DB2301∕T 130-2023 粉质黏土地层暗挖隧道超前支护施工技术规程(哈尔滨市).pdf
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1、ICS 93.020CCS P 21UDC黑龙江省哈尔滨市地方标准PDB2301/T 130-2023粉质黏土地层暗挖隧道超前支护技术规程Technical Regulation for Advanced Support of Tunnels inSilty Clay2023-11-28 发布2023-12-28 实施联合发布哈 尔 滨 市 住 房 和 城 乡 建 设 局哈 尔 滨 市 市 场 监 督 管 理 局黑龙江省哈尔滨市地方标准粉质黏土地层暗挖隧道超前支护技术规程Technical Regulation for Advanced Support of Tunnels inSilty C
2、layDBDB23012301/T/T 130130-20232023备案号:J XXXXX2023主编部门:哈 尔 滨 地 铁 集 团 有 限 公 司批准部门:哈尔滨市住房和城乡建设局哈 尔 滨 市 市 场 监 督 管 理 局实施日期:2 0 2 3 年1 2月2 8 日2023 哈尔滨黑龙江省地方标准粉质黏土地层暗挖隧道超前支护技术规程Technical Regulation for Advanced Support of Tunnels inSilty ClayDB2301/T 1302023前前言言根据2022 年第三批哈尔滨市地方标准制修订项目计划哈市监发2022163 通知的要求,
3、结合我市自然条件和市政建设工程实际需要。哈尔滨市住房和城乡建设局组织哈尔滨地铁集团有限公司等单位共同编制本技术规程。编制单位对国内类似地质结构的各类隧道工程进行了深入的调查研究,结合哈尔滨市岩土地质特点、在认真总结了哈尔滨市地铁隧道超前支护施工的经验,并在广泛征求意见的基础上,经反复研究制订本规程。本规程共分 6 章和 8 个附录。主要技术内容是:1 总则;2 术语和符号;3 基本规定;4 超前小导管支护;5 管棚支护;6 全断面深孔注浆加固。本规程由哈尔滨市住房和城乡建设局负责管理,由哈尔滨地铁集团有限公司负责具体技术内容解释。请各单位在执行本规程过程中,积累资料,总结实践经验,提出意见和建
4、议,请寄送哈尔滨地铁集团有限公司(地址:黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街 357 号,邮编:150001,电话传真:0451-51988075、0451-51989000,Email:cxd_),以供今后修订时参考。本规程主编单位:哈尔滨地铁集团有限公司本规程参编单位:山东大学中铁第六勘察设计院集团有限公司上海市隧道工程轨道交通设计研究院中交第一航务工程局中交天津港湾工程研究院本规程主要参编人:龚英杰丁万涛商春辉李振宇阮航刘宇婷李德超唐志国马耀宗张海静刘洪丹徐天婧王忠岭陈洪强张琦蒋宪张学军胡云峰杨为民王庆礼杜有超王大永隗东琪张福森李长春陈东亮陈峰王红飞王庆海刘玉辉本规程主要审查人:王卫东王海云王
5、凤来丁延生张云英王玉林施晓林目次1总则.12术语和符号.22.1术语.22.2符号.33基本规定.54超前小导管支护.84.1一般规定.84.2设计.94.3施工.124.4检测.155管棚支护.195.1一般规定.195.2设计.195.3施工.225.4检测.266全断面深孔注浆.286.1一般规定.286.2设计.286.3施工.306.4检测.34附录 A单液水泥浆现场配置表(1m3浆液).36附录 B水玻璃稀释表.37附录 C超前小导管施工记录表.38附录 D钻孔记录表.39附录 E注浆记录表.40附录 F注浆效果统计表.41附录 G超前小导管注浆施工质量标准.42附录 H管棚施工记
6、录表.43本标准用词说明.45引用标准名录.46附:条文说明.47Contents1General provisions.12Terms and symbols.22.1Terms.22.2Symbols.33Basic requirements.54Advanced small pipe support.84.1General requirements.84.2Design.94.3Construction.124.4Detection.155Shed-pipe support.195.1General requirements.195.2Design.195.3Construction.2
7、25.4Detection.266Full-face deep hole grouting.286.1General requirements.286.2Design.286.3Construction.306.4Detection.34Appendix ASite configuration table of single-fluid cement slurry(1m3slurry).36Appendix BWater glass dilution table.37Appendix CConstruction record of advance small conduit.38Appendi
8、x DBorehole log.39Appendix EGrouting record.40Appendix FStatistical table of grouting effect.41Appendix GConstruction quality of standard for advance small ductgrouting.42Appendix HShed-pipe construction record.43Wording description of this standard.45List of reference standards.46Addition:Explanati
9、on of provisions.4711总总则则1.0.1为保证哈尔滨地区粉质黏土地层暗挖隧道超前支护设计、施工质量,促进技术进步,做到经济合理、安全可靠、保护环境,特制定本规程。1.0.2本规程适用于哈尔滨地区粉质黏土地层中开挖跨度不大于6m 的暗挖隧道超前支护选型及其小导管、管棚和全断面深孔注浆加固设计、施工及检测。1.0.3粉质黏土地层中暗挖隧道超前支护设计、施工除应符合本规程外,尚应符合国家、行业和本地区现行有关标准、规范、规程的规定。22术语术语和符号和符号2.1术语术语2.1.1粉质黏土Silty clay按照建筑地基基础设计规范(GB50007)的规定,塑性指数介于 1017
10、之间的黏性土。2.1.2超前小导管支护Advanced small pipe protection一种沿隧道周边按一定角度和纵横向间距打入导管,通过注浆加固地层,从而稳定开挖工作面的辅助施工方法。2.1.3步长Step-length上台阶开挖面相对下台阶开挖面超前开挖长度。2.1.4单液水泥浆Single cement slurry由普通硅酸盐水泥,外掺剂和水搅拌而成的浆液。2.1.5水泥-水玻璃双液浆Concrete-water glass two-shot grouting水泥浆和水玻璃浆,用双液注浆泵压注,在孔口混合的浆液。2.1.6管棚支护Pipe-roof protection一种沿
11、隧道周边按一定外插角插入带孔钢管,压注水泥浆或水泥砂浆,并将钢管尾部与钢架焊接为一体形支护体系的辅助施工方法。2.1.7全断面深孔注浆Deep hole grouting在开挖面较大、地层不稳定的区域,对深度较大的注浆孔注入浆液以稳定掌子面前方土体的一项工程技术措施。2.1.8无收缩定向旋喷工法WuShouSuo(WSS)一种定向、定量和定压注浆,使岩土层的空隙或孔隙间充满浆液并固化,改变岩土层性状的加固方法。2.1.9灰色关联度分析Grey relevance analysis3一种以各因素的样本数据为依据用灰色联度描述因素间关系的强弱、大小和次序的多因素统计分析方法。2.1.10K-均值聚
12、类算法K-means clustering algorithm一种随机选取 K 个对象作为初始的聚类中心,计算每个对象与各个子聚类中心之间的距离,把每个对象分配给距离它最近的聚类中心的统计分析方法。2.2符号符号H注浆段长度;L小导管长度;Q单孔注浆量,m3;R浆液扩散半径;V注浆加固体体积;E0变形模量;Es压缩模量;Gs土体比重;IL液性指数;IP塑性指数;L0开挖步长;Qa注浆总量;Qs注浆稳定流量;c粘聚力;e孔隙比;l试验段长;n地层孔隙率;r钻孔半径;s水位差;kg注浆后地层渗透系数;4l0小导管间距;l1小导管水平投影搭接长度;lb小导管尾部长度;la小导管注浆段长度;m检注浆结
13、束后检查孔单位长度单位时间内的涌水量;m探注浆开始前探孔单位长度单位时间内的涌水量。浆液填充率;有效注浆系数;浆液损失系数;重力密度(重度);泊松比;含水量,含水率;内摩擦角;小导管外插角;质量密度(密度);注浆施工前后堵水率;3围压;L液限;P塑限;含水率平均值;平均重度;53基本规定基本规定3.0.1本规程不同亚级粉质黏土土体定性描述见表 3.0.1。表 3.0.1不同亚级粉质黏土定性描述围岩级别粉质黏土状态定性描述主级亚级坚硬粉质黏土、硬塑粉质黏土1.土块坚硬,掰开棱角明显2.按压无指印1一般硬塑、可塑粉质黏土1.土块较软,掰开棱角不明显,或似橡皮2.按压有指印2一般可塑、软塑粉质黏土土
14、体很软,掰开似橡皮或者能够自行变形3.0.2粉质黏土状态,可按表 3.0.2 分为坚硬、硬塑、可塑、软塑。表 3.0.2粉质黏土状态液性指数 IL状态IL0坚硬0IL0.25硬塑0.25IL0.75可塑0.75IL1软塑3.0.3粉质黏土亚级划分指标:塑性指数、含水率、重度。参数范围见表 3.0.3。6表 3.0.3粉质黏土围岩参数建议值围岩等级塑性指数Ip含水率(%)重度(kN/m3)孔隙比e变形模量 E0(MPa)内摩擦角()粘聚力c(kPa)泊松比V10Ip1215.4018.4019.5021.00 0.40.54526420.330.35118.4023.4019.0019.50 0
15、.50.7182217223.4027.4018.5019.00 0.70.812187V12Ip1517.4022.9019.2519.50 0.50.63924500.350.38122.9028.9019.0019.25 0.60.9152018228.9032.4018.5019.00 0.91.010168V15Ip1718.9024.1519.0019.50 0.60.73322680.380.43124.1530.4018.5019.00 0.70.9131831230.4035.4017.5018.50 0.91.091419注:以上用于判断围岩等级的特征取值范围原则为小值取等
16、。例如含水率的范围为 15.4018.40 时表示 15.42)个参数 X1,X2Xk,则任意两个参数 Xi和 Xj的 g 阶样本偏相关系数公式为:1 2g 1g1 2g 1g1 2g 11 2g1 2g 11 2g 12211ggij l llill lljll llij l llill lljll llrrrrrr(3-1)式中,l1,l2lg为自然数从 1 到 k 除 i 和 j 之外的不同组合,等式右边均为 g-1 阶的偏相关系数。偏相关用到的统计量为 t 统计量,如下式所示:2221kgtrt kgr(3-2)式中,r 为偏相关系数,k 为样本数,g 为阶数。当样本数量大于 100
17、且置信度=0.01 时,T 分布的临界相关系数 r0=0.32,因此分析得到的相关系数大于 0.32 时,即可认为相对应的两个参数显著相关。借助数据分析软件 SPSS 对汇总的 366 组数据,9 个粉质黏土物理参数进行偏相关性分析,分析结果如表 8 所示。表 8 粉质黏土物理参数间相关性分析表相关性重度孔隙比液限塑限塑性指数液性指数比重饱和度天然含水率重度1.000孔隙比-0.2741.000液限-0.0480.3791.00062续表 8相关性重度孔隙比液限塑限塑性指数液性指数比重饱和度天然含水率塑限-0.1490.3280.8771.000塑性指数0.0690.3330.8670.521
18、1.000液性指数-0.2230.609-0.122-0.180-0.0301.000相关性重度孔隙比液限塑限塑性指数液性指数比重饱和度天然含水率比重0.0080.2110.2960.1970.3210.0121.000饱和度0.3730.0740.067-0.0360.1560.2040.1891.000天然含水率-0.4090.7610.3860.3150.3590.8610.1500.4991.000结合 SPSS 软件对粉质黏土物理参数之间的偏相关分析可知:a.天然含水率、液性指数及孔隙比之间相关系数绝对值的最小值为 0.609,表现出显著的相关性,可分为一组。b.液限、塑限及塑性指数
19、之间相关系数绝对值的最小值为 0.521,表现出较好的相关性,可分为一组。c.重度和饱和度及天然含水率之间相关系数绝对值的最小值为0.373,表现出较好的相关性,可初步分为一组。d.比重和其他物理参数之间相关系数绝对值均小于 0.32,分析原63因是哈尔滨地区不同状态粉质黏土比重分布范围为 2.712.73,差距很小,选择为亚级划分指标的意义不大。2.物理参数降维分析对于围岩质量的评价体系包含了多个参数,为掌握围岩的性质提供了丰富的信息,但是也导致了信息的交叉与重叠,使得围岩亚级划分变得复杂化。通过降维分析将存在相关关系的多个物理参数转换成少量彼此不相关的综合指标,可以显著简化数据分析难度,对
20、于围岩亚级划分指导意义显著。因子分析是降维分析主要采用的方法,因子分析的模型为:1111122112211222221122kkkkppppkkpZa Fa Fa FZa Fa Fa FZa Fa Fa F(3-3)式中,Z1、Z2Zp为原始变量,F1、F2Fp为公共因子,aij为因子载荷,为特殊因子,表示原始变量不能被因子解释的部分,其均值为0,模型表示为矩阵形式为:ZA F(3-4)式中,A 为因子荷载矩阵。运用 SPSS 软件,对哈尔滨地区粉质黏土的 8 项物理指标进行因子分析,结果如表 9、10 所示。表 9 变量共同度表公因子方差初始提取天然含水率1.0000.950重度1.0000
21、.68964续表 9公因子方差初始提取孔隙比1.0000.732液限1.0000.996塑限1.0000.819塑性指数1.0000.785液性指数1.0000.950饱和度1.0000.778提取方法:主成分分析法表 10 因子贡献率表总方差解释成分初始特征值提取载荷平方和旋转载荷平方和总计方差百分比累积%总计方差百分比累积%总计方差百分比累积%13.32141.50841.5083.32141.50841.5082.74034.24534.24522.13926.74268.2492.13926.74268.2492.71733.95968.20431.23817.47585.7251.2
22、3817.47585.7251.24217.52085.72540.6025.52891.25350.4225.28096.53360.2753.43299.96570.0030.035100.000658-1.041E-17-1.301E-16100.000提取方法:主成分分析法表 9 为 8 个初始变量共同度的结果,初始列表示每个变量可以被所有因素解释的方差,右侧表示变量的共同度。从提取列可以得到因子分析的变量共同度较高(均大于 68%),表明变量中的绝大部分信息可被因子解释,说明因子分析的结果是可靠的。表 10 给出的因子贡献率结果可知,前 3 个因子的累计方差贡献率为 85.725%,
23、并且特征值大于 1,说明前 3 个因子基本包含了全部变量的主要信息,因此选择前 3 个因子作为主因子即可。因子载荷矩阵见表 11。表 11 旋转前因子载荷矩阵因子矩阵原始变量因子123天然含水率0.856-0.4620.062重度-0.3720.3990.626孔隙比0.794-0.319-0.008液限0.7810.620-0.022塑限0.6680.569-0.222塑性指数0.6970.5130.189液性指数0.495-0.8290.133饱和度0.178-0.0820.860由表 11 可知,多数因子解释性较好,但是仍有极个别指标解释性较差,如液性指数和塑限,在前两个因子的载荷系数差
24、别不明显。66为使因子载荷系数向 0 和 1 两极分化,进行因子旋转使结果更具有解释性,见表 12。表 12 旋转后因子载荷矩阵因子矩阵原始变量因子123天然含水率0.2860.9310.033重度-0.014-0.5160.650孔隙比0.3440.783-0.029液限0.9920.1040.017塑限0.8840.052-0.186塑性指数0.8480.1310.220原始变量因子123液性指数-0.2310.9430.080饱和度0.0320.2220.853第一个因子中液限、塑限及塑性指数系数明显大于其他指标,可分为一组;第二个因子中天然含水率、孔隙比、液性指数系数明显大于其他指标,
25、可分为一组;第三个因子中重度、饱和度系数明显大于其他指标,可分为一组。综合粉质黏土物理参数间的偏相关分析和因子分析结果可发现,两种分析方法对物理指标的分组结果一致。说明据此进行物理指标的分组是合理可靠的。分组结果如下:a.液限、塑限及塑性指数b.天然含水率、孔隙比、液性指数67c.重度、饱和度3.物理力学参数灰色关联度分析粉质黏土亚级划分主要依据围岩稳定性,通过粉质黏土的抗剪强度指标和变形指标评价围岩的稳定性,而粉质黏土的抗剪强度指标和变形指标又受到物理参数的影响,因此,可通过粉质黏土物理参数和力学参数之间的关联度,找出决定力学参数的关键物理参数,进而进行亚级划分。灰色关联度分析通过参数之间演
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