注浆在地铁矿山法隧道中的应用_工程管理

1、注浆在地铁矿山法隧道中的应用讨论目的:随着我国城市轨道交通的快速进展,在城市地铁中按喷锚构筑法原理进行设计和施工的浅埋暗挖矿山法隧道越来越多,本文旨在分析在矿山法隧道中各种帮助施工措施的特点、适用条件。讨论方法:通过对多个矿山法隧道的调查讨论,对不同文地质条件、周边环境下的注浆措施进行分析对比和总结。讨论结论:在城市地铁中的矿山法隧道,需依据工程的周边环境、隧道埋置深度、工程及水文地质条件、隧道断面尺寸,结合隧道施工的基本工法,选择合理的注浆参数,对地层及围岩进行必要的加固和止水,不但可以避开较多的施工风险,节省工程投资,而且还可以削减对周边环境的影响及破坏,满意工期的要求。随着我国城市轨道交

2、通的快速进展,采纳矿山法施工的隧道越来越多。在人口密集、交通繁忙、建筑物集中的地段采纳何种帮助施工措施,对降低工程造价、削减对周边环境的影响至关重要。1 地铁矿山法隧道所处的环境及特点矿山法施工的不少地铁隧道,由于埋深浅,处于第四系各种土层、砂层或岩石全、强风化的脆弱围岩中;一般地下水位较高,地下水丰富,且多位于繁华都市区,地面道路纵横交叉,建筑物密集,地下管线众多,地面沉降掌握严格;因此,在矿山法隧道设计和施工中选择合理的帮助施工措施,对围岩进行加固和止水,以保证隧道的施工平安和削减对周边环境的影响。在众多帮助工程措施中,本文主要针对注浆措施的特点、适用条件及应用绽开论述,为在矿山法隧道中采

3、纳注浆措施供应参考。2 注浆注浆是通过外界压力将浆液压入到土体中,经渗透及劈裂作用,使土体粒子间的水或空气被强行排挤出加固范围之外,并充填土粒之间的空洞、孔隙;利用胶凝材料将四周的土粒胶接为一个整体;改善土体的物理力学性能,提高土体强度和地层的整体稳定性,降低地层的渗透性,堵断地下水渗透的通路;从而保证隧道在开挖后地层的稳定,保证施工及四周环境的平安。2.1 注浆工艺依据浆液与土体的相互作用方式,一般可分为渗透注浆、压密注浆、劈裂注浆3大类,其特点如下:2.1.1 渗透注浆浆液将土中的自由水和气体排挤出去,通过充填裂隙或空隙,胶结四周土体,形成较密实的固化体,从而提高土层的抗压强度和抗渗性。渗

4、透注浆不会引起土体体积大的变化。当地层为砂层、卵石层、碎石土等第四系地层(渗透系数大于10-4cm/s)时,宜采纳渗透注浆方式。2.1.2 劈裂注浆液在较高的压力下,注入到孔隙率较小的地层中。浆液在高压力作用下,沿地层的结构面产生劈裂流淌,在地层中形成脉、网状分布。不规章的脉、网状固结物和由于浆液压力而挤密的土体构成复合地层,从而具备肯定的承载力量和止水力量。当地层为粘性土地层、埋深较大、渗透系数较小(小于10-5cm/s) 时,宜采纳劈裂注浆方式。2.1.3 压密注浆采纳有肯定稠度或速凝型的浆液,通过压力对土体产生压密效应,从而改善土体的物理力学性能,其固结体在土体中一般呈似球体或块体状分布

5、。压密注浆主要用于地基加固中,对于矿山法隧道中的注浆加固地层及止水,主要为渗透注浆和劈裂注浆2种方式。在实际注浆中,浆液往往是以多种运动方式作用于土体的,仅以某种单一方式作用于土体的状况几乎很少。因此,平常的设计和施工中,所谓的渗透注浆或劈裂注浆,是指注浆过程中,浆液以渗透形式为主,或以劈裂方式为主的注浆方式,往往会伴有其它方式的发生。2.2 注浆工艺依据注浆工艺的不同,可以分为花管注浆、套管注浆、埋管注浆等几种形式。2.2.1 花管注浆注浆主要通过钻机钻孔后,插入注浆花管进行注浆,此种注浆是采纳全孔一次性注浆方式,注浆孔孔径一般为4070mm,此种注浆主要用于注浆段不长的状况。2.2.2 套

6、管注浆套管注浆也叫袖阀管注浆。当钻孔到设计深度后,从钻杆中灌入封闭泥浆,并在封闭泥浆中插入塑料单向袖阀管,在塑料管中插入双向密闭注浆芯管再进行注浆。此种注浆是采纳全孔分段注浆方式,分段长度一般为23m一段;注浆钻孔孔径一般为70110mm,注浆袖阀管直径一般为4080mm。该工艺的特点是能很好地掌握浆液的凝固时间和集中范围,对不同地层和地段,可采纳不同的注浆压力、注浆量及浆液类型。2.2.3 埋管注浆埋管注浆是通过埋设密封管和特制注浆芯管,将浆液注入地层,以达到加固地层的目的。此种注浆工艺主要用于跟踪注浆技术,对于隧道中加固地层及止水则较少使用,而是主要用于隧道施工中引起周边建(构)筑物的沉降

7、后的补救措施。2.3 浆液类型主要采纳的注浆材料为水泥浆或水泥-水玻璃浆液。纯水泥浆的成本较低,流淌性较好,结石强度较高,可灌性也较好,但析水率较大,稳定性较差,结石率较低,早期强度一般较低,凝聚时间较长,一般需添加早强剂;水泥-水玻璃浆液除具有水泥浆的全部优点外,还兼有某些化学浆液的优良性能,凝聚时间可以调整,能可较好地掌握浆液的集中半径,结石强度较高。一般当隧道在地下水位以下、地下水具有肯定的流淌性、地层的渗透系数和空隙率较小时可采纳水泥-水玻璃浆液;依据地层状况,为了提高浆液的可灌性,也可以考虑采纳超细水泥-水玻璃浆液;当位于地下水位以上,孔隙率较大时可采纳水泥浆。2.4 注浆压力注浆压

8、力是用浆液进入地层孔隙及裂隙的一种动力,依据不同的注浆类型、地质条件和周边环境不同而不同。一般说来,注浆压力肯定要大于地层的水压力、地层压力等各种阻力值的总和。从浆液集中效果方面考虑,注浆压力大,集中范围越大,注浆孔可相应削减,注浆速度提高;但注浆压力过大会造成窜浆,集中至设计注浆范围以外,既铺张材料,并且可能造成地面超标准的隆起,影响周边建(构)筑物、地下管线的平安。确定合适的注浆压力,从理论上讲是很困难的,由于影响的因素较多,如工程及水文地质条件、浆液类型、注浆工艺、埋置深度等。通常,注浆压力设计依据阅历选取,并通过现场试验确定;其中,渗透注浆的终压力一般应大于静水压力的23倍。2.5 注

9、浆孔的布置布孔原则是使浆液集中范围相互重叠,避开消失“盲区”,造成隧道开挖时涌水或坍塌。浆液的集中半径一般随渗透系数的增大而增大,由于地质条件的简单多变,理论计算的半径参数不易选准,又因有多种地层,各地层的参数各不相同,经常偏差较大,设计时可采纳工程类比,并依据现场试验选取合理的注浆集中半径。一般采纳渗透注浆时,注浆孔间距为0.51.0m;劈裂注浆时,注浆孔间距为0.82.0m。2.6 注浆分类及应用主要为洞内深孔注浆、洞内浅孔注浆、地面注浆等3种注浆类型。2.6.1 洞内深孔注浆主要用于地面无注浆条件的状况。每个注浆循环长度约2040m,开挖肯定距离,留约3.05.0m左右作为下一循环的止浆

10、墙。注浆范围一般为隧道开挖范围外2.04.0m线范围内土层和全、强风化岩层,加固体抗渗系数一般要求达到10-5cm/s,做到隧道在开挖过程中仅有极少量渗水,不能形成有危害性的渗流。深圳地铁一期工程的老大区间隧道,隧道所处地层主要为花岗岩的残积层(砾质粘土层)。当2号竖井向两端进行暗挖隧道施工中,竖井东端隧道拱部施工进至8m时,掌子面土石分界线位置消失涌泥、涌砂现象,施工受阻;2号竖井以西段拱部施工进至7m时,亦在掌子面土石分界线位置消失始终径约20cm的孔洞,地下水携带粗砂急速涌出。经分析,由于地层含水量较高的,且水压较大,超前小导管注浆效果差,地下水从支护缺陷处渗出,形成潜蚀,最终扩大涌出。

11、从现场实际施工状况看,砂质粘土层及花岗岩全风化层透水性强,尤其是砾质粘土层性质变化大(可认为是“似土非土、似砂非砂、似石非石”,是一种特别的不良地质),干燥状态下稳定性好、硬度大,但在含水状态下,施工开挖及支护扰动后快速软化成泥浆,且长时间不易失水干燥;同时由于地表水补给充分(紧邻布吉河),地下水渗出量比估计的要大,采纳单一的超前小导管注浆较难阻挡地下水渗入坑道和保证掌子面的稳定。为保证隧道施工平安,在竖井两端各100m范围内采纳洞内深孔注浆加固地层及止水措施。加固范围为隧道开挖轮廓线外3.0m线以内的土层和全风化层;浆液为水泥-水玻璃浆液;浆液集中半径为80cm,梅花型布置;注浆压力为初压0

12、.30.4MPa,稳压:1.21.5MPa;水灰比为11,水玻璃浓度:30°Be,模数:2.6;注浆采纳分段长套管护壁后退式注浆工艺(袖阀注浆),主要采纳劈裂注浆方式。每个注浆段长35.0m,每两个注浆段的搭接长度为4.0m;注浆挨次为先隧道周边后中间,隔孔交替注浆。地层注浆后,浆液在土体中集中呈树枝状分布,局部有1020mm厚度的薄片状浆液凝固分布在土体中,凡是空隙处与薄弱处都布满了浆液的凝固体。由于较好地掌握了注 浆压力,未对地表产生超标准的隆起。开挖过程掌子面基本无水,土层自稳力量较好,未发生任何的涌泥、涌砂现象和坍塌现象;施工进度加快,起到了预期的目的。2.6.2 洞内浅孔注

13、浆当隧道局部或小范围地层较差时,不需要大范围实行加固地层和止水措施时,可以考虑洞内局部浅孔注浆加固和止水,而不采纳洞内全断面深孔注浆。深圳地铁一期工程的国老区间隧道,该段位于深南东路及百货广场房屋下方,为单洞双层重叠隧道,隧道上半部为粉质粘土(花岗片麻岩的残积层),隧道分4个台阶开挖。在施工过程中,作为相对隔水层的粉质粘土孔隙较多,遇水极易软化,自稳力量极差,施工过程中不间断有小股水流出;因开挖卸载,使围岩产生松弛变形,增大了地层的透水性,因而在隧道拱腰及掌子面时常消失局部坍落,并伴有突水、突泥的现象。为保证隧道开挖平安、削减平安隐患和掌握地面沉降,在隧道开挖施工约15.0m后,打算对该段隧道

14、洞内第一台阶采纳洞内浅孔注浆加固地层及止水措施。加固范围主要是针对掌子面内的地层;浆液为水泥-水玻璃浆液;浆液集中半径R=0.50.6m;注浆孔孔底间距为0.40.8m,梅花型布置,周边孔密,中间孔稀;注浆压力为初压0.1MPa;稳压:0.3MPa;注浆采纳42钢花管进行注浆。钢花管长5.0m,每次注浆段长度5.0m,开挖4.0m;主要采纳渗透注浆,局部加大压力采纳挤压劈裂注浆方式。地层在注浆后,开挖过程掌子面基本无水,土层自稳力量较好,未发生局部坍落及突水、突泥现象,保证了施工平安;施工进度加快,起到了预期的目的。2.6.3 地面深孔注浆地面注浆与洞内注浆相比,具有施工场地相对较开阔,施工条

15、件较好,注浆施工质量能得到肯定的保障。地面注浆加固地层可比洞内开挖先期进行,施工干扰较少,对施工工期较有利。但当地面建筑物密集、地下管线较多时,地面注浆较难实施;在城市中施工,有时还会产生肯定的环境污染。深圳地铁一期工程的国老区间在SK1+600SK1+645段为暗挖的单洞双层隧道,此段隧道上部为素填土、粉质粘土、砾砂及凝灰岩的全、强风化层;同时整体处于F4压扭性断层中,其宽度约为40m,断层带岩性为断层糜棱岩、断层泥和断层角砾,局部含大量断层泥、构造角砾岩及构造透镜体;地下水丰富,补给快,地质条件非常恶劣;该段上部的华中酒店基础桩基须进行托换,华中酒店未托换的塔楼桩距隧道边不足1m,四周深南路人行天桥为浅基础,位于隧道顶部。为了防止隧道施工期间发生较大的地表沉降和四周地下水流失对华中酒店和人行天桥产生危害,同时加强桩基基础强度,对该区段采纳地面注浆加固措施。注浆范围为隧道中线两侧各8.5m,立面为隧底开挖线以下3.0m至地面以下3.0m线;浆液集中半径:R=120cm;注浆孔间距:150cm,梅花型布置;注浆压力:初压0.5MPa、稳压:1.82.0MPa;浆液为超细水泥-水玻璃浆液,水灰比11,水玻璃浓度:35