摘要:介绍水平旋喷搅拌桩在广州地铁暗挖隧道超前支护中的应用,成功解决了暗挖隧道在饱和粉细砂层中施工的难题,突破了传统矿山法超前支护理念,拓宽了传统矿山法的适用范围。
关键词:水平旋喷搅拌桩 暗挖隧道 超前支护 饱和粉细砂层
0 前言
暗挖隧道在饱和粉细砂层中施工时,由于该地层孔隙中饱和含水,采用传统矿山法的超前小导管或大管棚注入的浆液无法均匀扩散,加上饱和粉细砂层松散,若加大注浆压力或采用劈裂注浆,浆液常呈片状、脉状扩散,不能将粉细砂固结成整体,无法形成封闭的止水帷幕,故在防止隧道坍塌、涌砂涌水等方面均难以达到预期效果。饱和粉细砂层也成为了暗挖隧道的施工瓶颈。
水平旋喷搅拌桩是近年来在垂直旋喷桩、搅拌桩基础上发展起来的一种新工艺,工程应用实例并不多见,特别在暗挖隧道超前支护中的应用就更少。水平旋喷搅拌桩在广州地铁新港东站—磨碟沙站区间(简称新磨区间)暗挖隧道超前支护中的应用,成功解决了暗挖隧道在饱和粉细砂层中施工的难题。现就工程实例进行介绍,以利该技术的推广运用。
1 工程概况
新磨区间主要采用明挖法施工。但在区间中部位置,南北走向的华南快速干线与本区间垂直相交,由于华南快速干线是广州连接南部番禺、中山、珠海等城市的交通主干道,双向八车道,宽60m,日车流量近万辆,交通不能中断,如果明挖法或盖挖逆作法施工,则必须破坏华南快速干线或改道,给该干线公司带来非常大的损失,故新磨区间在穿越华南快速干线段必须采用暗挖法施工。wwW.11665.CoM本段暗挖隧道设计里程为ydk1+940.509~ydk2+020.509,单线长80m,受两端明挖区间线间距的限制,本段暗挖隧道左右线间距只有8.9m,隧道净间距约2.5m,埋深约5.0m,属超浅埋暗挖隧道。
2 工程及水文地质
根据地质报告中右线mbz3-4-14钻孔揭示,新磨区间暗挖段所处场地范围内的岩土分层,上部为第四系土层,下部为白垩系上统基岩,各岩土层自上而下依次为:〈1〉人工填土层:厚3.30m;〈2-1〉淤泥质土层:厚2.20m,大部分为流塑状,局部软塑状;〈2-2〉淤泥质砂层:厚5.50m,以淤泥质粉砂为主,其次为淤泥质细砂,呈松散状,含少量黏粒和有机质;〈3-2〉粗砂层:厚7.20m,含砾石,含黏粒,稍密~中密状;〈9〉微风化岩:主要由混质粉砂岩、粉砂质泥岩和粗砂岩、细砂岩组成;另根据地质报告中左线mbz2-db-32钻孔揭示,该地段局部存在〈3-1〉中砂层,厚5.60m,含黏粒少,颗粒均匀,级配差,稍密状。
场地四周多河涌,珠江河道在其北面,黄埔涌在其南面,地下水位于地面下2.5m,与珠江水及河涌水有一定的水力联系。以中、粗砂为主的海相冲积砂层厚度较厚,属中~强透水性层,饱和含水;基岩裂隙水不发育,连通性较差,透水性较差。
3 水平旋喷搅拌桩的施工技术
3.1 成桩原理
水平旋喷搅拌桩的成桩原理是在垂直旋喷桩、搅拌桩基础上发展起来的,即在普通钻杆的旋喷头上加焊搅拌叶,钻进过程中边旋喷边搅拌,使水泥浆与土体充分混合,从而硬结形成具有整体性、不透水性且强度较高的水泥土。水平旋喷搅拌桩具有旋喷桩、搅拌桩的双重优点,对地层适用范围进一步扩大,水泥土拌合更加均匀,强度更高,止水效果更好,施工质量有保证。
3.2 施工工艺
水平旋喷搅拌桩工艺流程见图1。
3.3 施工参数
水平旋喷搅拌桩一般采用单管旋喷工艺,旋喷压力15~20mpa,浆液采用32.5r普通硅酸盐水泥,水泥比0.75~1.00,并掺入适当的速凝剂。钻杆旋转速度为15r/min,钻进速度为30~50cm/min,退钻速度为1~25cm/min。
4 水平旋喷搅拌桩的应用
4.1 水平旋喷搅拌桩超前支护方案
由于本段暗挖隧道洞身主要在饱和粉细砂层、中砂层、粗砂层中通过,地质条件极差,开挖时极易产生涌砂涌水现象,同时华南快速干线地面沉降要求严格,传统矿山法超前支护措施已无能为力。综合分析隧道所处地质条件,考虑到施工安全、施工工期、工程造价及对周围环境影响等因素,本段暗挖隧道采用水平旋喷搅拌桩进行超前支护,其支护方案如下:
1)在隧道开挖轮廓外施作两排水平旋喷搅拌桩,水平旋喷搅拌桩咬合形成超前支护拱壳。水平旋喷搅拌桩桩径500mm,间距为350mm,互相搭接咬合150mm,形成具有止水、挡土、加固周围地层、超前支护为一体的地下拱形连续墙。
2)为了增加超前支护水平旋喷搅拌桩的抗弯、抗剪强度,在内排水平旋喷搅拌桩中心通长插一根ф42mm无缝钢管。
3)在隧道开挖轮廓内施作密排水平旋喷搅拌桩,全断面加固洞内土层,以确保开挖掌子面的稳定,防止涌砂涌水现象发生。洞内水平旋喷搅拌桩桩径800mm,密排布置。
水平旋喷搅拌桩在暗挖隧道中的超前支护方案见图2。
4.2 水平旋喷搅拌桩超前支护施工
本段暗挖隧道的水平旋喷搅拌桩超前支护分成两段,每段桩长41m,分别在华南快速干线两侧竖井内进行对接施工,详见图3。每根水平旋喷搅拌桩的施工严格按上述施工工艺和施工参数进行控制,并采取以下措施:
1)竖井内的土方分层开挖,每层厚1.5~2.0m,在每层土方开挖后及时施作水平旋喷搅拌桩。
2)在内排水平旋喷搅拌桩施工完毕后立即插打ф42mm无缝钢管。
3)在孔口1m范围内减小注浆压力,只搅拌不旋喷,以防止掌子面破坏。
4)为了防止拱部水平旋喷搅拌桩在重力作用下下沉侵限,应预先上仰1.5°,且桩位要适当外放。
5)为控制相邻水平旋喷搅拌桩分叉,要求采用刚度大的钻杆和自重大的钻机施工,并在掌子面处采用定位导向架。
6)钻至设计深度后,应继续旋喷搅拌2~3min再退钻,以保证对接接头区桩体的施工质量。
4.3 水平旋喷搅拌桩超前支护下隧道施工
本段暗挖隧道在水平旋喷搅拌桩超前支护作用下,隧道在封闭的拱壳内施工,有效地防止了涌砂涌水的发生,洞内止水效果良好,成功地解决了掌子面松散砂土坍塌、滑移及自稳能力差的难题。隧道采取“短进尺、勤支护,步步为营”等措施进行开挖,详见图4。
5 结语
本段暗挖隧道采用水平旋喷搅拌桩超前支护,成功穿越了华南快速干线,确保了地面沉降控制在合理的范围内,没有影响华南快速干线的正常交通,达到了设计目的。
水平旋喷搅拌桩在暗挖隧道超前支护中的应用, 使暗挖隧道在饱和粉细砂层中施工获得成功,打破了以往暗挖隧道的施工瓶颈,突破了传统矿山法超前支护理念,拓宽了传统矿山法的适用范围,给暗挖隧道超前支护增添了一种新的辅助措施,具有良好的借鉴意义。
参考文献
[1]tb1002.1—99,铁路桥涵设计基本规范[s].
