建筑物下软流塑地层浅埋暗挖隧道施工技术

建筑物下软流塑地层浅埋暗挖隧道施工技术为解决地铁隧道在软土中矿山法暗挖掘进的技术难题,结合南京地铁鼓玄区间软流塑地层的工程特点和难点,阐述国内首次在城市建筑物下的地铁软流塑暗挖隧道施工的具体措施:大管棚+小导管超前支护,掌子面超前注浆加固,并通过监测信息反馈施工结果。总结分析其成功经验,供以后类似工程借鉴。此前,国内在处于软土的地铁暗挖隧道施工环境中,均采用冰冻法或盾构法。在隧道断面尺寸小、隧道长度短和地质变化大的隧道施工环境中,盾构法不适应,而冰冻法却存在着较大的施工风险。因此,采用何种措施,使操作灵活方便而技术成熟的矿山法应用于软土地层,是一个急待攻克的难关。南京地铁鼓楼至玄武门区间隧道胜利贯通,这标志着国内首例软流塑淤泥粉质粘土层隧道矿山法技术难关完全被攻克。其施工难度和风险在世界地铁施工史上也极为罕见。中国工程院院士王梦恕评价说:“中铁十三局集团在南京地铁开创了人类先河!”。1工程概述1.1工程概况

南京地铁南北线一期工程鼓楼站~玄武门站区间为矿山法施工双洞单线隧道,左线全长1063.6m,右线全长1064.094m,起止里程K10+337.7~K11+401.3,鼓楼站北端与玄武门站南端在道路两侧的房屋下穿过,其余地段在道路下方穿过;地面上3~7层的楼房有21幢,房屋基础为条基。有给水、雨水、污水、电力、电信等多种管线。在玄武门路站南端320.6m的隧道穿过软~流塑状淤泥质粉粘土地层,该地层具有“三高一低”特性(高含水量、高压缩性、高灵敏度、强度低)。此段位于玄武湖西侧,历史上曾经是玄武湖的一部分,覆土厚度约8m,地面上有2幢2层楼房、3幢5层楼房和一条Φ900污水管,如此复杂的施工条件在国内地铁史上实属罕见。1.2地质概况

区间地下水主要为浅层孔隙潜水,基岩孔隙、裂隙水,浅层孔隙水由大气降水和地表水渗入补给。软~流塑状淤泥质粉质粘土地层情况和土体物理力学指标:①-2b3-4粉质粘土~淤泥质粉质粘土:灰色、软~流塑,埋深1.4~9.2m,层厚4.8~12.2m。②-2b4淤泥质粉质粘土~粉质粘土:灰色、流塑,局部软塑,夹薄层粉土及少量腐植物。该层分布于河床两侧,具有高压缩性,高灵敏度,低强度,易变形等特性,厚度变化显著,层厚0.5~10.0m。2施工难点分析软~流塑状淤泥质粉质粘土具有高压缩性、高灵敏度、强度低,易产生蠕动等特性,开挖后自稳能力极差,易坍塌,地面沉降难以控制。软流塑地层暗挖隧道施工难点主要表现在:

(1)地质条件差,隧道上层覆土薄(仅8m),不能形成有效的承载拱,自稳能力极差,严重时可能发生涌泥现象,使施工无法进行;

(2)土体中的地下水丰富,施工过程中,地下水极易流失,易引起地层收缩固结;

(3)地面沉降难以控制,在道路区,过大沉降易引起路面开裂,甚至坍陷,影响交通安全;在管线和建筑物区,地面沉降过大,易造成地下管线破坏和建筑物开裂,危及建筑物安全。3软流塑地层隧道施工方案的选择软流塑地层隧道施工拟采用台阶分步开挖法,但必须采用适当的辅助工法加固地层。常用的辅助工法有注浆加固(大管棚+小导管超前预注浆+掌子面注浆加固)、软弱围岩仰拱超前法、旋喷或搅拌加固、冻结加固等。各种工法简述如下。3.1大管棚+小导管超前预注浆酿

毙

姿睡长管棚结技合小导管朗注浆和掌玉子面超前封预注浆俭法崇,杜是在隧道廉拱部打设批长管棚和忧小导管注切浆菠,岔对拱部进镜行加固和拉超前支来护撑,笼并对隧道厦掌子面的揪地层进行犹注浆改语良蜜,漫然后在管屯棚和加固械拱圈的保志护下进行得开挖、支汁护与衬砌催。该方法骄在浅埋隧夜道施工中咏也能有效痰地控制地炎面沉艺降沟,偷技术成熟雹。善作3.2榜补软弱围岩足仰拱超前馅法极

填困软弱围岩椅仰拱超前德法是先开尸挖隧道的袜下奋部剥,鸣在隧道中牢部打设长争管棚和小端导管注境浆敲,个对下导坑孔拱部进行车加固和超镰前支贡护喇,论并对隧道吩掌子面的闸地层进行茄注浆改状良暗,套开挖、施迅作下部初狡期支矩护违;陪然后在隧肠道拱部打帖设长管棚祥和小导管徒注姐浆聋,月开挖、支裁护隧道上丢部仆,龄主要是为蚊了避免初毛期支护拱具脚落拱产扛生的沉降续。铸3.3午心水平旋喷烘法疗

庭

夸飞采用水平滔旋喷桩加集固禁,乡以改善地昏层物性。装水平旋喷历的原理同界竖直旋棒喷薄,谊只是将钻笼杆水平钻拾进进行旋包喷注浆。废它利用钻违机钻腥孔志,氏然后把带竹有喷头的琴喷浆管放念至地层预呈定的位贡置艳,娘用从喷水动口喷出的怠射流冲击驴和破坏地椒层。剥离母的土颗粒饿的细小部怜分随着浆评液排墨除讯,螺其余土粒循在喷射流粘的冲击力们、离心力竖和重力作勤用谁下绸,骡与注入的浩浆液掺搅报混瞎合优,吸并按一定嘱的浆土比剂例和质量肉大小有规屋律地重新纽排蓬列箩,缓在土体中窜形成固结过体。加固榨方法侮为杯:荐施庸作秘Φ刮600m谅m订水平旋喷盈桩加易固缓,俯并插妈入眯Φ占42m园m兆钢管作为打超前支护法。晌3.4渡多冻结法灾

炸

湾士冻结法是虫在洞周上僵层中降戚温缘,墓形成一个崭封闭的具董有一定强膀度和稳定哀性的冻土化帷青幕丛,间然后在冻亲土帷幕保象护下进行禾隧道开挖昼、支护与渡衬砌。代

鄙

棚甜通过综合乳比保较带,谱最后选择爹注浆加痰固皂(遇大管侄棚笼+骡小导管超剃前预注马浆液+哪掌子面注弦浆加旺固语)灿。化4讨史技术措施持软流活塑地层隧贩道施工抚以拼“论管超前、继严注浆、跳短开挖、尾强支护、卵早封闭、衬勤量内测爽”旺十八字方捞针为基本由的指导原脆则假;悉施工流程例遵突循鹅“器先加桂固耻,赵后开拔挖肚,胡先附泼属胆,筋后主茧体俊”梦的先后顺井序丙;踏工艺控制较以蔽“沫动态管理扯、动态控捉制狡,初加强量测顷、信息指遗导匆,侦总结经验客、优化方近案突”丙作为控制于手段。施旨工步骤详存见娇图玻1会。中4.1秀退大管棚施谈工葡4.1.汁1付填设计参数剪

喝

蓝有管棚参感数外:申拱的部键150捐°土范围设立益管棚支级护恒,族注浆加固眯范返围枣1.5m逝,面大管棚采攀用期40控m战长脾Φ睬10佳8城钢抓管垂,爆钢管打孔耳注破浆耻,出浆液采用李水郊泥宗-黑水玻璃双卧液茫浆繁,拨大管棚搭鄙接长宅度比4m展,维环向间洋距铲0.30博m畅。弃

持

法团注浆参剖数违:32.赖5糕强度级水蜻泥和水玻醋璃双液注咳浆止,简水玻璃浓氧度萌为巾Be25角~350忠,富模峡数隶2.6巩,慧浆液水灰侦比捆0.8:段1~1:菊1屿(砖根据实施堪效果调繁整攀)险,污水泥浆液售与水玻璃形的比例跑为忽1:印1竿。大管棚券施工方案咏见消图狱2狮。他4.1.爸2苦朋施工工艺冈

窗

(1叙)潜为方便管限棚施塌工咬,判必须首先哗施作管棚裤工作室。内管棚工作狮室疮长尿6m民,亭跨度约紫为式8m盗,浮以便于架榴设钻机、漫安设钢管炸。工作室顽挖至区间灰隧道标准合开挖轮廓附线以后外缴0.8炒m范。兴

刘

(2临)阵为防骑止慎40据m劝长管棚偏杀离轮廓线剪以外较远带以及侵入掉开挖轮廓聋净裳空缸,认必须设置睡导向管以程控制成孔四方向。导创向管长度嗽不小秧于犬2.0m殿,姨采撤用币Φ饱127m肤m轰无缝钢管酬加晋工括,晚经精确计啊算测量后慢焊接在钢余拱架上并查喷混凝土竹固定。俊

辽

(3孟)缓管棚采帮用明Φ江108×轨6m悬m势钢交管巩,再截绩成巾3~5m排,带利用车床扶加工套校丝厕,撞并且钢管剥上加档工果1c盲m撤直径貌、柜40cm持×40c革m递成梅花型仿布置的海孔悠,祥以利于注剩浆。跳

江

(4恭)会钻机平台尝采用枕木膀搭退建狱,盐平台满铺屿松木板。尿根据管棚渠孔的位幸置缴,剃分层加高速钻机平台嫌。钻机平帽台搭设好剑以后进行脱钻但孔乘,衬钻孔顺序瞎由高孔位卫向低孔位虹进等行矿,侵可缩短移谋动钻机与岭搭设平台响时长间泄,累便于钻机乓定位、定乖向。捎

仿

(5凡)姑管棚孔开枝孔猾:径开孔前必矛须检查设订备品,值保证设备悼状况良稻好滔,延对组合好妨的钻具要规检查丝扣标联接是否庸紧杆密依,缎用油压分口离式千斤键顶顶进法掌进管。为臂了保证钻闯孔精走度闭,初开孔段钻目进是关键悉。钻进拿前朝10~2致0纯m酸时考,冰要反复校淘核钻杆方堤向羊,基调整钻机强位钓置朝,颂并用罗盘小及挂线检旁测偏斜无如问题后方沸可继续钻赔进。善

冒

(6添)币利用自制客的注浆套覆管与管棚谜用套丝连云接蝴,餐注浆套管召上准备有俩出气管与值进浆诚管抱,恩由阀门来糠控制开限关碑,芦注浆管示络意见爆图乘3俯。然后安糕装耐20m顾m飘塑料管作照为排气地管仅,掉连接注浆雕管等各种跳管之路郊,躬利用锚固秧剂封闭掌筛子面与管遍棚间的孔纲隙贡,资防止漏浆存。关闭孔绸口阀抵门旧,馅开启注浆沈泵进行管妈路压水试馆验桐,展如有泄漏壶及时检修亩。试验压裙力等于注睡浆终压。图注浆浪时昂,渴采取低压打力中流量连注晒入训,路注浆过程惩中压力逐梅步上吸升积,铸流量逐渐偏减凡少津,锄当压力升割至注浆终慨压咬时瞧,座继续压禽注始10mi女n圣,斜才结束注刚浆结。跌达

跟漫单孔注浆弊结束标蚊准孙:瑞每段注浆舟都正常进古行捕,咱注浆终压体达到设计柴终石压马,息注浆量达朋到设计注默浆量叶的涂80%羞;闻或虽未达尖到设计终雨压积,达但注浆量析已达到设拌计注浆贿量觉,辫即可结束党本孔注浆券。叫添连(7信)外隧道分段革施作管棚秋。首先施虾工第一段肺管棚工作近室炕,菜施作第一洽段管迈棚映,垮注浆后进省行隧道掘诞进。第一台段管棚段劣开村挖闹30盘m话后传,子进行第二娘段管棚工和作室施工纽及钻草孔燕,舌纵向管棚丈搭接长这度穗4.0冻m受。以此类毁推跟,胶完成管棚件超前支护行施工。紧4.2披钉小导管施表工音4.2.咽1搏倾设计参数热

察

赶医短导赛管识3叼m离长旗,胃Φ语3烟2民普通水煤稠气管管聪,倾搭接长警度核1.5m摄,艇环向间雁距躲0.30榴m责,辩浆液采交用润HC-遭T报凝胶时间跳可调注浆渴材击料悬,惕凝胶时间驴为淘20~4嫂0min喘,熊水灰宝比查0.8:蚀1~1:也1瘦,鹿水泥强度丢为疮42.斑5校级。罢4.2.叉2院触施工工艺涌

顶

盏弯小导管在嫁架立钢拱视架暂的身0.5距m怨开衣挖展,枣循环开挖而前用风枪栋打入。根恒据现场监周控量测结小果约,猪必要时每成榀钢拱架译打一次。唯小导管从怒格栅钢架搂腹部空间山穿在过演,帝插入已钻下好的孔抚中斩,迷尾端与钢劳架焊熄接冠,焦连为一体辛。注浆采拆用胁2TZG蚕-60/即5貌0扰双浆液注撞浆泵由下欧向上顺序帅进长行键,起一次性压况入注怀浆刻,怀浆液采宝用轿HC-碑T肺凝胶时间喇可调超细劳注浆单液锋浆明,绞水灰准比悉0.8~朽1.0女,该初凝时各间或20~4讯0mi祥n社。且4.3匀绵掌子面注汗浆加固嫌4.3.凳1月卵设计参数裂

联

服巨长导管采输用违13糠m加长、直炎径环Φ燕42PV设C量劈裂注浆暂管衡,金搭接长键度嫌4m译,摆间求距沟0.5m息×0.5破m求,震边墙中空闪锚占杆及;硬周边冬Ⅰ龟号圈孔采芹用怨HC-拜T圣凝胶时间僚可调注浆先材颜料橡,唐凝胶时间服为穗20~4估0min包,甜水灰吸比估0.8:识1~1:救1合,搬水泥强催度幅42.生5应级。其余腾孔采用水现泥和水玻关璃双液注愤浆进行。价掌子面注胶浆加固布泉置见备图埋4术所示。敢4.3.笋2逝都施工工艺肠

队

(1涂)棕采用潜孔丢钻机钻盛孔浆,胜钻孔的垂蚁直度误差尽控制伟在抛1接%径以内。纤

墨

(2晨)球孔内灌封砖闭泥梨浆晓,桨待钻孔到隆设计深度梢后从孔内侵灌入封闭岂水泥捷浆应,宽其作用是修封闭单向隔阀管和钻欢孔壁之间纤的孔史隙触,叹迫使从灌煌浆孔内开乳环棉,尾压出的浆少液挤破套做壳聋,死注入四周祖土层。箩

吩

(3缓)抹在封闭泥感浆达到一界定的强度坑后望,木在单向阀何管内插入覆双向密封鞭注浆芯管滚进行分段桐注浆。首票先增大压耍力使浆液鬼顶开橡皮腾套乒,持挤破套壳钢料委,般在土体产障生劈剑裂次,钓并沿着裂望缝扩赌散泪,戒扩散范围呼受注浆压拾力、时间角、浆液配松比、土层锦特征等因滴素的影响理。一般由穴里向外注惰浆抽,幼达到一定击压力爬后缘,超后退一段缝再注薪浆剑,秋这样重复羽进行。注厦浆完成妙后迎,辽清洗管内伴残留浆在液确,耀以便第二薯次重复注责浆宣(PV搞C仙管即留在疾注浆后的裤土层婶中剩)怒。恭4.4慧尊开挖支护愉施工圆4.4.趁1黄暑设计参数拨

去

亚叮开挖采用亚台阶法施伤工浪,隆台阶长佣度域2~3m岁,启上台阶施排工时并设高置临时仰克拱封决闭肠,纱临时仰拱域采欠用窄I1他6冰工字踏钢匀,拴喷抽厚船20cm阶C2揉0帐混凝票土省,溜两侧各设战置犹2糕根听Ф欣3舅2石普通水煤怪气管符长听2.5舰m治锁脚锚胳杆热,欣锁脚锚杆皆置入角度旨为正60货°邪。下台阶酒施工喇时卧,必对上部钢茂架拱脚叙处仓,猜应采用跳旬槽开膨挖馒,斯及时支撑啄开挖后的纺拱扰脚铃,烦先开挖一拾侧设侨置心2守根玩Ф躲3亮2击普通水煤斧气管鞋长物2.5茫m佳锁脚锚宿杆并,显锁脚锚杆庆置入角度扯为描60错°胳。开挖支械护施工示窑意见骡图你5够所示。筑4.4.绢2调惧施工工艺额

表

(1伏)扒施工中要垮重视开挖急过程中的捎时空效说应壮,均就是开挖渣弧形导坑仇和架设格蛛栅拱、喷雕混凝土要世快驰,元连续作寄业徐,右一般应控谁制在最短岸时污间秀(2~4浮h肝)净内完成。甲

蹈

(2针)愚钢格栅拱像拱脚下铺所设钢岔板号,侵钢板宽度碰与钢拱架估匹买配经,驼纵向长跳度躺50cm打,助并架设临盘时仰故拱残,微拱部格栅讨与临时仰捐拱应连接观牢固。初剖期支护格窜栅拱的设蓬计应能达艘到等刚愧度狗,雹辅筋的焊犯接要牢索靠粪,筹避免局部呈压杆失稳过。临时仰秒拱喷砼封洪闭复,支形成整体坡刚度。临兰时仰拱采丑用瞎I20逢a上工字脊钢铁,咱喷膏25c便m往厚捡C2嘉0睬混凝竿土寸,舍仰拱矢摧高斑30c必m羡。眯

江

(3绪)劲上台阶开已挖弓时肿,游拱脚应高授出台衡阶赠10~2毯0cm疼,埋避免积芳水施,末格栅拱脚龄下应搅铺荐40~5拾0c含m冬长的钢板抽。同时在录拱脚处两雀侧各设句置旬2虹根锐Φ刑3押2抬长密2.5树m唇锁脚锚锦管析,美锁脚锚杆乘置入角新度网60°府,亿浆液采床用示HC-员T锐凝胶时间片可调超细结注浆单液挂浆壤,炭水灰宿比燥0.8~向1.0惹,旁初凝时旅间觉20~4途0mi序n繁。岩

庆

(4蜜)芝在拱部两盈侧功35°~卫55会°仔处各增蓄设鸣3挎根经5蹲m铃长中空锚五杆注形浆耕,誓注浆加固绑拱腰上方发土接体申,惑同时对初剖期支护背圾后应及时此进行充填奔注疮浆发,傻以充填初岩期支护背呼后空狂隙海,慌防止下沉挑。浆液采跃用亚1:0.墙5~1:蝴1剖水泥砂浆祝填崇充碌,电压胸力跪<0.5向MP弦a两。首

蓬

(5脏)叮上台阶长垮度应控制叙在一倍洞庸径循(5~6福m)考,牌充分发挥鲁掌子面的闸空间效应冈。顽

石

(6坡)些下台阶周天边加设注太浆亏管愿,慌注浆管外悦插严3°~5视°俗,统尽量控制嚷渗水范围刻。挥(7济)脖下台阶开医挖前进行舞基底注浆滴加窄固种,院基底注浆冬加固管采裂用禽Φ品3收2堂普通水煤增气阀管爱,警长节3.5m值,离环向间杜距劳0.4m库,于纵向间貌距何1m厦,寺在下台阶叨开挖前用深风枪斜向生向伍下旦30抱°慎打入谦。蚀陕

墓(8瓶)统下台阶开蚕挖采用小聚型机械挖煮掘暮,气人工削减购周边轮悄廓椒,窗缩短拱架驱封闭时覆间饥,绘尽早成环沈。下台阶忌施工盆时声,扯对上部钢冰架拱脚延处货,论应采用跳梳槽开追挖仇,灭及时支撑糟开挖后的桌拱启脚顽,螺先开挖的踪一佛侧绣,锣应设倦置暴2者根毁Φ捐3寸2患长崇2.5暂m喊的普通水衔煤气管锁酸脚锚缠杆闸,挠锁脚锚杆君置入角性度傅60璃°旱。酸5赌同监测信息馅反馈施工离在整剪个施工过逝程哭中辛,般严格按照章动态设计凶、动态施惊工、动态斯管丽理走,咱要及时进腥行信息量贱测与反貌馈姑,滚及时测百量酬,缝及时处理平。通过试恋验段监测盒数据显钟示仆,屈地表累计止最大沉降钓为浙40mm池,沾房屋最大鸡沉谈降浮5.8m巩m予,炊日进尺平耍均谷为渐0.52育m壳。根据监街控量测数生据分唤析稠,归引起沉降其原因如姿下新:纺①耕地表水流姥失引起的锐沉补降赖;席②上开挖过程深中土体扰痰动引起的咽沉拼降嘴;较③势基度不稳傍引起的沉钓降懂;答④革上台阶过顶长扯,桶隧道初期诞支护符结构秆不能及时侮封闭成呼环种;硬⑤拔下台阶施饺工等时舱,棋上台阶钢馅拱架拱脚共悬空时间水过徒长漫,独锁脚锚杆悉没有起到球支撑钢拱膝架的作自用矛;套⑥坦掌子面注按浆效果没匆有达到科屑研设计方府案要求等谢。其茎中疯,令地表水流评失引起的描沉降是主谦要原因。爷

瓜

忙琴根据上述症情厌况赠,统说明在施页工过程嗓中选,吸只要能有汗效地改进罗上述施工台细节或增裙加临时仰浴拱整体刚初度舌,助沉降量会地减小。因传此采取了呀如下的加夹强措施。绍

触

(1屿)愁加强掌子婶面注践浆诊,押必要时加滤密注浆管泼。摊

姻

(2哭)配周边注浆愚管外处插疾10°~两15字°握打关设散,赞尽量控制俱渗水范围揭。只

搞

(3魔)滑调整注浆码参铲数霞,年初支背后横加填注浆跳紧汇跟挺,爹确保初支袋无明显漏怎水。社

害

(4碎)姻导洞及时径支许护演,窜缩短上台刊阶工时。燥必要时在残仰拱间喷奥射怠砼确,啦形成整体每刚化度忍,垮缩短拱架替封闭时诉间释,识尽早成环蹲。通过采退用以上的逆措按施易,辈在后来的逼施工休中伸,假各种监测梨数据均满灾足设计和扯规范的要杠求。桌6湖躲结束语雾本工晴程的技术旨成果先后尾获得江苏劲省和吉林衬省科技进违步二等奖厌。根据查倍证国内外建有关资司料餐,裕此施工技敲术已经达泊到了