辽宁海滨城市地铁区间穿越卵石层河道技术

海滨城市地铁区间穿越卵石层河道技术【内容提要】XX市地质条件复杂，地铁区间穿越城市河道更是施工风险控制的要点，若事先调查不充分、方案不当、应急准备不足，将极有可能发生坍塌冒顶、河水倒灌等灾难性事故，甚至殃及地面建筑、人群。本文通过对某区间隧道穿越河道施工前的风险分析、地质勘测、降水、地表注浆止水、以及施工过程中的洞内全断面注浆、加强支护等技术措施研究，从而为类似穿越河道等复杂条件下浅埋隧道施工提供经济、安全、可靠的指导性施工方案。【关键字】卵石河道旋喷桩降水小导管全断面注浆建筑物监测1引言本文中介绍的地铁区间位于城市繁华街道处，设计区间将穿越的河道现状为城市排洪渠，渠顶采用砼盖板封闭后上方建有二层办公楼。地铁施工从河道卵石层中穿过，地下水丰富。施工过程中，经多次现场勘查及专家会议研究，制定了洞外、洞内综合治理的技术措施。从穿越河道的风险分析入手，全面考虑周边环境、现场施工条件，提出施工控制要点及主要施工措施。2工程概况2.1基本概况本段区间线路线间距12m，隧道拱顶覆土11.7m，区间采用暗挖法施工。区间隧道下穿某排污河。区间隧道线路与河道交角约78°，穿越段隧道长9m。河床宽8.7m，河床经人工硬覆盖，为季节性河流，雨季形成河流，现状为排污通道。2.2工程地质及水文地质下穿段区间隧道埋深较浅，且处于全风化泥灰岩与全风化钙质板岩交界处，穿越段隧道拱顶上方为卵石层，透水性极强。卵石层地层局部已侵入隧洞顶面下3.0m。在穿河段，隧道位于全风化泥灰岩地层中，属Ⅵ级围岩。本场地地下水按赋存条件主要为基岩裂隙水，基岩裂隙水主要赋存于卵石层以及基岩裂隙中。地下水位埋深2.30～9.10m，地下水的排泄途径主要是蒸发和地下径流，主要补给来源为大气降水。详见附图1、2地质纵段图。图1右线下穿春柳河段地质图图2左线下穿春柳河处地质图3穿越河流段隧道施工重难点及存在问题分析区间隧道左、右线下穿春柳排污河，隧道埋深较浅，且处于全风化泥灰岩与全风化钙质板岩交界处，穿越段隧道拱顶不同程度上存在极强透水性卵石层侵入情况，该段施工处于雨季，施工中安全风险极大。根据地质资料、施工图纸和现场踏勘和分析，在该段施工中存在以下重难点需要解决：a需要对隧道穿越河段进行进一步探测，摸清地质情况。河道下方即为卵石地层，且河底渗水严重，雨季地表水可渗透卵石层直接灌入隧道。因为原河道崎岖，且经过城市修建改造，很难判断河底卵石层分布情况及地下渗水通道，需要对此段地质状况进一步做详尽勘察。b需对隧道穿越河段进行隔断处理，阻断卵石层水进入隧道，引起河水倒灌，造成淹洞事故本区段地下水主要为基岩裂隙水，且主要赋存于卵石层中，卵石层透水性极强。必须采取有效措施截断地下水的补给源，并降低地下水位，使土层排水固结，增加围岩自稳稳力；避免开挖扰动造成涌泥、涌水和拱顶下沉、塌方等事故。c需防止隧道穿河段周边管线、建筑物因开挖排水和施工扰动造成的破坏。隧道埋深较浅，河底距离隧道拱顶仅10m，春柳河两侧为居民楼。此段为全风化泥灰岩遇水软化崩解，成流塑状，极不稳定，在隧道通过及降水过程中为保证安全，必须采取有效措施加固地层，加强开挖和初期支护措施。d需防止侵入隧道局部卵石地层突涌，造成淹洞施工。隧道穿河段为Ⅵ级围岩洞段，隧道洞身处于全风化泥灰岩中，拱部为卵石地层，地下水丰富；河底至拱顶埋深在10m左右，开挖过程中需采取必要的地表加固卵石地层措施，确保隧道施工的稳定。4穿河段隧道施工技术方案穿越河道主要补堪、地表双排咬合旋喷桩隔离、卵石层地表注浆、洞内超前注浆、加强支护等措施，具体叙述如下：4.1进一步补充地质勘察技术方案补充勘察的主要任务是详细探明本区段的工程地质条件，进一步查明不良地质、特殊地质的性质、特征、范围，特别是卵石层的范围。详细查明本区段附近地表水水位、流量、水质、及补给、排泄条件与地下水的相互关系，为降水设计提供资料；查明地下水的水位、流向、了解地下水动态和周期变化规律。4.1.1补充勘察的主要方法a工程地质调绘：现场对场地进行全面地质调绘并数码照相。调查新、老堆积土、特殊土工程地质特征；调查构造类型类型、形态、产状、分布规律；调查地下水类型、基本特征、补给来源和排泄条件。b钻探:主要是揭示地层层序、结构、岩土工程特征、取样及孔内测试，认识地表以下地层特征，了解地下水具体情况，摸清卵石层的具体范围、侵入隧道具体深度等。采用全站仪按坐标放孔并超平，同时人工挖掘2～3m探坑，确认孔位处无地下管线等障碍物及地上障碍物后，钻机就位，开钻。钻探工艺、取样、孔内测试等严格执行《铁路工程地质钻探规程》（TB10014—98）的有关规定。岩芯按顺序放于岩芯箱内，及时鉴定、记录，并用数码相机逐孔、逐箱拍摄记录。准确量测初见及稳定水位。钻孔终孔时现场进行钻探质量评定，合格后及时封填钻孔并移入下孔钻探。c抽水试验：施工219mm直径的水文钻孔，钻孔作为水文观测孔及后续施工降水孔，采用抽水设备在水文钻孔内进行单孔分层抽水试验，抽水试验前及时进行洗孔，测量自然静止水位。根据地层情况和水量先试抽，以便清洗钻孔、检查抽水机械设备是否正常运转，了解最大降深的涌水量，然后按照有关规范要求进行正式抽水试验，分3次降深，准确观测记录水位、水量，当出现水量和水位降深与时间关系曲线在一定范围内微小波动，且没有持续上升或下降趋势时，确定为抽水稳定，稳定时间不少于4小时，达到要求稳定时间后进行恢复水位观测。试验完成后按照有关要求进行资料整理。4.1.2补充勘察勘探孔布置按照《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB50607—1999）规定，结合场地情况，布置勘探孔。本次补勘探孔A、B、C、D共4个，抽水孔1个，钻探总进尺120m。勘探孔位置详见图3《补勘探孔位置平面图》。图3补勘探孔位置平面图4.2双排高压旋喷咬合桩止水墙施工卵石层范围主要分布在某厂区内，该范围沿线路纵向延伸约70m，其中间约35m部分埋深较大，与区间隧道的垂直距离较近，局部已侵入隧道拱顶。为截断地下水的补给，在隧道周围上方做一道高压旋喷桩止水帷幕。详见图4《旋喷止水帷幕平面示意图》。图4《旋喷止水帷幕平面示意图》高压旋喷桩的施工原理是利用钻机的钻具将带有喷嘴的钻头钻进至设计深度后，在高压泵高压的作用下，将一定水灰比的水泥浆液，通过高压管泵送至钻头，使所注入的高压水泥浆液经过喷嘴喷射出来，冲击、切割周围土体；同时钻具又以一定速度旋转并进行提升，这样水泥浆液强制搅拌周围土体形成圆柱体的桩体。由于浆液克服地层阻力而渗入周围地层孔隙中，依靠水泥浆液的特性，固化地层，使得地层强度得以提高。当设计为咬合施工时，形成的固化体连接密实可以达到止水的效果。本次高压旋喷注浆采用二重管旋喷注浆法，当二重注浆管钻进到土层的预定深度后，通过在管底部侧面的一个同轴双重喷嘴，同时喷出高压浆液和空气这两种介质的喷射流，冲击破坏土体，具体来说，即以高压泥浆、高压发生装置喷射出20Mpa左右压力的浆液，从内喷嘴中高速喷出，并用0.7Mpa左右的压力把压缩空气从外喷嘴中喷出，在高压浆液流及其外圈环绕气流的共同作用下，破坏土体，喷嘴一面喷射一面旋转和提升，最后在土体中形成圆柱状固结体。二重管旋喷注浆法结构如图5所示。图5二重管旋喷注浆法结构示意图施工工艺：如图6所示：测量放线定位引孔钻机就位钻进成孔清孔移钻插入高喷管测量放线定位引孔钻机就位钻进成孔清孔移钻插入高喷管高喷作业回灌搬迁开孔检查泥浆注入换浆清渣孔内保持满浆浆液配制泵送试喷检查启动空压机送风观察高喷参数4.3打设降水井，对地下水进行井点降水降水井直径为Φ600mm，全孔下入Φ300水泥砾石滤水管。井孔沉淀管以上4m范围的的滤水管外包一层密目尼龙网，全孔回填粒径为3～7mm中粗砂滤料，井深考虑为12米，抽水采用200QJ40-39/3型潜水泵，流量30～55m³/h、扬程50m，采用自动抽水控制装置，保证水位线时刻处于设计位置。降水井结构如图7所示：图7降水井管结构示意图4.4河床底卵石地层的旋喷注浆加固河床底部的卵石松散，稳定性较差，采用旋喷注浆法加固地层。首先利用钻机把安装在注浆管(单管)底部侧面的特殊喷嘴，置入土层下方12m处，控制注浆压力为2.0MPa左右注入质量比为1:1的水泥浆，将河床底部的卵石地层固结。4.5洞内采用全断面注浆及超前小导管注浆支护措施4.5.1洞内全断面注浆在穿越段卵石层沟谷处洞内20延米范围，进行全断面注浆；用于注浆的孔口管采用φ80mm的焊接钢管或外径不大于90mm、壁厚5～7mm无缝钢管制作而成。为保证注浆施工顺利安全进行，工作面必须网喷50cm以上的混凝土进行封闭，然后按要求进行孔位放线、钻机定位，试机运转。4.5.1.1注浆参数：a注浆采用双液浆，水泥浆与水玻璃浆体积比为1:0.6～1:1。b注浆压力不宜超过1.5Mpa，凝胶时间控制在1～2min。c缓凝剂掺量应根据所需凝胶时间而定，一般为水泥用量的2%～3%。d注浆采用水玻璃浆液，浓度为20～35Be’。e拱部以下注浆范围为开挖轮廓线外0～3m，终孔间距按（1.5～1.6）R考虑，一般为2～3m,注浆终压为1.2～1.5Mpa,浆液扩散半径R为1.5～2.0m。4.5.1.2注浆施工方式：采用前进式注浆方式。a钻孔采用引孔导入法，即先用φ90mm钻头钻进2.5～3.0m后停止钻孔。将孔口管正确装入钻孔内，用快凝水泥进行堵孔，并保证孔口管方向与钻孔方向一致。b在孔口管周围堵孔1h后可进行短注浆，形成止浆墙，以防止正式注浆时浆液外溢渗漏。c进行止浆墙注浆2～4h后，改用φ65mm钻头继续钻孔，软弱地层钻孔采用分段前进形式，钻一段注一段。图8全断面注浆示意图超前小导管注浆支护每循环开挖前，采用环向小导管注浆，以此改善围岩的物理力学性能，起到增加围岩防渗和自稳能力。小导管为Φ42热轧水煤气管，壁厚3.25mm,管头30°椎体，小导管环向间距0.3米。外插角度为10°～15°，L=3m，小导管中间部位钻直径为6～8mm的溢浆孔，呈梅花形布置，间距为15cm，尾部0.8m范围内不钻孔以防漏浆，末端焊直径为6mm的环形箍筋。超前小导管注浆材料为水泥水玻璃双液浆，水泥浆：水玻璃=1：0.8（体积比）。小导管打设完成后开始进行小导管注浆，严格控制注浆压力为0.6Mpa，终压必须达到设计要求，并稳压，保证浆液的渗透范围，防止出现结构变形、串浆等异常现象。4.6地质超前预报及地表建筑物监测施工前需洞内接近卵石层20m时，进行TSP超前地质预报或地质雷达测试，准确判断出地质情况后在进行下一步施工；同时，加强地下、地表建筑物检测工作，加强监测频率及监测布点，采取24小时监控量测跟踪施工，信息反馈指导施工。根据监测结果，必要时采取跟踪注浆措施。当地下水位、地面变形任何一项超过警戒值时，应立即停止施工，对春柳河河床基础底部土体进行注浆加固。确保周边环境施工安全。4.7、其他注意事项及措施a隧道施工采用台阶法，开挖采用0.5m进尺循环，不得超挖，开挖结束后，立刻对掌子面进行封闭处理，在掌子面上初喷3—5cm混凝土，并安装钢筋网片，搭接长度2