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1、城市地铁穿越软流塑地层段的设计施工技术论文.freel,洞顶覆土厚约8~9m,隧道上部有多栋2~7层的居民楼,隧道下穿交通干线及多条市政管线。两隧道分别有200多m全断面穿越自稳能力极差的软流塑淤泥质粉质黏土地层,而在软流塑土层中修建矿山法隧道还没有成功的经验可以借鉴,如何保证道路、管线及建筑物的安全与正常使用是地铁建设面临的一个重大技术难题。因此南京地下铁道有限责任公司审批成立了科研组,专题研究软流塑淤泥质粉质黏土地层的浅埋暗挖区间隧道施工技术,.freel,大管棚搭接长度3m,环向间距0.35m;在大管棚之间不开孔直接顶入Ф3
2、2小导管并注浆,小导管环向间距0.35m,搭接长度1.5m。钢管打孔注入32.5级水泥-水玻璃双液浆;边墙采用Ф25中空锚管注浆加固。掌子面土体加固:采用13m长PVC中长管对隧道掌子面劈裂注浆,加固开挖轮廓线以内的地层,防止开挖过程中发生洞内突泥。注浆顺序应先四周后中间,中间检查孔兼排水孔,以利于软土地层中的孔隙水在注浆过程中受到挤压时能顺利排出。设计施工顺序见图1、2、3。最后在管棚与加固拱圈的保护下进行隧道掘进。该工法在软弱地层浅埋隧道施工中能有效控制地面沉降,技术成熟,施工简单,造价较低。3.2软弱围岩仰拱超前法先开挖隧道
3、的下部,在隧道中部静压顶入Ф108长管棚并注浆,对下导坑拱部土体进行超前加固,同时施做下部初期支护,封闭下导坑,然后开挖上台阶。设计施工顺序见图4。该工法由于上部开挖形成的上拱圈可以落在下部的基础之上,在软弱地层浅埋隧道施工中能很好的控制地面沉降及拱顶下沉,较好的控制掌子面的位移,但工序复杂、工期长且施工组织难度大,工程造价较高。3.3水平旋喷加固法利用钻机钻孔,把带有钻头的喷浆管钻进地层的同时钻头上的喷浆孔开始喷浆,钻头旋转搅拌土体,将软土与浆液强制拌和,发生一系列物理、化学反应,凝结成整体性、水稳性都较好的高强度的浆液加固体,
4、在固结体的保护下进行隧道的开挖与支护。设计施工顺序见图5、6。该工法能很好的控制地面沉降及拱顶下沉,但工法不成熟,属新工法,新工艺,且水平旋喷机工效低,工程造价较高。3.4冻结加固法在要开凿的隧道周围布置Ф108冻结钢管,采用机械压缩方法制冷,通过低温盐水在冻结器内循环,吸收松散含水地层的热量,使地层冰冻,逐渐形成封闭的具有一定强度和稳定性的人工冻结岩土壁。同时在冻结孔内插入Ф42钢管增加土体强度。然后在冻结壁的保护下进行隧道的开挖与支护。设计施工顺序见图7。冻结法作为一种特殊的施工技术,防水和加固地层能力强,又不污染水质,特别适
5、用于涌水、流沙、淤泥等复杂不稳定地质条件下的土木工程施工。但冷冻需要大量氟利昂,会造成环境污染,且冷冻法工期长,造价昂贵,冻结过程中的冻胀现象与解冻过程中的融沉现象不易控制。3.5施工辅助工法的确定经过工期、造价、社会效益、施工可行性等方面的综合比较后,根据工程特点决定在软流塑地层段采用洞内注浆加固法,短台阶开挖;软流塑地层过楼房段采用软弱围岩仰拱超前法。4高压劈裂注浆工程施工前在软流塑淤泥质粉质黏土地层中注浆还没有成功的工程实例可供参考,科研组必须研究确定注浆加固的原理、可行性、加固范围与扩散半径、注浆压力、注浆量、浆体材料和配
6、比、、注浆效果等。4.1注浆加固的原理对于有一定渗透性的地层,采用中低压力将浆液压注到地层中的裂隙、裂缝、空隙里凝固后将岩土和颗粒胶结为整体,称为渗透注浆。而该工程地层颗粒更细,属于不透水、渗透性差的淤泥质地层,可注性差,经过室内、室外注浆试验确定采用高压劈裂注浆。原理是高压将浆液强行挤压进地层,压密孔洞周围土体,使土层劈裂即土体内突然产生网状裂缝,吃浆量突然增加,使浆液填充并凝结于裂缝中达到挤压加固土体的目的。4.2注浆压力的确定根据地层条件、施工条件、涌水压力、理论计算和现场试验,确定注浆压力控制在1.0~1.5MPa。首先压
7、力定在1.0MPa,如果注浆顺利且无地表隆起现象,则可适当调高注浆压力,否则应降低注浆压力。当注浆量达到设计注浆量的80%以上时可逐步降低压力,注浆终了压力应控制在1.0MPa。注浆压力理论计算公式为:pu≤γhtan2(45°+φ/2)+2ctan(45°+φ/2)式中:pu为劈裂注浆的极限压力,MPa;γ为土的重度,KN/m3;h为注浆孔的深度,m;c为土体黏聚力,KPa;φ为土的内摩擦角。计算得到大管棚注浆压力:pu=1.0~1.5MPa掌子面中长孔注浆压力:pu=0.5~1.5MPa,若进行二次注浆,则第一次注浆压力pu=
8、0.6~0.8MPa,第二次注浆压力pu=1.0~1.5MPa。小导管注浆压力:pu=0.6~1.0MPa。4.3注浆加固范围与扩散半径浆液扩散半径理论计算公式:R=(0.6~0.7)L0,式中:L0为小导管之间的中心距离,m;R为扩散半径,m。计
