摘要:研究目的:隨著我國城市軌道交通的快速發展,在城市地鐵中按噴錨構築法原理進行設計和施工的淺埋暗挖礦山法隧道越來越多,本文旨在分析在礦山法隧道中各種輔助施工措施的特點、適用條件。
研究方法:通過對多個礦山法隧道的調查研究,對不同文地質條件、周邊環境下的注漿措施進行分析對比和總結。
研究結論:在城市地鐵中的礦山法隧道,需根據工程的周邊環境、隧道埋置深度、工程及水文地質條件、隧道斷面尺寸,結合隧道施工的基本工法,選擇合理的注漿引數,對地層及圍岩進行必要的加固和止水,不但可以避免較多的施工風險,節約工程投資,而且還可以減少對周邊環境的影響及破壞,滿足工期的要求。
關鍵詞:地鐵;暗挖隧道;礦山法;注漿;措施隨著我國城市軌道交通的快速發展,採用礦山法施工的隧道越來越多。在人口密集、交通繁忙、建築物集中的地段採用何種輔助施工措施,對降低工程造價、減少對周邊環境的影響至關重要。
1地鐵礦山法隧道所處的環境及特點
礦山法施工的不少地鐵隧道,由於埋深淺,處於第四系各種土層、砂層或岩石全、強風化的軟弱圍岩中;一般地下水位較高,地下水豐富,且多位於繁華都市區,地面道路縱橫交錯,建築物密集,地下管線眾多,地面沉降控制嚴格;因此,在礦山法隧道設計和施工中選擇合理的輔助施工措施,對圍岩進行加固和止水,以保證隧道的施工安全和減少對周邊環境的影響。在眾多輔助工程措施中,本文主要針對注漿措施的特點、適用條件及應用展開論述,為在礦山法隧道中採用注漿措施提供參考。
2注漿注漿是通過外界壓力將漿液壓入到土體中,經滲透及劈裂作用,使土體粒子間的水或空氣被強行排擠出加固範圍之外,並充填土粒之間的空洞、孔隙;利用膠凝材料將周圍的土粒膠接為乙個整體;改善土體的物理力學效能,提高土體強度和地層的整體穩定性,降低地層的滲透性,堵斷地下水滲透的通路;從而保證隧道在開挖後地層的穩定,保證施工及周圍環境的安全。
2.1注漿工藝
根據漿液與土體的相互作用方式,一般可分為滲透注漿、壓密注漿、劈裂注漿3大類,其特點如下:
2.1.1滲透注漿
漿液將土中的自由水和氣體排擠出去,通過充填裂隙或空隙,膠結周圍土體,形成較密實的固化體,從而提高土層的抗壓強度和抗滲性。滲透注漿不會引起土體體積大的變化。當地層為砂層、卵石層、碎石土等第四系地層(滲透係數大於10-4cm/s)時,宜採用滲透注漿方式。
2.1.2劈裂注
漿液在較高的壓力下,注入到孔隙率較小的地層中。漿液在高壓力作用下,沿地層的結構面產生劈裂流動,在地層中形成脈、網狀分布。不規則的脈、網狀固結物和由於漿液壓力而擠密的土體構成復合地層,從而具備一定的承載能力和止水能力。
當地層為粘性土地層、埋深較大、滲透係數較小(小於10-5cm/s)時,宜採用劈裂注漿方式。
2.1.3壓密注漿
採用有一定稠度或速凝型的漿液,通過壓力對土體產生壓密效應,從而改善土體的物理力學效能,其固結體在土體中一般呈似球體或塊體狀分布。壓密注漿主要用於地基加固中,對於礦山法隧道中的注漿加固地層及止水,主要為滲透注漿和劈裂注漿2種方式。
在實際注漿中,漿液往往是以多種運動方式作用於土體的,僅以某種單一方式作用於土體的情況幾乎很少。因此,平常的設計和施工中,所謂的滲透注漿或劈裂注漿,是指注漿過程中,漿液以滲透形式為主,或以劈裂方式為主的注漿方式,往往會伴有其它方式的發生。
2.2注漿工藝
根據注漿工藝的不同,可以分為花管注漿、套管注漿、埋管注漿等幾種形式。
2.2.1花管注漿
注漿主要通過鑽機鑽孔後,插入注漿花管進行注漿,此種注漿是採用全孔一次性注漿方式,注漿孔孔徑一般為40~70mm,此種注漿主要用於注漿段不長的情況。
2.2.2套管注漿
套管注漿也叫袖閥管注漿。當鑽孔到設計深度後,從鑽桿中灌入封閉泥漿,並在封閉泥漿中插入塑料單向袖閥管,在塑料管中插入雙向密閉注漿芯管再進行注漿。此種注漿是採用全孔分段注漿方式,分段長度一般為2~3m一段;注漿鑽孔孔徑一般為70~110mm,注漿袖閥管直徑一般為40~80mm。
該工藝的特點是能很好地控制漿液的凝固時間和擴散範圍,對不同地層和地段,可採用不同的注漿壓力、注漿量及漿液型別。
2.2.3埋管注漿
埋管注漿是通過埋設密封管和特製注漿芯管,將漿液注入地層,以達到加固地層的目的。此種注漿工藝主要用於跟蹤注漿技術,對於隧道中加固地層及止水則較少使用,而是主要用於隧道施工中引起周邊建(構)築物的沉降後的補救措施。
2.3漿液型別
主要採用的注漿材料為水泥漿或水泥-水玻璃漿液。純水泥漿的成本較低,流動性較好,結石強度較高,可灌性也較好,但析水率較大,穩定性較差,結石率較低,早期強度一般較低,凝結時間較長,一般需新增早強劑;水泥-水玻璃漿液除具有水泥漿的全部優點外,還兼有某些化學漿液的優良效能,凝結時間可以調節,能可較好地控制漿液的擴散半徑,結石強度較高。
一般當隧道在地下水位以下、地下水具有一定的流動性、地層的滲透係數和空隙率較小時可採用水泥-水玻璃漿液;根據地層情況,為了提高漿液的可灌性,也可以考慮採用超細水泥-水玻璃漿液;當位於地下水位以上,孔隙率較大時可採用水泥漿。
2.4注漿壓力
注漿壓力是用漿液進入地層孔隙及裂隙的一種動力,根據不同的注漿型別、地質條件和周邊環境不同而不同。一般說來,注漿壓力一定要大於地層的水壓力、地層壓力等各種阻力值的總和。從漿液擴散效果方面考慮,注漿壓力大,擴散範圍越大,注漿孔可相應減少,注漿速度提高;但注漿壓力過大會造成竄漿,擴散至設計注漿範圍以外,既浪費材料,並且可能造成地面超標準的隆起,影響周邊建(構)築物、地下管線的安全。
確定合適的注漿壓力,從理論上講是很困難的,因為影響的因素較多,如工程及水文地質條件、漿液型別、注漿工藝、埋置深度等。通常,注漿壓力設計根據經驗選取,並通過現場試驗確定;其中,滲透注漿的終壓力一般應大於靜水壓力的2~3倍。
2.5注漿孔的布置
布孔原則是使漿液擴散範圍相互重疊,避免出現「盲區」,造成隧道開挖時湧水或坍塌。漿液的擴散半徑一般隨滲透係數的增大而增大,由於地質條件的複雜多變,理論計算的半徑引數不易選準,又因有多種地層,各地層的引數各不相同,常常偏差較大,設計時可採用工程模擬,並根據現場試驗選取合理的注漿擴散半徑。一般採用滲透注漿時,注漿孔間距為0.
5~1.0m;劈裂注漿時,注漿孔間距為0.8~2.0m。
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