地鐵全斷面前進(jìn)式水平深孔注漿加固方案設(shè)計(jì)及施工技術(shù)
2015-09-14
工程概況
廣州地鐵三號(hào)線北延長(zhǎng)線某標(biāo)段盾構(gòu)隧道施工，其盾構(gòu)機(jī)到達(dá)吊出端頭，受現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地狹小的限制，加上工期緊張，必須盡快恢復(fù)地面道路交通，經(jīng)過(guò)技術(shù)方案比較，將原設(shè)計(jì)地面加固形式變更為車站洞內(nèi)全斷面前進(jìn)式水平深孔注漿加固方案，以滿足洞門(mén)圍護(hù)結(jié)構(gòu)破除、盾構(gòu)機(jī)到站出洞的安全。
場(chǎng)地地質(zhì)及環(huán)境概況
位置和周邊環(huán)境
廣州地鐵三號(hào)線北延長(zhǎng)線人和站位于白云區(qū)人和鎮(zhèn)交通要道――G106國(guó)道之下，兩側(cè)建筑物多為2~5層的商住樓房，距基坑25~30m。
人和站北端擴(kuò)大端頭區(qū)段設(shè)計(jì)為盾構(gòu)機(jī)吊出井，左右線兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)均在此到達(dá)終點(diǎn)吊出。
人和站工程水文地質(zhì)
該端頭地層從上而下分布主要為<1>人工填土層（Q4ml）、<4-1>沖積－洪積土層（Q4al+pl）、<3-1>沖積－洪積粉細(xì)砂層（Q4al+pl）、<3-2>沖積－洪積中粗砂層（Q4al+pl）、<3-3>礫砂層、<4-1>、<7>巖石強(qiáng)風(fēng)化帶。隧道掘進(jìn)范圍內(nèi)主要為<3-2><3-3><4-1>層，砂層。砂層地下水飽和，且與附近河流水系聯(lián)通。隧道覆土厚度10.043m。
吊出井端頭水平加固設(shè)計(jì)
加固的目的和應(yīng)達(dá)到的效果
（1）洞門(mén)土體加固強(qiáng)度能保證洞門(mén)破除后、盾構(gòu)刀盤(pán)尚未頂?shù)剿淼勒谱用鏁r(shí)的土體穩(wěn)定。同時(shí)，盾構(gòu)能夠順利切割加固體。
?。?）洞門(mén)加固體的抗?jié)B性能。加固體的抗?jié)B性能要考慮地下水位的高低，地下水的流速，土體的粉粒、砂粒、礫石的含量等。如果抗?jié)B性能不佳，同樣會(huì)造成嚴(yán)重的涌砂、涌水現(xiàn)象（特別是水+砂+壓力同時(shí)存在的情況下）。
?。?）洞門(mén)加固范圍。到達(dá)洞門(mén)的加固范圍必須保證一定的加固體長(zhǎng)度、寬度和高度，確保土體的止水需要。此次加固長(zhǎng)度定為10米。
原設(shè)計(jì)端頭加固方案
原設(shè)計(jì)盾構(gòu)吊出端頭為人和站到達(dá)端頭，端頭地層采用Φ600@450水泥土攪拌樁結(jié)合外包Φ800@600旋噴樁進(jìn)行加固。端頭加固長(zhǎng)度10m，寬度25m，深度19.043m，其中實(shí)樁12m（隧道及其上下各3m）。隧道頂埋深10.043m。
對(duì)于本工程，實(shí)施旋噴樁加攪拌樁端頭加固方案具有以下難點(diǎn)及缺點(diǎn)：
成樁質(zhì)量不易保證。設(shè)計(jì)旋噴樁及攪拌樁加固深度為19.043m，從地勘資料分析，加固樁施工范圍地層標(biāo)貫高達(dá)16~28擊，尤其是隧道底部標(biāo)貫擊數(shù)最高。加固深度大則成樁質(zhì)量不易控制，土層標(biāo)貫高則攪拌樁難以下鉆。
交通疏解影響作業(yè)場(chǎng)地。人和站位于G106國(guó)道道路正下方，車站主體結(jié)構(gòu)施工之后還要繼續(xù)施工車站出入口，由于交通疏解的需要，人和站每次只能提供半幅場(chǎng)地用于端頭加固施工，樁基作業(yè)面狹小，施工組織極為不便，地面加固施工工期難以控制。
對(duì)環(huán)境污染較大，現(xiàn)場(chǎng)文明施工較難保持。旋噴樁、攪拌樁施工，產(chǎn)生大量泥漿、渣土和污水，對(duì)周邊環(huán)境污染嚴(yán)重。
優(yōu)化加固方案
為解決以上問(wèn)題，我部通過(guò)多方了解和實(shí)地考察，綜合比較分析，借鑒其它項(xiàng)目成功經(jīng)驗(yàn)，決定采用洞內(nèi)全斷面水平深孔注漿的施工方案。
該方案注漿加固原理是：在打孔后安裝注漿孔口管，由孔口管向內(nèi)進(jìn)行注漿，整個(gè)注漿過(guò)程是在一個(gè)封閉體系中進(jìn)行的，漿液通過(guò)孔口注漿管進(jìn)入封閉狀態(tài)的被注地層（流砂層、粉質(zhì)粘土層、粘土層等），通過(guò)注漿泵產(chǎn)生的壓力，使?jié){液在被注地層中向四周擴(kuò)散，達(dá)到充填、擠壓、密實(shí)的作用，從而使松散含水砂層或粘土層變?yōu)槊軐?shí)的堅(jiān)固地層，達(dá)到注漿堵水的目的。
本次水平加固的范圍是：沿隧道軸線方向?yàn)?0m（按照設(shè)計(jì)要求），斷面范圍為洞門(mén)圈以外3.0m。
布孔設(shè)計(jì)
沿洞門(mén)圈周邊布設(shè)水平鉆孔23個(gè)（圖示空心圓孔），環(huán)向間距0.7m；洞門(mén)下部布設(shè)斜孔19個(gè)，對(duì)底部注漿加強(qiáng)。水平鉆孔深度為10m。
導(dǎo)向管采用內(nèi)徑Φ65、壁厚3.5mm的鋼管。注漿角度和長(zhǎng)度為：
1、5號(hào)的埋設(shè)角度為65.5°，長(zhǎng)度為3.62m
2、4號(hào)的埋設(shè)角度為68.8°，長(zhǎng)度為3.54m
3號(hào)的埋設(shè)角度為70°，長(zhǎng)度為3.51m
29~32號(hào)的埋設(shè)角度為71.8°，長(zhǎng)度為6.10m
33~37號(hào)的埋設(shè)角度為74.5°，長(zhǎng)度為8.61m
38~42號(hào)的埋設(shè)角度為75°，長(zhǎng)度為11.18m
6~28號(hào)的埋設(shè)角度為0°，長(zhǎng)度為10.00m
施工工藝和方法
施工工藝
施工方法
在已完成的吊出井主體結(jié)構(gòu)內(nèi)，沿洞門(mén)周邊向需要加固的土體內(nèi)，全斷面施做水平鉆孔和斜孔，順導(dǎo)向管內(nèi)一邊鉆孔一邊注漿堵水，逐段推進(jìn)注漿加固到設(shè)計(jì)深度；水泥漿/雙液漿在砂層中擴(kuò)散與周邊孔注漿區(qū)域相互滲透融合，在洞門(mén)周邊固化形成桶狀加固體，滿足盾構(gòu)機(jī)到站出洞掌子面不坍塌、不漏水涌砂的安全要求。
導(dǎo)向管加工
導(dǎo)向管長(zhǎng)度70cm，采用內(nèi)徑φ65，壁厚3.5mm鋼管加工而成。一端焊接內(nèi)徑φ65的法蘭盤(pán)，另一端端頭植于掌子面上。植入深度為60cm，外露10 cm。
導(dǎo)向管埋置
注漿工作開(kāi)始之前，按注漿角度和位置布設(shè)圖，在連續(xù)墻上進(jìn)行導(dǎo)向管開(kāi)孔施工。開(kāi)孔直徑φ120，采用鉆孔取芯機(jī)進(jìn)行施工，鉆孔深度30cm。用快干水泥植入導(dǎo)向管。
鉆孔、注漿
1、鉆孔：采用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)從連續(xù)墻上埋設(shè)的導(dǎo)向管進(jìn)行鉆孔，成孔直徑Φ50。鉆桿頂進(jìn)時(shí)，注意保護(hù)管口不受損、變形，以便與注漿管路連接。
2、按設(shè)計(jì)順序依次對(duì)每個(gè)孔進(jìn)行鉆孔注漿，其原則是：鉆孔時(shí)每次長(zhǎng)度不宜超過(guò)2米就進(jìn)行注漿，有砂有水時(shí)，不管長(zhǎng)度多少，出砂出水就注。依此往復(fù)循環(huán)，直至設(shè)計(jì)終孔為止。注漿順序如下：
17-18-16-19-15-20-14-21-13-22-12-23-11-24-10-25-9-26-8-27-7-28-6-1-5-2-4-3-29-30-31-32-33-35-37-34-36-38-40-42-39-41。
鉆孔布置詳見(jiàn)“注漿管布置立面圖”、“注漿管布置注漿角度圖”。在“注漿管布置立面圖”中顯示黑色實(shí)心孔為斜孔。
3、注漿時(shí)，嚴(yán)格控制漿液濃度及壓力，根據(jù)壓力變化，及時(shí)調(diào)整漿液濃度，直到達(dá)到設(shè)計(jì)終壓為止。
原則上，開(kāi)始只注單液水泥漿，如果注漿壓力上不去且漿液用量大，則逐步改用雙液漿，以達(dá)到注漿壓力控制要求。
采取低壓力中流量注入，注漿過(guò)程中壓力逐步上升，流量逐漸減少，當(dāng)壓力升至注漿終壓時(shí)，繼續(xù)壓注5min，即可結(jié)束注漿。注漿時(shí)通過(guò)控制注漿壓力控制注漿量。當(dāng)注漿壓力較小，而注漿量較大時(shí)增大水泥漿的濃度，直至終壓達(dá)到1.5～2.0MPa，持續(xù)注漿至設(shè)計(jì)孔位深度。
4、注漿參數(shù)：
注漿擴(kuò)散距離：3~5米。
注漿漿液濃度：水泥漿水灰比為0.5:1，水波璃濃度為20-25波鎂度，水泥漿和水玻璃的體積比為3:1。
注漿終壓：1.5-2.0Mpa
技術(shù)要點(diǎn)
?、賹?dǎo)向鋼管外插角必須嚴(yán)格照?qǐng)D施工，保證注漿管外插角度。
?、诟骺鬃{時(shí)，間隔進(jìn)行，以保證漿液擴(kuò)散效果。
③各孔注漿時(shí)，間隔進(jìn)行，以保證漿液擴(kuò)散效果。
加固效果的檢測(cè)
該加固方式主要依靠水泥漿對(duì)加固土體的擠密作用，水泥漿不一定能夠均勻滲透入加固土體，因此采取抽芯的方法進(jìn)行檢測(cè)反映不出加固效果。因此，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際采取水平抽芯檢測(cè)。沿洞門(mén)圈內(nèi)加固體范圍內(nèi)打9個(gè)水平探孔，觀察滲水情況。經(jīng)檢查注漿效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，即可破洞門(mén)進(jìn)行始發(fā)。
結(jié)束語(yǔ)
該端頭水平加固歷時(shí)約2個(gè)月，使用水泥約1100噸/單線端頭，水玻璃約20~30噸。加固完成后，沿洞門(mén)圈內(nèi)加固體范圍內(nèi)鉆打2.5~3m深的9個(gè)水平探孔，觀察滲水情況，僅3個(gè)探孔有少量清水滲出。據(jù)此初步判斷加固效果滿足盾構(gòu)機(jī)出洞要求。在盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)掘進(jìn)至距離洞門(mén)約1m時(shí)，出空盾構(gòu)機(jī)土倉(cāng)渣土，開(kāi)倉(cāng)發(fā)現(xiàn)在3點(diǎn)鐘位置有漏水通道，滲水量約2m3/s，遂在車站吊出井內(nèi)對(duì)應(yīng)位置施鉆水平孔，注入約500Kg油性聚氨酯堵漏，成功止水。隨后盾構(gòu)機(jī)順利出洞。
地鐵盾構(gòu)端頭土層水平注漿加固方式在上海、天津軟土地層有成功應(yīng)用，但未推廣使用；在廣州地鐵是第一次成功應(yīng)用。不久，我們?cè)趶V州地鐵6號(hào)線聯(lián)絡(luò)通道富水砂層加固也得到成功應(yīng)用。從各地案例來(lái)看，水平注漿加固適應(yīng)于各類地層，尤其適應(yīng)于含水流砂層（高壓旋噴樁和攪拌樁成柱困難的地層）。跟進(jìn)式水平注漿，不僅滿足了加固土體的止水要求，同時(shí)對(duì)加固土體的強(qiáng)度指標(biāo)也能勝任。其優(yōu)點(diǎn)一是加固方便、堵水效果好；二是不占用地面場(chǎng)地、排污量很小，對(duì)環(huán)境污染小，現(xiàn)場(chǎng)文明施工容易保持。該方案設(shè)計(jì)及施工技術(shù)簡(jiǎn)便可靠，實(shí)施很成功。對(duì)類似工程施工具有一定參考價(jià)值。
