1、收稿日期:作者简介:陶 威()男 甘肃兰州人 高级工程师 :浙江交通职业技术学院学报 第 卷第 期 年 月 地铁暗挖施工深孔注浆试验段试验研究陶 威 徐公文 刘 凯(中国铁建股份有限公司华南区域总部 广东 广州 中铁三局第四工程有限公司 北京)摘 要:针对北京地铁 号线四季青站 出入口横通道垂直下穿南水北调暗涵的工程问题 提出可行的施工方法 采用试验段试验的方法进行研究 试验段主要开展洞内深孔注浆试验 包括试验方案确定与实施、试验效果分析和综合对比分析通过试验段研究 获得能够指导施工的洞内深孔注浆要素:注浆方式与工艺、机械设备、孔位布设、浆液类型、注浆加固与开挖长度、注浆相关具体参数等 四季青
2、站 出入口横通道垂直下穿南水北调暗涵工程 用试验段总结的施工方法施工工程安全顺利完成关键词:北京地铁 横通道 下穿 南水北调 暗涵 洞内深孔注浆 注浆要素中图分类号:文献标识码:/文章编号:()引 言北京地铁 号线起点站四季青站位于西四环北路与紫竹院路(杏石口路)交叉口南侧 沿西四环辅路西侧南北向布置 车站共设置 个出入口、座风亭、个安全口、个无障碍出入口、座冷却塔 其中位于西四环东侧的 出入口横通道垂直下穿南水北调暗涵 四季青站平面如图 所示图 四季青站平面示意图 南水北调中线工程西四环暗涵工程为等工程 主要建筑物为级建筑物 工程输水规模为/加大流量为/西四环暗涵工程起点位于丰台区大井村西京
3、石高速永定路立交桥西南角 终点位于西四环四海桥北侧约 总长 本工程涉及范围内的暗涵主体结构为两条并行圆形暗涵 圆形管涵为初支厚度 二衬厚度 二衬内净空 初支与二衬之间设防水板 二衬混凝土为 防水等级 变形缝采用 橡胶止水带一道 双组分聚硫密封胶封口根据 北京地铁 号线工程起点 四季青站 远大路站(不含)穿越南水北调西四环暗涵工程专项设计安全影响评价报告 出入口通道暗挖施工时 既有输水暗涵最大竖向位移值不超过 最大水平向位移值不超过 最大裂缝宽度允许值为 由于西四环路为北京市重要交通道路 地铁施工不能影响其正常路面交通因此出入口通道暗挖按照“先加固、后开挖”的要求进行施工 即先进行洞内超前深孔注
4、浆 然后采用 法进行暗挖施工为有效保护南水北调暗涵 关键要做好超前深孔注浆 保证注浆效果 为此做深孔注浆试验段研究 通过试验段 获得注浆孔布设、注浆方法、注浆工艺、注浆机具、注浆参数和注浆效果等工艺与经验后再进行出入口通道暗挖施工 试验研究方案 基本思路试验段选在地质情况相近的 号线起点 四季青区间邻近南水北调暗涵的 长度 开挖断面及埋深仿照四季青站 出入口横通道垂直下穿南水北调暗涵的工况对暗挖隧道地层拱部进行不同布孔形式的深孔注浆 研究二重管后退式深孔注浆、自钻式锚杆前进式注浆、前进式分段注浆和单管后退式注浆/袖阀管注浆的工艺、机具、效率、参数和加固效果等深孔注浆加固范围为拱顶初支外轮廓 至
5、初支内轮廓 范围内全部加固 沿拱部 范围内布孔 不同试验区段布设不同数量的孔 计算注浆量时 浆液扩散半径按 考虑 卵石层土体孔隙率为 、填充系数为 、损耗系数为 试验区段布置本次试验段分五个区段进行(长度分别为、和)具体试验情况如表 所示 各区段注浆孔打设如图 所示图 各区段打孔孔位和角度浙江交通职业技术学院学报表 五个区段试验实施情况区段一区段二区段三区段四区段五概况拱部布 孔 间距 每 孔 打 设 管 分 个打设角度(、)管 长 分 别 为、二重管后退式注浆 煤矿用坑道 钻 机 和 /双液注浆泵拱部布 孔 间距 每 孔 打 设 管 分 个打设角度(、)使 用 台 钻机 一台 号孔开始 另一
6、台 号孔开始 孔采用水泥 水玻璃双液浆 孔采用水泥单液浆拱 部 孔 间 距 每 孔 打 设 管 分 个打设角度(、)采 用 自 钻 式锚 杆 注 浆 工 艺、顶冲式全液压锚杆钻机和/灌浆泵拱部布 孔 间距 每 孔 打 设 管()采 用 前进式分段注浆、钻机和 /型注浆机 长 拱部布 孔 间距 每 孔 打 设 管 分 个打设角度(、)采用单管后退式注浆/袖阀管注浆、液 压 水 钻 钻 机 和 注浆机钻孔钻机引流钻孔 高强合金钻头与二重管通 过 丝 扣 连 接钻头 电机作为钻孔驱动 水钻成孔 钻孔速度约/钻杆单根度 钻进中每根管丝扣连接同区段一自钻式锚杆利用表面带螺纹状的空心锚杆杆体作为锚杆成孔时
7、的钻杆 在杆体端部联接一次性钻头 利用钻机提供的液压冲击力将锚 杆 顶 入 土 体钻 孔 速 度 约 /钻 头 开 孔开孔 深 度 为 利用液压作为钻孔驱动 水钻成孔 钻孔速度约/注浆单液水泥浆、水泥 水 玻 璃 双 液 浆、磷 酸 水 玻 璃 浆 液(管外护壁)每根注浆孔成孔后 后退钻杆分段注浆同区段一单液水泥浆 采用前进式注浆 即钻进一段、注浆一段注浆 材 料 为 水泥 注 水泥单液浆 浆液水灰比 用 /型注浆机 前 进 式 注 浆即钻进一段、注浆一段工艺同区段一 单管注浆区别在于双浆液在进管口位置即混合 而二重管注浆则浆液在出管口位置混合 故单管注浆对于浆液凝结时间需要较好的控制 各区段
8、试验效果比较 试验记录五个试验区段现场深孔注浆实施情况的记录如表 所示 可见第二试验段注浆施工比较快 进度功效比较五个试验区段有关试验数据情况记录汇总如表 所示 可见第二和第五试验区段功效比较高表 现场实施情况记录区段区段一区段二区段三区段四区段五进场时间 夜间 夜间 白天 白天 夜间设备数量钻机 台、双液注浆泵 台、搅拌桶等钻机 台、双液注浆泵 台、搅拌桶等钻机 台、注浆泵 台、搅拌桶等钻机 台、单液注浆泵 台、搅拌桶等钻机 台、双液注浆泵 台人员数量日 夜 日 夜 日 夜 日 夜 日 夜 浆液单液水泥浆、磷酸水玻璃浆液单液水泥浆、水泥 水玻璃双液浆、磷酸水玻璃浆液单液水泥浆单液水泥浆水泥
9、水玻璃双液浆第 期陶 威 徐公文 刘 凯:地铁暗挖施工深孔注浆试验段试验研究区段区段一区段二区段三区段四区段五设备吊装、调试时间 次日 次日 注浆开始时间 注浆完成时间 问题断管 次设备故障 次断管 次设备故障 次设备故障 次设备故障 次卡管 次表 注浆工效分析试验区段区段一区段二区段三区段四区段五实施班组第一施工班第一施工班第二施工班第三施工班第四施工班注浆工艺二重管后退式注浆二重管后退式注浆自钻式锚杆前进式注浆 前进式分段注浆单管后退式注浆/袖阀管注浆钻机型号及数量 煤矿用坑道钻机 台 煤矿用坑道钻机 台 顶冲式全液压锚杆钻机 台 钻机 台 液压水钻钻机 台加固长度 实际开挖长度 钻进总长
10、度 吊装调试时长钻孔总时长 注浆总时长 注浆工期 开挖工期 总体进度工效 注:总体进度工效 实际开挖长度/(注浆工期 开挖工期)(/)注浆效果比较洞内深孔注浆加固地层的目的主要有两点 一是减小开挖过程中的地表沉降 有效保护管线及建筑物等环境风险安全 二是加固开挖面上方土体减小开挖施工自身风险 下面对注浆及开挖时地表沉降进行分析讨论 在整个试验段内洞室正上方地表设置 个监测点(每个区段内设 个测点)监测其注浆阶段和开挖阶段的沉降(隆起)情况限于文章篇幅 在此仅给出注浆和开挖阶段的测点最大沉降(隆起)值如表 所示 表示隆起表示沉降表 各实验区段注浆和开挖阶段测点最大沉降(隆起)值(单位:)试验区段
11、测点编号注浆阶段判别开挖阶段监测时间区段一 (注浆)(开挖)区段二 (注浆)(开挖)浙江交通职业技术学院学报试验区段测点编号注浆阶段判别开挖阶段监测时间区段三 (注浆)(开挖)区段四 (开挖)区段五 (开挖)综合对比分析由于第一和第二试验段都采用二重管后退式注浆 但第一试验段的地表隆起值较大 不纳入比较范围了 其余各试验区段的总体对比情况如表 所示表 各试验区段总体对比基本情况部位区段二区段三区段四区段五工艺二重管后退式注浆自钻式锚杆前进式注浆前进式分段注浆单管后退式注浆钻机型号数量 煤矿用坑道钻机 台 顶冲式全液压锚杆钻机 台 钻机 台 液压水钻钻机 台里程 钻孔作业单孔钻进长度/钻进总长
12、钻孔总时长 每延米钻进用时 注浆作业浆液类型水泥 水玻璃双液浆水泥浆液 水泥基特种浆液 水泥 水玻璃双液浆注浆方量 注浆总时长 每延米注浆用时 /其他时间工艺间歇时间 机械损坏 工期注浆(不含吊装)开挖 方案完成情况钻孔方案完成度 完成空隙填充率 完成孔数/管数 个/根 个/根 个/根 个/根注浆效果分析孔距/孔内管数/根/根/根/根注浆压力 每延米注浆量 第 期陶 威 徐公文 刘 凯:地铁暗挖施工深孔注浆试验段试验研究部位区段二区段三区段四区段五开挖验证浆液有扩散局部可见浆脉有效扩散半径约 浆液基本未扩散有效加固半径约 浆液有扩散 局部可见浆脉 有效扩散半径约 浆液有扩散局部可见浆脉 有效扩
13、散半径约 加固段长度 工效分析(按延米加固)设备吊装、安装 单次加固长度/安全开挖进尺/加固施工次数注浆加固总历时 注:每延米注浆量(/)注浆方量/加固长度每延米注浆用时(/)注浆总时长/钻进总长度 从地表沉降(隆起)的数值可知 第二试验区段的总体效果要好于其他试验区段 通过对各试验段的总结并结合以往工程经验 得出地铁四季青站 出入口横通道下穿南水北调暗涵施工时洞内深孔注浆的建议方案如表 所示表 横通道下穿南水北调暗涵施工时洞内深孔注浆的建议方案注浆方式二重管后退式注浆机械设备 煤矿用坑道钻机 台、/双液注浆泵 台、搅拌桶等浆液类型水泥 水玻璃双液浆孔位布设拱部 范围内布孔 孔环向间距 每孔内
14、打设 根管注浆与开挖长度注浆加固长度/环 开挖长度/环注浆有关参数地层孔隙率 注浆损失率 填充率 注浆速度/注浆终压 扩散半径 、液凝结时间 、液凝结时间 备注 液:水泥浆采用普通硅酸盐 水泥 配合比为水 水泥 液:水玻璃采用浓度 稀释成体积比为 液:速凝剂(固化剂可配置 方浆液)注浆时根据现场情况是否冒浆 不冒浆选用 液与 液 冒浆采用 液与 液 液与 液配比 液与 液配比为 配制双液浆浆液凝胶时间为 液与 液 液与 液 结 语试验段试验研究持续了四个月时间(年月 月)四季青站 出入口横通道下穿南水北调暗涵施工于 年 月开始施工 施工中采用试验段获得的深孔注浆经验和建议方案 主要包括:注浆方
15、式采用二重管后退式注浆工艺 注浆浆液选用水泥 水玻璃双液浆 主要施工设备选用 煤矿用坑道钻机和 /双液注浆泵 注浆孔在掌子面拱部 范围内布设 孔环向间距 每孔内打设 根注浆管 每环注浆长度控制在 以内 开挖长度控制在 以内 注浆参数:普通硅酸盐 水泥浆液水灰比 浓度 水玻璃稀释成体积比为 注浆速度/注浆终压 由于不可抗力因素 北京地铁 号线四季青浙江交通职业技术学院学报车站整体尚未完工 但车站 出入口横通道垂直下穿南水北调暗涵段工程施工已结束 说明深孔注浆试验段获得的经验和建议方案对实际施工起到了积极有效的指导作用 也为今后类似工程提供了参考实例参考文献:胡丹 郑良 李硕 等 南水北调中线明渠工程运行风险评价方法研究 南水北调与水利科技 ():/城市轨道交通土建工程设计安全风险评估规范 水工隧洞设计规范 许野 地铁隧道不均匀沉降综合性整治措施 浙江交通职业技术学院学报 ():盛海洋 岗上隧道围岩变形机制及防治对策研究 浙江交通职业技术学院学报 ():赵文虎 暗挖地铁隧道深孔注浆施工控制技术 中国水运(下半月)():柳杰 后退式注浆在隧道穿越不良地质中的应用 建筑技术 ():梁金平 富水软弱围岩浅埋隧道下穿建筑物施工关键技术 四川建材 ():():第 期陶 威 徐公文 刘 凯:地铁暗挖施工深孔注浆试验段试验研究
