Engineering Design Optimization Advisory Center ,Nanchang 330031,China ;2.Sichuan College of Architecture Tech 2nology ,Deyang 618000,Sichuan ,China )Abstract :Mining method for ultra 2shallow tunnel construction is a technology developed from grouting support technology ,grid arch manufacturing technology ,bench excavation ring cut method and monitoring measure 2ment technology.A combination of the shallow People ’s Bank Road Project ,grouting the tunnel soil 2stone for 2mation cement 2sodium silicate double injected significantly improved loose soil with stone from stable ,and full 2face with the length of pipe each other right combination of sand for cement 2sodium silicate double injected ,suc 2cess through adverse geological sites.K ey w ords :tunnel construction ;splitting curtain grouting ;full 2sectional grouting ;mining method for ultra 2shal 2low tunnel收稿日期:2007-08-21作者简介:徐　伟(1978～),男,助工,研究方向:工程设计及咨询. 王梦恕提出浅埋地下工程的概念[1],城市地铁在覆跨比(H/D )为016～115时为浅埋,小于016时为超浅埋,浅埋隧道的最大特点是埋深浅,施工过程中由于地层损失而引起地面移动明显,对周围环境影响大。

因此,对开挖、支护、衬砌、注浆等施工方法提出了较高要求,施工难度增大[2-3]。

1　工程概况某人行地道工程位于深南路与华发路的十字交叉口。

人行地道的横通道和主通道采用暗挖法施工,由于埋深受到地下管线的制约,主要控制管线是沿深南路两侧东西走向的DN800给水管及雨水管、沿华发路南北走向的1700×1700mm 和1000×1000mm 矩形雨水渠,还有其他的给排水、电力、通信管线等,致使主通道覆土厚度仅有318m 。

主通道西侧为老深南路的过水涵洞(已经废弃),横通道正好位于涵洞的入口位置,地质情况极其复杂:横通道地层自上而下为人工填土、抛填片石、砾质粘性土、砂层,主通道地层为砂层。

地下水极其丰富,属孔隙潜水承压水类型,水位随降雨量及季节变化而异,勘察期间测得稳定水位埋深最浅仅有3100m 。

依据“新奥法”原理,浅埋暗挖法施工,采用超前小导管注浆加固地层[4];砂层地段,采用全断面注浆加固地层,初期支护采用格栅钢架和网喷混凝土联合支护形式。

2　掌子面坍塌原因横通道上导坑原设计为一次性开挖,掘进时根据地质情况改为台阶分部开挖,期间开挖掌子面多次出现掉块、坍塌现象。

经与设计院共同研究,认为是由于土夹石地层透水性差,周围地下水丰富,水压力较大,造成掌子面失稳。

协商后进行设计变更,对掌子面进行临时封堵,对地下水进行引排:掌子面每2m 进行封堵一次,封堵墙挂Φ8@15×15cm 钢筋网,喷20cm 厚C25混凝土,并打设Φ42×315@115×115m ,L =315m 注浆导管;地下水打设Φ42×315通常钢花管进行引排,引排钢花管要打设在漏点上。

3　小导管注浆施工及失败原因掌子面发生坍塌后,按照变更后的设计对其进行封闭,打设小导管并采用常规双液注浆法进行注浆处理,见图1。

具体做法如下:1)加工制作Φ42×315cm ,L =315m 注浆管,注浆孔间距20cm ,直径8mm ,梅花型布置。

2)用风枪将注浆管打入设计位置。

3)喷射混凝土封闭掌子面。

4)用普通215MPa 注浆机进行水泥-水玻璃双浆液注浆,水灰比为2∶1～1∶1。

5)开始施工后采用短进尺开挖掌子面,进尺013m 时即开始坍塌,小导管注浆法施工失败。

原因分析如下:由于掌子面为土石混合体,风枪打眼成不了孔,锤击法打入,小导管遇见坚硬石头打不进或自行弯曲;普通压力效果不好,水泥-水玻璃双浆液不能充分渗入,并经常堵管;普通注浆机压力不够。

图1　双液注浆管布置图图2　劈裂注浆管布置图4　劈裂注浆法工作原理劈裂注浆法是指在较高的压力作用下,使较稀的浆液克服地层的初始应力和抗拉强度,压入弱透水性的土夹石地层中,使地层中原有的裂隙和孔隙张开,并在围岩中形成局部高压力区将周围土体挤密,浆液本身也会硬化而使围岩得到加固。

根据实际情况,决定采用劈裂注浆法进行掌子面加固,将注浆管改为迈式注浆锚杆,在原注浆管中间补打315m 迈式锚杆并喷射混凝土封闭工作面。

新置10MPa 双浆注浆机,水泥-水玻璃双浆液增加磷酸二氢钠等附加剂,并提前试验确定最佳配合比。

开挖时采用先从两侧开挖,预留核心土[5],见图2。

开挖后注浆效果良好,土石被挤压紧密,水泥-水玻璃浆液呈脉状、线状、斜面状,空洞处呈块状。

开挖进尺015m 后,安装Ⅰ22工字钢作为临时仰拱,使上导坑封闭成环。

411　劈裂注浆的效果分析本次劈裂注浆历时15d ,通过8m 土夹石地层,平均日进尺015m 。

实践证明,劈裂注浆法效果好、速度快,其优势为:注浆压力较大,双液注浆配合比选定准确,起到了对松散土夹石地层重新牢固粘接在一起的“造岩”作用;迈式锚杆对松散土夹石地层穿透力强,保证了注浆效果。

412　长短管全断面帷幕注浆相互结合通过砂层41211　流砂原因分析主通道全部处于砂层中,原设计分为4步进行开挖,掘进时根据地质情况改为分6步进行开挖,期间开挖掌子面多次发生流砂现象,导致地面沉降过大。

分析原因为周围地下水丰富,导致饱和粉、细砂随着水流流出。

41212　施工过程。

根据实际情况,为保证地表交通、施工的安全,决定采用长短管全断面注浆相互结合进行掌子面加固,如图3、4、5,拱部及上部边墙采用超前小导管进行注浆,掌子面采用长管进行注浆。

每6m 一个循环,止浆墙厚度大于210m ,长管注浆遗留的空隙由小导管注浆弥补,注浆加固范围为开挖轮廓线以外110m 。

长管采用89×4mm 钢管,每8m 截成一段,并且钢管上加工直径为1cm 、间距为40×40cm 梅花型布置的小孔。

短管采用Φ42普通钢管,壁厚315mm ,外插角20°,环向间距为012m ,预留止浆段210m ,花管部分钻有Φ8mm 注浆孔,间距20cm 梅花型布置。

图3　主通道长管注浆开孔断面图(单位:mm)图4　主通道长管注浆平面图(单位:mm)图5　主通道长管纵断面图(单位:mm )长管采用钻进法施工,根据长管孔的位置,分层加高钻机平台。

钻机平台搭设好以后进行钻孔,钻孔顺序由高孔位向低孔位进行,可缩短移动钻机与搭设平台时间,便于钻机定位、定向,如图6所示。

短管采用钻机钻孔,插管时用气动锤振入。

注浆材料采用1∶1水泥浆液和1∶018水玻璃双液浆,注浆压力根据现场试验而定。

具体施工顺序如下:1)搭设平台、安装钻机、测定孔位。

钻机平台采用12×12cm 方木搭建,平台满铺木板。

根据大钢管孔的位置,分层加高钻机平台。

钻机平台搭设好以后进行钻孔,钻孔顺序由・91・　第6期徐　伟,等:劈裂帷幕注浆法在超浅埋隧道施工中的应用高孔位向低孔位进行,可缩短移动钻机与搭设平台时间,便于钻机定位、定向,如图6所示。

图6　钻机施工示意图安装钻机:进钻前,以坐标法在掌子面标定大钢管孔位。

钻机平台要稳固,钻机要安装牢固,防止进钻时钻机不均匀下沉、移动而影响钻孔质量。

钻机定位:钻孔方位要求根据线路中线与大钢管工作室的位置确定,必须精确核定钻机位置。

架立钻机时用经纬仪、罗盘、挂线相结合的方法,确保钻机轴线与大钢管设计轴线相吻合。

2)大钢管孔钻进。

大钢管孔开孔:开孔前必须检查设备,保证设备状况良好,对组合好的钻具要检查丝扣联接是否紧密,用翼片式螺旋钻进法钻进。

大钢管孔钻进:为了保证钻孔精度,开孔段钻进是关键。

钻进前1～3m 时,要反复校核钻杆方向,调整钻机位置,并用罗盘及挂线检测偏斜无问题后方可继续钻进。

大钢管入孔前要先配管,保证大钢管的同心度[6]。

3)注浆。

注浆扩散半径013～014m ;注浆速度30～50L/min ;凝结时间5～30s ;注浆终压017～115MPa ;W/C为1∶1;水玻璃:水玻璃波美度40(原液),模数216(现场注浆时将水玻璃波美度调整为30～35s );水泥浆∶水玻璃(体积比)为1∶1。

利用自制的注浆套管与大钢管用套丝连接,如图7所示,注浆套管上准备有出气管与进浆管,由阀门来控制开关。

然后安装20mm 塑料管作为排气管,连接注浆管等各种管路,利用锚固剂封闭掌子面与大钢管间的孔隙,防止漏浆。