水平旋喷技术在矿山法隧道下穿浅基础建筑物施工中的应用.pdf

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·隧道/地下工程·收稿日期:20150820水平旋喷技术在矿山法隧道下穿浅基础建筑物施工中的应用李昕晔(中国铁建大桥工程局集团有限公司 天津 300300)摘 要 在深圳地铁建设的全风化花岗片麻岩暗挖隧道施工中,常规施工方法极难控制,稍有不慎就会造成拱顶坍塌或者地面下沉,使得施工安全风险不断增大,同时也容易造成地面破坏。在深圳地铁某联络线区间段暗挖隧道施工中,由于采用了水平旋喷桩施工工艺,在暗挖隧道拱顶形成一个环状帷幕体,对原土体进行了改良,不仅克服了软弱围岩自稳性差的弱点,而且起到了抗变形、防流沙、防渗透的作用,成功地解决暗挖隧道在全风化花岗片麻岩层中近距离穿越浅基础建筑物的难题,充分显示了水平旋喷桩施工工艺在软弱地质条件下浅埋暗挖隧道开挖预支护工程应用上的优势。关键词 地铁隧道 下穿建筑物 辅助工法 水平旋喷桩中图分类号 TU472.36;  U231.3文献标识码   B文章编号 10094539 (2015) 11006604         ApplicationofHorizontalRotatingJetGroutingTechnologyforTunnelUnderpassing      BuildingsinShallowFoundationswithMiningMethodLi Xinye(       ChinaRailwayConstructionBridgeEngineeringBureauGroupCo.Ltd., Tianjin300300,China)Abstract          DuringunderminingcompletelydecomposedgraniticgneissofShenzhenMetroProject,   controllingisquitediffi隧  cultbyconventionalmethod,        andanycarelessnessmaycausecollapseorsubsidence.Itwill    increaseriskandgroundfail隧  ure.Byusinghorizontal               rotatingjetgroutingpilesduringtheintervalconstructionofacontactlineforShenzhenMetroPro隧ject,         aringcurtainbodymixedisformedinthetunnel    ‰°  improvement techniquenot onlyovercomes       thepoorselfstabilityoftheweaksurroundingrocks隧,but     alsoplaysaroleofantideformation隧,antiquicksand隧, andanti隧seepage,         andthenitsuccessfullysolvestheproblemofminedtunnel    underpassingtheexistingbuildingsat  closerangein   completelydecomposedgraniticgneiss,    andfullyillustratesitsgreat  efficiencyofhorizontal rotatingjet  groutingpilesin weakgeological    conditionofshallowburiedtunnel   excavationandpresupportingengineering.隧 Keywords  subwaytunnel;  underpassingthebuilding; auxiliarytechnique;horizontal   rotatingjetgroutingpile  1引言暗挖隧道在全风化花岗片麻岩中施工时,由于该地层稳定水位埋深浅,采用传统的超前小导管注浆或者超前大管棚注浆,其注入的浆液由于富水软岩无法均匀扩散凝结,同时地铁在穿过这一特殊地质环境时上方还有这样或那样的建筑物,所以稍有不慎就会造成拱顶坍塌或者地面下沉,故这些方法在防止地表沉降及其上层建筑物安全等方面均难以达到预期效果[ 1-2]。水平旋喷搅拌技术是近年新兴起的一种土体加工工艺,它的工艺流程与垂直旋喷桩、搅拌桩类似,在实际工程应用中并不多见,尤其城市地铁暗66铁道建筑技术     RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2015 ( 11 )·隧道/地下工程·挖隧道的超前支护关于此类工艺的介绍并不多见。水平旋喷搅拌桩在深圳地铁某联络线暗挖隧道超前支护中的应用,成功解决了暗挖隧道在全风化花岗片麻岩中下穿建筑物施工的技术难题[ 3-4]。现将该工艺内容详细介绍如下,以供大家研究讨论。 2工程概况  2.1下穿段工程简介深圳地铁某联络线全长  452.197m,位于十字路口第二象限,北接 5 号线,南接 7 号线,下穿商厦、幼儿园和宾馆等 3 栋建筑物,如图 1 所示。图   1隧道平面位置 某线联络线所在地区为冲洪积平原地貌,地形平坦,地面高程大致为   13.66~14.77m。道路两侧存在密集的城市市政地下管线管道,且管道分布错综复杂。而联络线正下穿商厦的西南部,商厦层数为4 层,框架结构,浅基础,基底与隧道净距为 16m,如图 2 所示。图  2商厦基础与隧道剖面关系  2.2下穿段工程地质情况联络线隧道基本穿越粉质黏土、全、强、中、微风化花岗片麻岩层中。下穿建筑物段隧道埋深  12~16.5m,采用矿山法施工,主要穿越粉质黏土和全风化花岗片麻岩,局部穿越强、中、微风化花岗片麻岩,线路纵段主要处于 ‰32的纵坡上。而联络线隧道于全风化花岗片麻岩中下穿商厦,如图 3 所示。图  3地质纵断面图  3施工辅助工法的比选目前常用的辅助工法有:水平旋喷加固法、洞内超前预注浆加固法、人工液氨制冷冻结加固法、三台阶临时仰拱法[5]。原初步设计方案下穿建筑物段采用冷冻辅助工法,即在  145m 长隧道轮廓外设置  2m 厚冻结壁,在冻结壁保护下进行矿山法隧道施工。然经过工期、造价、社会效益、施工可行性等方面的综合比较,冻结法施工无法满足隧道贯通节点要求。根据工程特点隧道将于全风化花岗片麻岩中下穿大厦,超前支护辅助工法由冷冻圈调整为拱顶180°范围8600@400 双排水平旋喷桩 +超前小导管的超前支护措施,进行全断面双液浆止水帷幕加固,并将初期支护由格栅钢架调整为 25 型钢钢架。 4水平旋喷桩的施工技术  4.1成桩原理水平旋喷搅拌桩的工艺流程与垂直旋喷桩、搅拌桩类似、原理相通。钻孔采用水平钻机定向打孔,成孔一定深度后拔出钻杆,把配置好的水泥浆液通过改76铁道建筑技术     RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2015 ( 11 )·隧道/地下工程·良的钻杆(即在普通钻杆的旋喷头上加焊搅拌叶)喷射到土体内,边旋喷边搅拌,使破坏的土体与水泥浆充分混合,使其发生一系列物理化学反应,将软土硬结而形成强度较高且不透水的水泥土[6]。 4.2施工工艺流程(见图 4)图  4水平旋喷桩工艺流程  4.3水平旋喷桩施作方案由于本段暗挖隧道洞身主要在粉质黏土和全风化花岗片麻岩中通过,下穿段主要处于  150m 的小半径曲线上,地质条件极差,开挖风险高;同时因为下穿建筑物,地面沉降控制标准要求高,采用传统矿山法超前支护措施无法满足施工需要。综合分析隧道所处地质条件,考虑到冻结法辅助工法施工工艺较为专业、现场工期要求紧迫等因素,本段穿越建筑物暗挖隧道采用水平旋喷搅拌桩进行超前支护,支护方案如下:在隧道拱部开挖轮廓外 180°范围施作 2 排水平旋喷搅拌桩,水平旋喷搅拌桩咬合形成水平旋喷帷幕体。隧道拱部 180°范围设置双排水平旋喷桩;旋喷桩桩径  600mm,桩间距  400mm,环向相邻桩咬合  200mm,标准单循环每根桩长  15m,其中含相邻循环旋喷桩纵向搭接长度  3.0m,形成地下拱形连续墙体,其具有止水、加固土层与超前支护的作用。水平旋喷桩平面布置及纵断面示意如图5、图6 所示。图  5双排水平旋喷桩及断面注浆范围示意图  6水平旋喷桩纵断面示意 钻孔采用水平钻机定向打孔,成孔一定深度后拔出钻杆,把配置好的水泥浆液通过改良的钻杆(即在普通钻杆的旋喷头上加焊搅拌叶)喷射到土体内,喷嘴的压力控制在 35MPa 以上最为合适。喷射流在动能的作用下切割土体,且喷嘴在缓慢旋转和前后进退的同时强制土颗粒与水泥浆搅拌混合。水泥浆液与土颗粒在喷嘴旋转、前后进出的作用下深度混合,形成高强度的水泥桩体,桩与桩之间相互咬合,形成具有止水、加固地层与超前支护作用的水平旋喷帷幕体[7]。钻杆的旋转速度为  20r/min,钻杆回撤速度设定    15~30cm/min 为宜。 4.4施工注意事项[8](1)施作水平旋喷桩桩心偏差不超过  3cm。(2)桩体打设角度与设计要求偏差控制在 ‰2以内。(3)严格控制水平旋喷桩成桩质量,保证成桩数量、桩径、桩长和桩体强度满足设计要求,达到止86铁道建筑技术     RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2015 ( 11 )·隧道/地下工程·水效果。(4)做好现场施工记录,包括成桩时间,注浆压力、注浆量以及旋喷施作参数都要做好详细记录。(5)进行必要的成桩试验,以期获得合理的水平旋喷施工技术参数和施工工艺。(6)施工过程中,如遇故障短时间停机的(停机时间在  2h 以内),应在开始后重复旋喷加固 1m;如果停机时间过长(一般为超过  2h),则应作废桩处理,重新施作水平旋喷桩。 5施工效果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,下穿房屋主体承重部分无明显裂纹及差异沉降。(1)地面建筑物均未出现裂缝,仅有微小的倾斜,倾斜值在规范允许范围内。(2)隧道拱顶沉降量在  30mm 以内,地面沉降得到有效控制。(3)开挖掌子面连成片的水平旋喷桩,保证开挖工作在封闭的拱壳内,施工过程中掌子面无水渍,掌子面开洞后无渗水,满足止水要求。水平旋喷桩加超前预注浆加固辅助措施在深圳地铁联络线下穿大厦区间隧道的应用,保证了开挖过程掌子面稳定,隧道成功通过全风化花岗片麻岩地段,使得暗挖隧道在软弱地层中下穿建筑物施工获得成功,对类似工程具有良好的借鉴意义。参考文献[1] 郝建国.富水软弱地层导向水平旋喷桩施工技术[J].铁道建筑技术,2013(5): 21-24.[2] 柴海楼,尹文平.深圳地铁水平旋喷桩施工技术及注浆效果研究[J].铁道建筑技术,2010(8): 36-38.[3] 蔺云宏.地铁隧道下穿既有建筑物的矿山法研究[J].工业安全与环保,2013(5): 74-77.[4] 崔红琴.超浅埋富水全风化花岗岩大断面隧道施工技术[J].铁道建筑技术,2014(3): 1-4.[5] 徐至钧.高压喷射法处理地基[M].北京:机械工业出版社,2004:  117-121.[6] 杨聆芝.浅埋、大跨地铁隧道通过旧楼房群的施工技术[J].西部探矿工程,2003(4): 107-109.[7] 王保庆.深埋富水全风化花岗岩中长距离水平旋喷桩试验与分析[J].铁道建筑技术,2014(6): 5-8.[8] 国家质量技术监督局,中国人民共和国建设部.GB  50299-1999地下铁道工程施工及验收规范[S].北京:中国铁道出版社,2008:檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 61-72.  (上接第 65 页)(5)通过对基底和榫槽注浆材料、设备、工艺进行深入、系统的研究,并结合实际施工及使用效果印证。(6)专用拼装装备(专利号 20448203.2)首次成功应用在袁家店车站中,研究并形成了一项发明专利,为我国预制装配式地铁车站专用拼装装备的研制填补了空白。参考文献[1] 姚怡文,蒋理华,范益群.地下空间结构预制拼装技术综述[J].城市道桥与防洪,2012(9): 286-292.[2] 李滨.我国预制装配式建筑的现状与发展[J].中国科学信息,2014(7): 120-121.[3] 崔建宇,孙建刚,王博,等.装配式预制混凝土结构在日本的应用[J].大连民族学院学报,2009(1): 69-72.[4] 王明年,李志业,关宝树.地下铁道明挖区间隧道结构预制技术的研究[J].铁道学报,2004(3): 89-93.[5] 于翔.地铁建设中应充分考虑抗地震作用[J].铁道建筑技术,2012(6): 18-21.[6] 田雪娟.地铁车站抗震分析[J].铁道建筑技术,2012(6): 71-77.[7] 张质文.起重机设计手册[M].北京:中国铁道出版社,1997: 902-945.[8] 北京城建设计发展集团股份有限公司.明挖预制装配式地下结构施工方法:中国,10136708.X[P] .2015- 08-12.[9] 中国铁建大桥工程局集团有限公司.预制装配式地铁车站结构榫槽注浆设备:中国,20449127.7[P] .2014- 12-17.[10]中国铁建大桥工程局集团有限公司.预制装配式地铁车站拼装台车:中国,20448203.2 [P]  .2014-12-17.96铁道建筑技术     RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2015 ( 11 )
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