卵石集中地层隧道浅埋暗挖法施工技术(共8页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上卵石集中地层隧道浅埋暗挖法施工技术摘要：南水北调配套工程南干渠工程施工第二标段穿越卵石集中地层，存在超前注浆浆液扩散呈脉状，窜浆严重，固结效果差，开挖造成塌方处较多，核心土流失严重等施工风险。针对以上问题，提出了“早封面”、“少扰动”、“快凝固”、“开挖一段、支护一段、封闭一段”的施工原则，改进了小导管设计参数和注浆材料，缩短了开挖步距，密排钢格栅1米3榀，采取了核心土加固措施，施工效果较好，实现了卵石集中地层快速施工，每天进尺达到 22.4 m/d。关键词：隧道；浅埋暗挖；卵石集中地层；施工技术浅埋暗挖法具有灵活多变、不拆迁、不影响交通、不破坏环境、综合造价较低、隧

2、道支护强度高等优点，在北京市南水北调配套工程南干渠工程中得到了应用。本文以南干渠工程施工第二标段为例，针对卵石集中地层，在浅埋暗挖施工过程中遇到的问题及解决办法进行逐一说明。1 工程概况北京市南水北调配套工程南干渠工程施工第二标段，中线导线全长1412.04m，双线长2824.08m，为两条内径3400mm的钢筋混凝土圆涵低压输水输水隧洞，采用浅埋暗挖法施工。本标段暗挖隧道围岩主要为第四系全新统圆砾（卵石），局部地段为中细砂，围岩结构松散，不易成洞型，围岩不能自稳，围岩类别为类，其中部分地段掌子面拱顶以下5070cm高度以及核心土范围内卵石含量集中，呈带状分布，粒径一般在2080mm，含量在9

3、0%以上，细颗粒含量少，局部夹有漂石，个别最大最大粒径500mm。2 施工中存在的困难在卵石集中地层中从事隧道的开挖与支护，无论理论研究还是施工都是难点，几乎没有现成的经验可供借鉴，而该段工程原始设计没有考虑卵石集中、细颗粒含量少特点，按一般地层进行设计，却遇到了以下困难：1）由于导管打入深度达不到设计要求，超前注浆浆液扩散呈脉状，窜浆严重，固结效果差，开挖造成塌方处较多，核心土流失严重。2）在卵石集中地层中超前小导管成孔难度大，施工速度慢，同时对地层扰动较大，常常塌方。3）核心土范围土体卵石集中、垮塌严重，无法对掌子面形成反向推力，稳定开挖面。3 施工原则根据以上施工中遇到的困难，根据理论分

4、析和现场试验得出以下体会：在卵石地中地层隧道的开挖支护施工中，除应严格执行“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤测量”的“十八字”施工方针外，针对卵石集中地层小断面隧道施工中出现的困难情况，在研究分析浅埋暗挖施工“十八字”方针精神实质的基础上，结合工程实际，提出了在卵石集中地层中应遵循的原则：1）早封面在打设小导管前，首先喷射5cm厚混凝土层，以稳定工作面，避免小导管打设时振动坍塌。2）少扰动在打设小导管和开挖时尽量少扰动地层，防止卵石滑塌。3）快凝固因砂卵石地层浆液易于渗透， 且有遇水易塌方特点， 在小导管注浆浆液选择时尽量选择早凝固型浆液，以凝固胶结地层，促拱早形成。4）施工时必须遵

5、守“开挖一段、支护一段、封闭一段”的原则。4 设计参数优化4.1 初始设计参数4.1.1 小导管初始设计参数小导管采用25无缝钢管，长度为1700mm。导管头部为2530锥体，另一端焊上铁箍。端头花管自头部0.5m以下钻孔沿管壁间隔200mm交叉钻8的孔,呈梅花型布设，见图1。图1 小导管构造示意图拱部采用单排小导管沿设计轮廓线布置，小导管环向间距为300mm，外插角1520。小导管注浆材料及配合比根据地质不同情况和要求采用以下几种：改性水玻璃浆：配合比为硫酸：水玻璃=11.812.2，PH=3.13.5;纯水泥浆：原材料为掺入10%微膨胀剂的普通水泥，水灰比0.450.6; 注浆压力不大于0

6、.30.5MPa。4.1.2 正台阶法施工设计参数正台阶法是一般暗涵开挖施工常用的方法，适用于开挖断面跨度较小的暗涵，本标段中的施工暗涵采用正台阶法施工。上台阶开挖留核心土，其正面投影响面积不少于上台阶开挖面积的一半，纵向长度以2m为宜。上台阶每一开挖循环步长为0.5m，超前下台阶4m左右。4.2 设计参数优化4.2.1 小导管设计参数优化分析卵石地层按初始设计施工带来的困难，通过地层预加固机理和原则分析， 对小导管参数提出了优化方案。将钻孔位置由导管头部0.5m以下改为0.1m以下钻孔，为了便于浆液扩散，溢浆孔采用5100、梅花形布置的小孔。 通过施工实践，优化设计可以满足施工安全、快速、经

7、济的目标。注浆浆液采用水泥-水玻璃双液浆，注浆浆液调配时，加大水泥用量，提高浆液稠度。4.2.2 正台阶法施工设计参数遵照浅埋暗挖“十八字”方针短进尺要求，缩短开挖步距，密排钢格栅1米3榀，加强结构，每榀依照原设计超前打管注浆支护，防止开挖进尺过大引起塌方，确保施工安全。5 卵石集中地层隧道浅埋暗挖法施工采用台阶法施工，施工流程如下：超前支护注浆开挖上台阶半圆土体，保留核心土铺设第一层钢筋网架立格栅拱架焊接连接筋打锁脚锚杆铺设第二层钢筋网预埋回填注浆管喷C25砼开挖核心土及下台阶土体铺设第一层钢筋网架立下部格栅拱架焊接连接筋铺设第二层钢筋网喷射C25混凝土初支背后回填注浆下一循环。图2 开挖纵

8、断面图5.1 施工顺序说明1）开挖工作面，临时支护；2）掌子面喷C25砼，厚50mm，超前小导管灌浆；3）上台阶半圆土体开挖，留核心土，核心土长度23m，开挖步长33cm，铺设钢筋网片，架设格栅，布设纵向连接筋，打锁脚锚杆，喷C25砼；4）重复过程2）、3），错台5m开挖下台阶土体及核心土，立格栅，挂网喷C25砼；5）一衬回填灌浆跟随开挖工作面，并距开挖工作面5m的地方进行，并且一衬强度达到设计强度70%以上；5.2 主要施工工序1）超前支护：拱顶超前支护采用253.5mm，L=1700mm、仰角1520、环向间距300mm的超前小导管，形成小管棚支护开挖地层，并紧跟超前注浆。2）土体开挖：土

9、方开挖采用人工开挖，上台阶开挖留核心土。上台阶每一开挖循环步长为33cm，超前下台阶5m左右；每开挖33cm后，铺设钢筋网片，架设格栅，纵向连接筋，打锁脚锚杆，喷C25砼。3）架立钢格栅：中心间距33cm，接头交错布置。安装前清除底脚下的虚碴及其它杂物，钢架在开挖作业面人工组装，各节钢架间以螺栓连接拧紧，钢架与土层之间，留40mm保护层。4）焊接连接筋：连接筋（22）环向间距600mm，内外交错布置，与拱架焊接牢固。5）铺设网片：网片（6100*100mm）沿格栅两侧铺设，搭接1-2个网格，网片间点焊连接，并与格栅拱架焊接或绑扎牢靠。6）C25喷射混凝土：分片、分层进行喷混，主筋保护层厚度达到

10、4cm，喷完后修平砼表面。5.3小导管超前注浆加固技术5.3.1注浆施工流程测量定位打入小导管封面注 浆注浆检查小导管加工注浆机调试注浆材料配制注浆参数选择注浆参数试验图3 超前注浆工艺流程图5.3.2 操作工艺1）封闭掌子面：喷射混凝土封闭掌子面，喷射混凝土厚度为50mm。2）成孔：小导管打设采用风镐顶入法，将需要打入的小导管定好位置、角度和方向，后端将风镐前段钎子套入管内，通过风镐提供的向前冲击力，慢慢将小导管顶入卵石层。3）导管制作：依据上述优化后的小导管设计参数，先把钢管截成需要的长度，在距一端100mm处焊接6的钢筋箍。在钢管的另一端做成2530尖锥形，距头部0.1米以下每隔10cm

11、交叉钻5mm的出浆孔，打孔范围见下图。图4 小导管制作简图4）超前导管安设：小导管超前注浆每榀一次，环向间距300mm，仰角1520，外露20cm与格栅焊接。5）堵孔：导管周围缝隙用塑胶泥封堵，并用棉纱将孔口封堵。6）浆液制备： 浆液采用水泥-水玻璃双浆液。根据现场地质条件，经过试验确定双液浆配比，水泥浆水灰比为1:0.9（重量比），水泥浆与35Be水玻璃液体积比为1：0.8。7）注浆设备：由于水泥浆和水玻璃浆液混合后凝结速度极快，水泥浆和水玻璃浆液在注入土体前不能混合，注入时采用双液注浆泵。8）注浆顺序：采用分次注浆方式，注浆顺序由低到高跳孔进行，先注单号孔，再注双号孔，使浆液互相补充，避免

12、严重窜浆。9）注浆量：单根小导管注浆量Q=RLna式中：R浆液扩散半径，本工程超前小导管注浆扩散半径为300mm；L注浆管长，本工程注浆管有效长度700mm；n地层孔隙率；a地层填充系数，一般取0.8；浆液消耗系数，一般取1.1-1.2。10）注浆压力：注水泥-水玻璃浆液注浆终压0.3MPa。11）注浆控制指标：一般按单管达到设计注浆量作为结束标准。当注浆压力达到设计终压不少于20分钟，进浆量仍达不到注浆终量时，亦可结束注浆。本循环结束标准：所有注浆孔均达到注浆结束标准，无漏注现象，即可结束本循环注浆。12）封堵注浆管：注浆结束后，将管口封堵，以防浆液倒流管外。5.4 核心土加固措施针对核心土

13、范围土体豆石集中、垮塌严重的情况，采用掌子面打设注浆管并注浆的方式进行加固：掌子面喷5cm厚C25混凝土进行封闭，每开挖进尺1m，注浆加固一次。注浆管梅花型布设，共11根，采用25无缝钢管，L=1200mm，垂直掌子面打入1.0m，外露20cm，注浆压力不大于0.3Mpa。注水泥-水玻璃双液浆。6 施工效果分析1）在卵石集中地层浅埋暗挖施工中，合理的选择小导管注浆材料，适当更改出浆孔孔径及数量，与使用常规的小导管相比具有可操作性强、施工周期短等特点，有效地解决了卵石集中地层暗挖施工的超前支护问题。2）优化格栅榀距、缩小围岩暴露时间，是卵石集中地层浅埋暗挖施工安全控制的关键。3）与常规作法相比，

14、本工法施工安全系数高、土层沉降数值小。7 结论本文针对南水北调配套工程南干渠工程施工第二标段卵石集中地层隧道施工，提出了安全、快速、经济的施工措施。1）针对卵石集中地层小断面隧道施工中出现的困难情况，结合工程实践，总结提出了 “早封面”、“少扰动”、“快凝固”、“开挖一段、支护一段、封闭一段”的施工原则。2）对设计参数进行了优化，小导管采用25无缝钢管，长度为1700mm，端头花管自头部0.1m以下钻孔沿管壁间隔100mm交叉钻5的孔,呈梅花型布设；缩短开挖步距，密排钢格栅1米3榀，小导管一榀一打，实现了安全快速施工。3）详细介绍了卵石集中地层正台阶法开挖、小导管注浆和核心土加固的施工工艺。4）在卵石集中地层中采用上述方法施工技术，效果明显，每天进尺达到 22.4 m/d。参考文献1 ，等.砂卵石地层浅埋暗挖法快速施工技术 U.现代隧道技术，2011，48（5）：2 刘 明. 砂卵石地层浅埋暗挖地铁隧道施工关键技术 J.市政技术, 2011, 29 (2): 82-83, 863 中铁隧道集团科学技术研究所，DBJ01-96-2004 浅埋暗挖注浆技术规程S，北京：，2004专心-专注-专业