• 改善盾构进出洞口部位加固土体效果的方法 不要轻易放弃。学习成长的路上,我们长路漫漫,只因学无止境。


    中图分类号TU71

    湖北省武汉市轨道交通四号线一期工程五标段,针对原土体工程地质、水文地质具体特性,对盾构区间出入洞口部位加固的土体,对原设计的施工工序、施工方法进行改善,更好地保证了盾构始发、到达的质量、安全指标。

    关键词改善洞口土体加固施工工序施工技术质量检验施工监测方法

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    1工程概况

    园工区间(园林路站、工业路站)隧道结构直径为6.0m,线间距为12-14m。区间隧道最小覆土深度为9.49米。

    区间隧道为外径6m,内径5.4m,管片拼装衬砌的单洞圆形隧道,管片采用宽1500mm,厚300mm的通用楔形环,管片为砼C50、S12。

    盾构机盾体外径为6260mm,刀盘外径6300mm,盾构机盾体长12.280m,总长87m。

    车站端头井围护结构的地下连续墙底没有入岩,离中粗砂夹砾卵石的(4-3)层面平均约2.0米。

    2 工程地质

    场内底层分布自上而下可分为以下几个单元层第(1)层人工填土层(Qml);第(3)、(4)层第四系全新统冲积(Q4al)一般粘性土、软土、砂土层;第(15)层为白晋第三系东湖群组(K-Edn)泥质砂岩。

    (3-4)粉质粘土粉夹层、粉砂(Q4al)褐黄-灰-灰褐。饱和软塑(稍密)、(粉土成稍密状态,粉砂呈松散稍密状态,厚0.1-0.5m)含有机质,腐植物,无摇振反应,稍有光滑、干强度中等,韧性中等。层厚1.1-6.8m。

    (3-5)粉质粘土、粉土、粉砂互层(Q4a1)褐黄灰褐色。湿饱和,粉质粘土呈软-可塑状态,无摇振反应,稍有光滑、干强度中等,韧性中等。粉土呈稍密状态,粉砂呈松散-稍密状态。互层单层厚度0.1-0.万博体育手机网页版,万博体育APP,万博体育手机登陆5m。局部达1.0m。层厚1.3-6.5m。

    (4-1)粉细砂(Q4al)灰-青灰色,饱和、稍密-中密,由于母片、长石、石英等矿物组成,夹薄层粉质粘土(呈软塑状态)。层厚4.7-12.5m。

    (4a)粉质粘土(Q4al)灰色、湿、可塑-软塑,夹薄层粉土,无摇振反应,稍有光滑、干强中等,韧性中等。呈透镜体分布。层厚0.5-5.8m。

    (4-2)细砂(Q4al)灰色、饱和、中密,由云母片、长石、石英等矿物组成,夹粉土、粉质粘土(局部呈透镜体分布)。层厚11.0-17.5m。

    区间盾构隧道底部除在两端车站附近位于粉细沙层中外,其他均为于细沙层中。

    图1洞口土体加固部位地质横断面图

    3水文地质

    施工区域地下水有上层滞水、空隙承压水两种类型

    (1)上层滞水主副存于人工填水(Qml)层,无统一自由水面,大气降水、地表面和生产、生活用水渗入是其主的补给来源。

    (2)本场地孔隙承压水主为赋存于第四系全新统冲积成因的(Q4al)(4-1)层粉细砂、(4-2)层细砂、(4-3)层中粗砂夹砾卵石及(3-4)层、(3-5)层所夹粉尘、粉砂层中,与长江有一定的水力联系,其上覆粘性土层及下伏基岩为相对隔水顶、底板。

    (3)据在该地区不同地段不同时期长期观测结果表明,该地区长江I级阶地承压水头标高一般为20.0m左右,承压水头标高年度变化幅度在3.0-4.0m之间。

    (4)区间相邻车站园林路、工业路站所进行的抽水试验测得承压水水头在地面下3.92-2.99米,相当绝对标高17.56-18.29米。

    (5)相关岩土层渗透系数表

    4洞口土体加固的原设计求

    盾构隧道与车站连接处位于粉细砂层中,粉细砂层透水性大,采用三管旋喷桩?800@600进行端头土体加固。加固范围为隧道结构外左右各3m,隧道顶板、底板上下各3m,隧道中心线方向9m。

    质量检验点的数量为施工孔数的1%,并不少于3点;加固体28d的无侧限抗压强度应不小于1.0Mpa;渗透系数应K≤10-7cm/s;旋喷桩与车站维护结构的搭接长度不小于200mm。

    在加固体范围应预作降水井,如果盾构始发或到达时渗漏水威胁到施工的安全,应立刻启用降水井,并密切监测周围建筑物的沉降情况。

    图2原设计的土体加固平面图

    5洞口土体加固施工的改善

    5.1洞口加固土体部位的工程地质条件

    园工区间隧道始发段、接收段隧道断面主穿越土层为(3-5)粉质粘土、粉土、粉砂互层(Q4a1)、(4-1)粉细砂(Q4a1)、(4-2)细砂(Q4al)。

    5.2改善洞口土体加固的工序和施工

    (1)增加素砼地下连续墙为了更好地保证盾构始发、到达的安全,在隧道盾构洞口加固外侧三向采用600mm厚水下C20素混凝土地下连续墙车站纵线方向9米,宽27.2米,地墙幅宽4.5—6.0米,幅深入岩(4-3)层;与已有的端头井围护结构一起形成“箱体”。

    (2)调整高压旋喷桩,在600mm厚水下C20素混凝土围护墙平面内,任然采用Ф800@600高压旋喷桩加固;竖向为隧道顶板上下各3m为强加固区,强加固区以上至地面为弱加固区域水泥用量减半。

    (3)调整井位、增加井深将两侧的降水井移到土体加固区内,根据地质报告及抽水试验确定3口完整井(即井底离岩层面0.5米左右),先降水到土体加固区以下2.0米左右;车站结构的端头井内的5口井(左侧3口、右侧2口)作为备用。

    5.3工程施工的质量措施

    (1)素砼地下连续墙

    必须入岩层0.5—1.0米,同时对槽底认真清渣。

    将泥浆液面抬高,泥浆比重在规范允许的条件下适当高,以防槽壁变形、塌落。

    成槽完毕后砼浇筑前,采用特制的接头刷在前一幅槽段接口反复刷洗,去除夹泥夹砂,保证地墙接头施工质量。

    在与端头井围护结构接缝部位增加一根高压旋喷桩。

    (2)土体加固

    在高压喷射注浆过程中出现压力骤然下降、上升或冒浆异常时,应查明原因并及时采取措施。

    临近盾构井或车站端墙时,应采取速凝浆液或跳孔喷射或冒浆回灌等措施,以防喷射过程中地基产生附加变形和地基与端墙间出现脱空现象。同时,应对盾构井、车站主体结构进行变形监测。

    旋喷桩与车站维护结构的搭接长度不小于200mm,旋喷加固注意与车站围护接缝的密实性,若效果不好可考虑增大搭接和补充注浆。

    图3改善后的土体加固平面图

    (3)降水井

    土体加固全部完成10天后打孔成井,这样减少28天龄期后成井的难度,同时能够保证周围的土体质量。

    成孔时必须入岩,在安装井管时上0.5米左右,井管下端至少10米高范围内是渗透过滤管;同时注意洗井质量。

    加固区域内的三口井使用80t/d、备用的5口井使用50t/d的深井潜水泵。在盾构进洞之前,前将承压水头降至加固土体以下2.0左右,能够有效阻止地下水承压水进入开挖面。

    6加固土体的质量检测

    6.1加固土体的检测内容

    测定桩体的无侧限抗压强度,观测桩体的均匀性、含水量、是否有渗水或渗砂、以及水平孔的出水量。

    6.2检测的布置

    水平观测孔布置在洞门范围内9个水平孔,孔径8cm,钻深为2m。详见下图

    图4加固土体质量检测孔布置立面图

    垂直孔的布置在端头加固范围内随机钻5个垂直孔,钻取芯体。

    6.3检测的判定

    (1)若发现有渗水、渗砂可判断洞口第一排桩体存在质量问题或与洞门壁不密贴。

    (2)如果出水量超过限值,就须重新进行加固。

    (3)通过钻取的桩体芯样,做抗压试验测定抗压强度,并观察样体的均匀性及其含水量。

    6.4检测的结果

    (1)加固后的土体具有良好的均匀性和自立稳定性,洞门范围打的检测孔内无渗水流沙现象。

    (2)加固土体无侧限抗压强度达到1.0MPa以上。

    7加固土体的施工监测

    7.1施工监测点布置平面图

    图5洞口加固土体施工监测点布置平面图

    7.2盾构进洞时施工监测的状态值

    盾构出洞过程中的施工监测值接近上述值,故略去。

    8结束语

    通过以上的施工、监测过程,土体加固改善前后进行如下比较

    8.1规避施工隐患

    (1)改善前是“在加固土体范围内应预作降水井”;先施工降水井,不利于井壁周围的土体均匀加固;一旦出现“生土”,很容易把地表水引入土体内、区间内,造成隐患。

    改善后是待到土体加固后10天龄期施工降水井则规避了这个隐患。

    (2)改善前“如果盾构始发或到达时渗漏水威胁到施工的安全,立刻启用降水井”;这样后降水很容易形成整个加固的土体和洞内盾构机头整体沉降。

    改善后“先降水到土体加固土层以下2.0米左右”规避了这个施工风险;同时充分利用了本地区的(4-1)粉细砂(Q4a1)、(4-2)细砂(Q4al)降水后的自稳性好、抗压强度猛增的特性。

    8.2减小地表水的影响

    将三管型旋喷桩?800@600改善为单管型高压旋喷桩,且“强加固区以上至地面为弱加固区水泥用量减半”,有利于阻止地表水对加固土体的侵透、浸泡。

    8.3尽显“箱体”效应

    素砼地下连续墙与已有的端头井围护结构形成“箱体”,“屏蔽”加固区域以外的上层滞水、空隙承压水,有利于长江汛期盾构的始发或到达;同时可以适当取消“加固土体的抗渗试验”。

    8.4保证周围安全

    将原方案中的“土体加固范围外侧两口井”移到加固土体内侧,大大减少额外抽取地下水,减少周围路面、构筑物、建筑物等的沉降。在市区施工,凸显其安全价值。

    注文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。




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