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软流塑地层暗挖隧道超前支护施工技术

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软流塑地层暗挖隧道超前支护施工技术
摘要:
关键词:
1 简述
某地铁区间隧道为双洞单线, 采用矿山法施工, 单线全长1301.396m, 隧道顶部覆土9～11.5m, 区间隧道经过地段地面上3～7层楼房9栋, 基础为条基或筏基, 有给水、 雨水、 污水、 电力、 电信等多种管线, 区间隧道穿越Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅳ类围岩, 其中Ⅰ类围岩段全长648.4m, 占区间隧道总长的49.8%, Ⅰ类围岩穿越软～流塑状粉质粘土层、 淤泥质粉质粘土层及硬～软塑状粉质粘土层, 该地层具有高压缩性、 高灵敏度、 强度低, 易产生蠕动现象, 开挖后土体自稳能力差, 易坍塌, 地面沉降难以控制, 施工极为困难。
2 地层预加固施工方法和注浆材料性能简述
2.1 地层预加固施工方法
为确保施工安全和地面房屋、 管线和道路行车安全, 顺利经过该段地层施工, 关键就在于对地层进行超前预加固, 将需要开挖的土体进行加固处理, 以提高其强度和抗剪切能力, 有效控制地表沉降。
按照”注浆加固、 挤压排水、 提高强度、 控制沉降”的总体思路, 我们在具体施工中采用大管棚( 花管) 加超前小导管注浆, 注浆材料选用HC—T凝结时间可调注浆材料, 注浆方法为劈裂注浆, 以提高地层的稳定性, 减少地面沉降。掌子面则采用硬质PVC注浆管进行全断面注浆加固, 采用分段注浆, 以加固开挖轮廓线以内的软土。
2.2 材料性能简述
2.2.1 HC—T凝结时间可调注浆材料
HC—T可调超细注浆材料渗透性强, 直径在4μ以下的颗粒为总量的50%以上, 可灌入很细的裂岩缝隙, 具有微膨胀性、 结石强度高、 渗透能力强, 具有如下特性:
⑴ 使用方便, 使用于大面积高富水渗漏、 高压漏水、 环境水腐蚀等环境下施工。
⑵ 渗透系数: 可灌入渗透系数10-4—10-5的粉砂, 砾砂层及淤泥。
⑶ 补偿收缩: 一天膨胀系数0.02～0.04%, 14天≤0.05%。
⑷ 凝结时间: 可根据使用环境, 初凝在几分钟到几十分钟内任意调节, 终凝不大于3h。
2.2.2 硬质PVC注浆管
硬质PVC注浆管内径为φ42, 每隔33.3cm钻一组射浆孔( 即每米3组) , 外包橡皮套, 注浆时经过加大压力, 使浆液顶开橡皮套, 挤破套壳料, 在土体产生劈裂, 并沿着裂缝扩散, 达到加固土体的目的。
3 超前支护施工
3.1 大管棚施工工艺
3.1.1开挖管棚工作室
⑴　管棚工作室长6m, 跨度约为8m,在软弱围岩中开挖,必须及时施作初期支护。为便于架设钻机,安设钢管, 工作室应挖至区间隧道开挖轮廓线以外0.8m。
⑵　导向管是控制成孔方向使之不偏斜的主要手段, 导向管长度不小于2.0m, 采用ф127mm无缝钢管加工, 经精确测量后焊接在钢拱架上并喷混凝土固定。
⑶　由于I类围岩段隧道较长且为弧线, 根据现有水平孔钻进技术条件, 隧道分段施作管棚。每排大管棚长度为40m, 首先施工第一段管棚工作室, 施作第一段管棚, 注浆后进行隧道掘进。第一段管棚段开挖30.6m后, 进行第二段管棚工作室施工及钻孔, 管棚搭接长度3.0m。以此类推, 完成管棚超前支护施工。
3.1.2 搭设平台、 安装钻机、 测定孔位
⑴　钻机平台采用枕木搭建, 平台满铺松木板。根据管棚孔的位置, 分层加高钻机平台。钻机平台搭设好以后进行钻孔,钻孔顺序由高孔位向低孔位进行, 可缩短移动钻机与搭设平台时间,便于钻机定位、 定向。
⑵　安装钻机。进钻前, 以坐标法在掌子面标定管棚孔位。钻机平台要稳固, 钻机要安装牢固, 防止施钻时钻机不均匀下沉、 移动而影响钻孔质量。

否
合格
钻机就位
测量布孔
钻机大臂矫正
钻机固定
钻孔及接长钻杆
钻孔接长准备
管棚跟进
钻杆分节退下
撤管棚机
加工管棚及管节
注浆材料准备
注浆机准备
清孔
注浆
效果检查
注浆固结围岩
开挖管棚工作室

退机

长管棚施工工艺流程图
⑶　钻机定位。钻孔方位要求根据线路中线与管棚工作室的位置确定, 必须精确核定钻机位置。架立钻机时用罗盘、 挂线相结合的方法, 确保钻机轴线与管棚设计轴线相吻合。
3.1.3 管棚孔钻进
⑴　管棚孔开孔: 开孔前必须检查设备, 保证设备状况良好, 对组合好的钻具要检查丝扣联接是否紧密。由于考虑到钻孔时钻具下沉、 线路曲线的影响及为后续管棚工作室预留出空间, 必须计算管棚打设的仰角及外插角, 具体计算图如上图所示。
α外插= X/L β仰= Y/L
L—为线路纵向相邻管棚工作室中心距离
在架好钻机、 调整好孔位的水平偏角及仰角后, 用翼片式螺旋钻进法钻进。
⑵　管棚孔钻进
a.为了保证钻孔精度, 开孔段钻进是关键。钻进前10～20m时, 要重复校核钻杆方向, 调整钻机位置, 并用罗盘及挂线检测偏斜无问题后方可继续钻进。
b.管棚管下入孔内前要先配管, 保证管棚管的同心度。
c.加接钻杆和钢套管: 当跟管钻进至钢套末端导向墙孔口
管棚施工示意图
约30cm时停钻, 然后钻机反转收偏退钻、 卸杆, 动力头后退至末端加接钻杆或钢套管, 此时应先拧紧钻杆, 然后再拧紧联接套管。
3.2掌子面加固施工
3.2.1掌子面加固采用L=13m长硬质PVC管, 注浆孔的布置采用等边三角形全断面布置, 注浆的先后顺序: 先四周, 后中间, 中间布置一排水孔, 以利于软土地层中的滞水在注浆过程中受到挤压时顺利排出。
3.2.2掌子面加固施工主要施工步骤为:
( 1) 采用潜孔钻机钻孔, 钻孔的垂直度误差控制在1%以内。
( 2) 孔内灌封闭泥浆, 待钻孔到设计深度后从孔内灌入封闭水泥浆, 其作用是封闭单向阀管和钻孔壁之间的孔隙, 迫使从管浆孔内开环, 压出的浆液挤破套壳料注入四周土层。
( 3) 在封闭泥浆达到一定的强度后, 在单向阀管内插入双向密封注浆芯管进行分层注浆。
3.3注浆施工
3.3.1 大管棚及小导管注浆施工
⑴　注浆参数的选取
注浆扩散半径: 0.3～0.4m;
注浆速度: 30～50L／min;
凝结时间: 30²～5²;
注浆终压: 0.7～1.5MPa;
W／C: 1: 1;
注浆材料: HC-T凝结时间可调注浆材料
单孔注浆量:
Q=π×R2×L×v×η×n
式中: Q—单孔注浆量( m3) ;
L—注浆段长( m) ;
R—浆液扩散半径( m) ;
v—注浆段土层孔隙率;
η—浆液损失率;
n—浆液有效填充率。
⑵ 注浆采用分段后退式注浆, 利用自制的注浆套管与管棚用套丝连接, 注浆套管上准备由出气管与进浆管, 由阀门来控制开关, 如图所示。然后安装20mm塑料管作为排气管, 连接注浆管等各种管路, 利用锚固剂封闭掌子面与管棚间的孔隙, 防止漏浆。
⑶　关闭孔口阀门, 开启注浆泵进行管路压水试验, 如有泄漏及时检修, 试验压力等于注浆终压。
⑷　注浆时, 采取低压力中流量注入, 注浆过程中压力逐步上升, 流量逐渐减少, 当压力升至注浆终压时, 继续压注10分钟, 才结束注浆。
3.3.2掌子面加固注浆施工
在硬质PVC管内插入双向密封注浆芯管进行后退式注浆。首先增大压力使浆液顶开橡皮套, 挤破套壳料, 在土体产生劈裂, 并沿着裂缝扩散, 扩散范围受注浆压力、 时间、 浆液配比、 土层特征等因素的影响。一般由里向外注浆, 达到一定压力后, 后退一段再注浆, 这样重复进行。注浆完成后, 清洗管内残留浆液, 以便于第二次重复注浆( PVC管即留在注浆后的土层中) 。
3.3.3注浆结束标准及效果检查
⑴ 单孔注浆结束标准: 每段注浆都正常进行, 注浆终压达到设计终压, 注浆量达到设计注浆量的80％, 或虽未达到设计终压, 但注浆量已达到设计注浆量, 即可结束本孔注浆。 ⑵ 全段结束标准: 设计的所有注浆孔均达到结束标准, 无漏注现象。
⑶ 注浆效果检查: 采用分析法, 注(压)水试验, 开挖取样等方法进行。
⑷ 达不到结束标准, 应补充重新注浆直到满足要求为止。
3.4安全保证措施
3.4.1 垫高钻机所使用的方木一定要稳固, 防止产生沉降、 位移及塌落。
3.4.2施工中使用的电力线(注意有否老化, 漏电现象)、 风管线、 水管线要布置整齐, 有条理。
3.4.3 施钻时, 按机械操作规程操作, 严防机械伤人。
3.4.4 注浆前严格检查机具、 管路及接头处的牢靠程度, 以防压力过大爆破伤人。
3.4.5 要注意及时排水, 防止作业面泥泞。
3.4.6 注浆时, 操作人员必须戴好口罩、 胶皮手套等防护用品。
4.7 必须具备良好的照明条件。
4.8 施工时注意观察掌子面的情况。
5 质量要求
5.1 根据施工基准点, 按管棚施工图布置管棚孔; 孔位偏差不应大于100mm; 管棚孔钻进深度误差为-0.2～+0.3m; 钻孔偏斜率控制在0.8%以内。
5.2 钻孔应由高孔位向低孔位进行。
5.3 钻孔孔径应比钢管直径大30~40mm。
5.4 遇卡钻、 坍孔时应注浆后重钻。
5.5 钻孔合格后及时安装钢管, 其接长时连接必须牢固。
5.6 注浆浆液必须充满钢管及周围空隙, 其注浆量和压力应根据试验确定。