辽宁富水砂质地段地铁浅埋暗挖施工工法

'富水砂质地段地铁浅埋暗挖施工工法中铁xx局集团有限公司二○xx年四月9 富水砂质地段地铁浅埋暗挖施工工法1前言xx地铁一号线一期延伸线工程土建第六合同段暗挖段里程DK4+610.491～DK5+753.404，全长1142.913m（双线），线间距13.0m，线路平曲线通过R=200m和R=400m两个平曲线，线路坡度成“V”形，隧道埋深10.2m～11.6m，洞身通过地质主要为粗砂、粉细砂、中-粗砂、砾砂，围岩级别为Ⅴ类，基底稳定。该段地下水有两层，上层为全新统浑河冲积、洪冲积的粉细砂、中粗砂中的空隙岩内空隙潜水，地下水稳定，水位埋深4.6～6.0m；下层地下水为空隙承压水，承压水头埋深为7-11m，含水层渗透性强。地下水对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋及钢结构具有弱腐蚀性。为确保安全、节约成本，施工中我们采用矿山法施锚喷支护，复合衬砌，衬砌断面为单线单洞马蹄形，初支采用超前小导管加格栅喷锚支护。同时，对注浆材料、注浆压力、超前探测方法、探测深度控制技术以及暗挖监测和数据分析方法等进行了科技攻关,经总结形成本工法。该工法的施工技术在2008年10月11日经中国铁道建筑总公司评审处于国内先进水平,科技成果获2008年度中铁二十局集团有限公司科学技术二等奖。2工法特点2.1对于土质密实的作业面采用注固砂剂，土质疏松的部位注水泥水玻璃双液浆，合理有效的降低了施工成本。2.2在富水砂质地层有动水的状态下，采用超前探测方法，选择合理的动态设计支护参数，加快了施工进度。2.3采用打设长、短结合小导管注水泥水玻璃双液浆超前支护，密排格栅法施工穿越渗水暗渠，采用二层管双液注浆法加固管线渗漏部位，合理可行。3适用范围适用于明挖法、盾构法不具备施工条件，地层比较松软、围岩类别差的暗挖隧道、地铁工程、地下停车场、地下街道、地下商业街及市政地下管网的施工。4施工原理严格遵循“管超前，严注浆，短开挖，紧支护，勤量测，快封闭”的十八字方针，采用超前小导管注浆加固开挖面的软弱地层，使小导管周围土体固结成拱形承载体，在承载体棚架作用下采用上下台阶预留核心土开挖方法，超前初期格栅支护承受围岩内力，沉降稳定后做复合衬砌加强承载。开挖过程中，采用打设长、短结合小导管注水泥水玻璃双液浆超前支护，密排格栅法施工穿越渗水暗渠，采用二层管双液注浆法加固管线渗漏部位。5工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程富水砂质地层浅埋暗挖施工工艺流程见图5.1.1－1。浅埋暗挖段施工顺序见图5.1.2－2。5.2操作要点5.2.1施工准备根据施工图提供的线位初步放样，按照放样图对作业区段管线情况做详细调查，掌握管9 否是否是超前探测超前加固围岩稳定及安全判断架设格栅喷砼封闭隧道开挖监控量测结构断面检测与稳定性判断防水层施工二衬砼浇注成洞地质、环境调查工程支护方案特殊部位支护方案调整方案调整方案图5.1.1－1富水砂质地层浅埋暗挖施工工艺流程线类型，走向及管线渗漏情况并与原有管线图作对照，认真标注；施工区间选择代表性地段进行地质钻探，与施工图地质资料作对比；沿施工线路走向做地质雷达探测，检查线路方向有无潜在的不安全隐患，提前进行处理。5.2.2超前注浆材料、注浆压力、支护参数确定根据掌握的水泥水玻璃与固砂剂的性能，针对需要处理的地质类型，在可注性、可行性、有无环境污染、经济性及工艺实施难易度等特性方面综合考虑，选择比较适宜的材料对施工作业面做注浆材料效果试验，等注浆材料达到强度后开挖检验注浆效果。注浆材料确定后，进行注浆压力与该地质扩散半径关系试验。依据试验结果确定超前小导管打设环向间距、外插角、小导管长度。5.2.3超前钻孔探测超前钻孔探测是现代地下工程施工过程中常用的超前地质预报手段之一，对于隐伏含水构造的超前探测预报，它能够直观看到围岩地质，密实状况，可以精确测定不同位置，不同深度的含水精度。根据施工中遇到不同的地质地段和施工阶段，分别采取不同的钻孔深度进行长、短距离的水平探测、径向探测、钻孔的数量可以根据地质围岩状况进行选择。工作方法：1、超前钻孔在掌子面四周边角上和中心梅花形布设5～7个超前地质预报钻孔，钻孔方向呈放射状延伸到地下洞室掌子面的周边外，孔深3m～5m不等。对于特殊地段，可适当增加钻孔密度，加长钻孔深度。2、数据收集分析通过对现场钻孔泛水、含水量的检测，钻探过程中围岩的直观记录以及数据分析，可对前方地层中的地质、赋水情况及围岩密实情况进行判断。5.2.4超前加固通过超前探测情况及选择的注浆材料，采用超前小导管注浆加固开挖面，根据施工放样开挖轮廓线预留8～10㎝沉降量，进洞第一榀格栅位置在轨面线以上沿一周打设超前注浆小导管，进洞后沿拱部180°范围打设超前注浆小导管，安装小导管完成后喷射5～8㎝厚混凝土封闭，喷射混凝土达到强度后进行超前注浆，浆液在开挖轮廓线形成一层帷幕“盔甲”后，开始沿开挖轮廓线开挖。9 图5.1.2－2暗挖段施工顺序示意5.2.5初期支护采用上下台阶预留核心土人工开挖，严禁机械施工对掌子面产生扰动，开挖进尺50㎝后，安装格栅，拱脚采用锁脚锚管固定，锁脚锚管与格栅焊接在一起；穿过格栅空隙打设下一榀格栅开挖超前注浆小导管，小导管尾部与格栅焊接在一起，完成后喷射混凝土封闭，超前管及锁脚锚管注浆，进入下一循环。当上台阶进洞3～5m后开始下台阶施工，核心土长度一般为2～3m，下台级开挖先挖除上台阶核心土，依次向下开挖，开挖进尺与上台阶格栅间距相同，下台阶进洞开挖若边墙不稳定或出现流砂时，应及时用砂袋填塞，预埋注浆管注浆。5.2.6特殊位置施工处理1、穿越暗渠采用打设长、短结合小导管注水泥水玻璃双液浆超前支护，密排格栅法施工，提高土体的密实度，减小土体渗透系数，增强土体固结力，防止塌方。（1）拱部施工参数双层小导管施工参数：长管参数设计：Φ42×9 3.25无缝钢管，长度3～4m，环向间距0.3m，纵向间距1m，外插角30°～35°，每两榀打设一环，溢浆孔Φ6-8mm，梅花形钻孔，间距10㎝。根据地质选择管长和外插角度，地层条件差时取上限，扩大加固圈。短管参数设计：Φ42×3.25无缝钢管，管长1.5m，外插角，15°～20°环向间距20cm，每品格栅布设一环，溢浆孔Φ6～8mm，梅花形钻孔，间距10㎝。注浆浆液选用双液浆，配比0.8～1：1，注浆压力0.6～0.8MPa。（2）边墙施工参数边墙轨面线以上部位打设径向注浆小导管，采用Φ42×3.25无缝钢管，长3.5～4m，间距1×1m，梅花形布置，浆液为水泥浆(或双液浆)，注浆压力为0.8～1MPa。（3）洞内加固措施在拱顶180度位置加设Φ152（壁厚为10mm）钢管临时支撑，临时支撑间距同格栅间距，支撑钢管端头与格栅焊接。2、渗水管线部位处理采用二重管双液注浆法，由地上往下垂直注浆。注浆压力：P=0.15MPa～0.75MPa，凝固时间：2～4min，为速凝注浆，钻杆回抽幅度：约15～20cm。（1）浆液配置浆液为A液和C液的混合物，A液为改性后的水玻璃，C液由水泥、外加剂和水组成。外加剂主要是调节浆液的可灌性和混合液的凝结时间，因此在施工现场中，外加剂的添加应根据现场的实际情况进行适当的调整。浆液施工配合比见表5.2.6-1。表5.2.6-1浆液施工配合比A液（水玻璃）C液（水泥浆液）备注硅酸钠：411kg稀释剂水泥：198kgD剂：49.8kgE剂：29.7kgH剂：42.9kgG剂：35.8kg水：若干C液各成分放入搅拌机的顺序依次为：水、外加剂、水泥（2）二重管双液注浆法的技术指标（见表5.2.6-2）表5.2.6-2二重管双液注浆法技术指标内容标准内容标准孔位偏差±20mm注浆压力±5%（无特殊结构下）孔距偏差±100mm注浆量±10%钻杆垂直度＜1%提升幅度±15cm（3）施工注意事项提升钻杆：严格控制提升速度，每次提升不大于200mm，匀速上升。提升出后的钻杆应及时清洗干净，以备后用。浆液配比：采用经计量准确的计量工具，按照设计配方配料。注浆：严格将压力控制在0.15～0.75MPa之间。注浆还应密切关注浆液流量，当压力突然上升、下降，地面溢出时，应立即停止注浆。必须查明异常原因，采取必要的措施（调节注浆参数、移位、打斜孔等方式）方可继续注浆。（4）二重管施工特点在喷浆过程中，喷浆管不回转，不会发生浆液溢流现象，并且对土层有很强的渗透性，渗透范围可以根据压力大小人为控制。在二重管的端头设置的浆液混合器中，A、C无收缩浆液可以完全地混合，均匀的喷入到地层中，凝结时间可以自由调节，并且可以实行复合喷入施工。9 根据其特点，对渗水管线两侧梅花型布置注浆孔，距离管线外壁150cm,布设间距80cm，斜插角为10°；注浆深度穿越管底下1.5～2m，注浆长度根据管线渗漏段长度向两端各延伸5m为宜。5.2.7监控量测1、监测项目根据招标文件、设计资料以及现场实际情况，本隧道施工过程中需对场区内及周围环境进行的检测项目主要有：地表沉降、洞内收敛、拱顶下沉、仰拱隆起。2、监测频率对于暗挖区间的隧道施工，当开挖面与量测面距离＜2B时(B为隧道宽度)，1次/d；当开挖面与量测面距离＜5B时，1次/2d；当开挖面与量测面距离＞5B时，1次/周。3、测量方法地表沉降、拱顶下沉、仰拱隆起观测方法采用精密水准测量方法。基点和附近水准点联测取得初始高程。观测时各项限差宜严格控制，每测点读数高差不宜超过0.3mm，对不在水准路线上的观测点，一个测站不宜超过3个，超过时应重读后视点读数，以作核对。首次观测应对测点进行连续两次观测，两次高程之差应小于±1.0mm，取平均值作为初始值。洞内收敛采用收敛仪，隧道初支成型后测取基准值，然后按监测频率进行监测。4、沉降值计算尽可能的布设监测网，以便进行平差处理，提高观测精度，然后按照测站进行平差，求得各点高程。施工前，由基点通过水准测量测出隆陷观测点的初始高程H0，在施工过程中测出的高程为Hn。则高差△Ｈ＝Hn－H0即为沉降值。5、监控量测数据处理及信息反馈取得各种监测资料后，需及时进行处理，排除仪器、读数等操作过程中的失误，剔除和识别各种粗大、偶然和系统误差，避免漏测和错测，保证监测数据的可靠性和完整性，采用计算机进行监控量测资料的整理和初步定性分析工作。5.2.8防水层施工防水采用结构自防水加附加防水层（土工布缓冲层和ECB防水板）全包防水。1、缓冲层采用水泥钉和塑料圆垫片固定在基面上，固定点间呈梅花形布设，固定点间距为：拱顶500～800mm、边墙800～1000mm、底板1500～2000mm。铺设缓冲层时沿隧道环向进行铺设，不得拉得过紧，以免影响防水卷材的铺设，同时在分段铺设的缓冲层连接部位应预留不少于200mm的搭接余量。2、接缝采用双焊缝热合机将相邻两幅卷材进行热熔焊接，搭接宽度为100mm，接缝为双焊缝，中间留出空腔以便进行充气检查。固定利用热风焊枪将焊接好的卷材热熔粘贴在塑料圆垫片上。ECB防水板焊接、防水板固定节点示意分别如图5.2.8-1和5.2.8-2所示。图5.2.8-1ECB防水板焊接示意(单位:mm)9 图5.2.8-2防水板固定节点示意图5.2.9二次衬砌根据区间隧道穿越地层实际情况，为保证施工安全，区间隧道在围岩变形监测结果趋于稳定时即开始衬砌施工。在衬砌施工时，采用仰拱先行，拱墙衬砌紧跟的施工方案。在隧道衬砌施工时，在每板衬砌中部预埋2～3根注浆管，注浆管采用Φ40～Φ50钢管，其长度根据设计衬砌厚度确定。为防止注浆管堵塞，混凝土施工前先对注浆管进行清理和预埋定位，并用塑料泡沫或海绵两头填塞，防止混凝土浇筑时堵死，模板拆除后，及时清理，保证畅通。等混凝土达到强度后进行二衬背后注浆，浆液采用1：1水泥浆。6劳动组织劳动组织见表6.1－1。表6.1－1劳动组织序号工种人数备注序号工种人数备注1负责人1现场管理9机械司机10运输车，空压机，电葫芦2技术员2技术指导与施工控制10喷射工4喷射混凝土3质检员2质量控制，检查试验11开挖工26挖土，装渣4试验员1现场试验12混凝土工15浇筑混凝土5安全员1安全监督，检查13防水技工8铺设防水板6监测人员5放样，净空检查，监测14杂工2文明施工，现场清理7电工2配电设备安装，检查15钢筋工12安装格栅，钢筋绑扎8电焊工10格栅，钢筋加工16模板工8调试台车，安装7材料和机具设备7.1主要材料：水泥采用普通硅酸盐水泥,改性水玻璃，具备出厂合格证,经检验合格；砂子、石子的规格型号符合设计和规范规定；防水采用结构自防水加附加防水层（土工布缓冲层和ECB防水板）；钢筋及小导管规格型号必须符合设计要求，经进场检验合格。7.2材料机具设备见表7.2-1。表7.2-1主要施工机具设备序号设备名称数量型号用途序号设备名称数量型号用途1空压机220m3供风9输送泵1HBT60输送混凝土2轴流风机1通风10翻斗车81.0m3出渣3井架15+5t出渣下料11风镐8G10破除混凝土9 4注浆泵4双液单液注浆12振动器12B15振捣混凝土5混凝土喷射机4TK961喷混凝土13钢筋加工设备1套钢材加工6混凝土搅拌机1JS500拌料14热合机8TH-1防水板铺设7衬砌台车4液压自行二衬施工15提升料斗21.5m3装渣8灰浆搅拌机4JJS-10注浆液搅拌8质量控制8.1本工法执行的质量标准为《地下铁道工程施工规范》和《地下铁道工程验收评定标准》。8.2富水砂质地层浅埋暗挖施工前技术准备必须充分，工序要合理，支护参数要经过认真试验和检算。8.3严格按照工序流程施工，加强过程检查及监控量测工作,对检测数据进行认真、准确地分析。8.4在开挖、初支、复合衬砌等每道工序施工前,对所有施工人员进行技术交底,让每个施工人员均熟悉本道工序的质量要求和操作要点。8.5在超前注浆作业中,现场技术员必须跟班作业,确保注浆密实；在格栅安装过程中,现场技术员要对每榀格栅的焊接质量和尺寸逐一检查,严格控制初支喷射砼的设计厚度；衬砌施工必须准确确定围岩变形检测结果趋于稳定后,方可进行。8.6钢筋网和格栅钢架要注意应在初喷3～5cm砼之后施作，以防止钢筋遇水锈蚀。钢筋网要与小导管端头焊接牢固。相邻格栅钢架间以纵向连接钢筋连成整体，以增强其受力的整体性能。钢筋网及格栅钢架安装完毕后，及时喷射C25砼至设计厚度。8.7下台阶开挖后除了及时施作以上支护体系外，应尽快施作仰拱砼或底部填充砼，以改善整体受力结构。9安全措施9.1建立健全安全保证体系，成立体系建全的安全管理组织机构，建立以安全风险责任制为中心的各项安全管理制度。9.2所有作业人员必须岗前培训，经考核合格后方可上岗。电工、电焊工和机械司机等特殊工种必须经相关部门培训，并取得相关作业证书后方可上岗。9.3施工过程严格遵循“管超前，严注浆，短开挖，紧支护，勤量测，快封闭”原则，设置专职安全员，对工程安全生产全面负责，及时进行安全交底，同时进行日常安全检查，发现违规现象及时处理。9.4雨季施工，及时检查排水设备及管网的可靠性，疏通排水通道，根据天气预报的雨量大小，必要时在适当部位增设临时排水沟槽和抽水设备，避免洪水淹没地下区间隧道。9.5建立监测系统，在施工全过程中进行围护结构、周围地面、建筑物等沉降、变形监测，发现异常情况，及时进行处理。9.6施工前认真核实地下管线资料，调查清楚管线分布的类型、规格、埋深，做好详细记录。对支吊、加固保护的不同管线建立与各自单位的联系卡片，对可能破坏的各类管线，结合施工现场及工程施工阶段分别制定相应的保护方案及应急处理措施，并取得相应管理单位的认可，经监理批准后实施管线支吊或迁移。尚应根据管线的分布及其特点，建立相应的安全区域，挂牌标示，严禁机械设备碰撞。10环保措施10.1严格遵守国家及当地政府的相关环境保护法律、法规,建立健全完善的环境保护体系。9 10.2开工前根据现场情况核实、确定环境敏感点、环境保护目标和对应的环保法规及其它要求，识别出施工各阶段环境因素，确定重大环境因素，制订环境管理方案，兼顾环境保护要求合理编制实施性施工组织设计（方案）等。10.3制定相应的环境保护措施及制度，并加强相关人员环境保护技术培训。10.4开工前，应完成工地排水和废水处理设施的建设，并保证工地排水和废水处理设施在整个施工过程的有效性，做到现场无积水、排水不外溢、不堵塞、水质达标。10.5施工过程中严格做好噪声控制工作，建立必要的噪声控制设施，如隔声屏障等，以减少施工对周围居民生活的影响。对施工有可能会对地层产生的扰动，引起建筑物变形或沉陷，对临近建筑物要事先祥查、做好记录，对可能的危害采取加固等预防措施。10.6施工期间要爱护草木，合理组织施工，严禁乱占地、多占地，生产生活垃圾应分类堆放，集中收集，运至指定地点，不得随意乱丢乱放。施工过程中使用水泥等易飞扬材料应尽量在仓库内存放，堆土场、散装物料漏天堆放场要压实、覆盖，同时施工便道应及时洒水，避免扬尘。11效益分析11.1经济效益xx地铁地铁浅埋暗挖段作为全线的控制性工程，采用本工法施工，围岩稳定性控制良好，施工安全可靠。同时，通过超前探测与方案优化，有效的控制了围岩变形及地表沉降，加快了施工进度，降低人工费用，通过注浆材料和注浆压力试验，调整支护参数，有效的控制了注浆量，节约施工投入210余万元。11.2社会效益(节能和环保)采用本工法施工，实现了快速优质，使得xx地铁一号线一期延伸线工程土建第六合同段暗挖段施工完成后，线型美观,工程质量优良，施工过程中未出现一例质量、安全事故。在施工中不仅节约了材料资源，还通过科学合理的环境保护措施，把对周围环境的污染程度降到了最低。本工法的成功应用为xx地铁顺利贯通做出了重要贡献,施工中多次受到业主的好评,为企业在辽宁省交通工程领域赢得了良好信誉,树立了良好形象,社会效益显著。12工程实例12.1xx地铁一号线一期延伸线工程土建第六合同段该项目位于xx市经济技术开发区，地铁暗挖段全长2284m，线路穿越地质为富水砂质地层，线路与市政雨水管、污水管平行，管线渗漏严重，施工环境始终处在饱和动态含水砂层，施工难度大，安全风险高。该工程于2007年9月开始进洞施工，至2008年5月20日全线贯通。通过试验，及时调整支护参数，对注浆材料、注浆压力、超前探测方法等进行科技攻关，并不断研究和改进，开挖过程中掌子面未发生坍塌，初支沉降变形未超过警戒值，观测数据和施工效果表明，施工过程地层应力转换及重分布均匀平缓，有效的控制了结构变形与沉降，确保了施工安全。在施工中节约了材料能源,节省了固砂剂以及固砂剂与双液浆相比减少的费用共计216.11万元,创造了显著的经济效益。该工法的成功应用为xx地铁顺利贯通做出了重要贡献，施工中多次受到业主的好评，为企业在辽宁省交通工程领域赢得了良好信誉，树立了良好形象，创造了良好的社会效益。12．2xx地铁一号线一期延伸线工程土建第一合同段2007年11月10日至2008年2月10日该工法成功应用于xx9 地铁一号线工程土建第一合同段暗挖段里程DK0+000～DK0+045,长45m(双线),线间距13.0,洞身穿过地质主要为中-粗砂砂砾粉质粘土围岩级别为V类，基底稳定。在施工过程中从未发生安全和质量事故。该暗挖段成型后各截面结构与设计相符，质量优良，线型美观,在业主多次检查中得到好评,创造了良好的社会效益。在材料上,节省了固砂剂以及固砂剂与双液浆相比减少的费用,经济效益显著。12．3xx地铁一号线工程土建第十四合同段2007年12月11日至2008年4月13日该工法再次成功应用于暗挖段里程DK17+880.567～DK17+930.767,长50.2m（双线），线间距13.0m，洞身通过地质主要为中粗砂、粉细砂、砾砂，粉质粘土，围岩级别为Ⅴ类，基底稳定。该段地下水有两层，地下水稳定，水位埋深5.1～7.0m；下层地下水为空隙承压水，含水层渗透性强。地下水对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋及钢结构具有弱腐蚀性。利用本工法安全、顺利、优质地完成了暗挖施工任务。9'