長距離水平凍結(jié)孔施工技術(shù)在廣州地鐵的應(yīng)用

1、長距離水平凍結(jié)孔施工技術(shù)在廣州地鐵的應(yīng)用摘要:廣州市軌道交通三號(hào)線天河客運(yùn)站折返線及風(fēng)道位于廣州市天河區(qū)廣汕公路。折返線斜穿廣汕公路和沙河立交橋。折返線隧道為五心圓拱雙線隧道，長為，凍結(jié)管單管長度達(dá)72m。而目前國內(nèi)外水平凍結(jié)孔施工長度僅為62mo水平超長距(>100m)、大斷面(直徑>10m),在國內(nèi)、外均無此工程先例。文章結(jié)合廣州地域氣候特點(diǎn)和工程地質(zhì)特點(diǎn)，詳盡分析了水平凍結(jié)孔施工技術(shù)在廣州地鐵折返線斜穿廣汕公路和沙河立交橋的應(yīng)用可行性。關(guān)鍵詞:廣州地鐵;區(qū)間隧道冰平凍結(jié)孔折返線設(shè)計(jì)起始里程為SKO+,終點(diǎn)里程支SKO+,長為,雙線隧道凈斷面為馬蹄形，隧道凈高9146mm，凈寬

2、11400mmo凍結(jié)孔估量工程量為南端3495m、北端3490mo2工程地質(zhì)概況地質(zhì)條件區(qū)內(nèi)上覆土層為第四系:基巖為酸性巖漿巖體,據(jù)鉆孔碎屑分析應(yīng)為斑狀花崗巖。凍結(jié)孔所穿土層，上部以沖洪積砂層為主，砂層(3-2)要緊為粗砂，第二為中砂、細(xì)砂、礫砂。沖積粉質(zhì)粘土(4-1)次之。隧道中、下部凍結(jié)孔所穿土層為:由花崗巖風(fēng)化殘積土(5H-l)(5H-2)和全風(fēng)化巖(6H)、強(qiáng)風(fēng)化巖(7H)。殘積層與風(fēng)化帶、不均勻風(fēng)化現(xiàn)象明顯，鉆進(jìn)中所能見到的最大碎屑粒徑為。碎屑成份以長石為主，石英次之。殘積土層與風(fēng)化帶具有較強(qiáng)的透水性，遇水易軟化崩解的特點(diǎn)。是凍結(jié)孔鉆進(jìn)中出砂量多(操縱困難)、抱鉆(埋鉆)現(xiàn)象頻繁發(fā)生

3、的主導(dǎo)因素。水文地質(zhì)廣州市區(qū)地處南亞熱帶，屬亞熱帶季風(fēng)性氣候。降水量大于蒸發(fā)量,大氣降水是地下水的要緊補(bǔ)給來源，區(qū)內(nèi)穩(wěn)固水位為，平均埋深為。凍結(jié)管打設(shè)范圍內(nèi)的地下水為第四系間隙水。貯存條件屬于貧水中等富水地層。其中沙層(3-2)為要緊含水層，強(qiáng)透水、富水性好，滲透系數(shù)K為15m/d;(5H-2)(6H)具有必然的透水性,富水性一樣。不良地質(zhì)與特殊地質(zhì)砂層。屬于富含水層，涌水量大，要緊含粗紗，局部含礫石，穩(wěn)固性差,護(hù)壁困難，易坍塌;孔偏斜難操縱。(2)花崗巖殘積土。全風(fēng)化帶，遇水易軟化崩解，而且含沙量較多，對泥漿護(hù)壁形成不利阻礙油于風(fēng)化程度不均勻性，或有球狀風(fēng)化,鉆進(jìn)中不免碰上風(fēng)化程度較低的硬塊

4、，對孔斜造成較大阻礙。凍結(jié)孔終孔端距地面僅土(最淺處)，距淤泥質(zhì)土(4-2)超級近。(4)凍結(jié)管打設(shè)施工工期正處于廣州地域雨季，降水量大，是地下水補(bǔ)給期,無益于施工。3工程水平凍結(jié)孔施工設(shè)計(jì)工程概況凍結(jié)工程全長隧道，單斷面凍結(jié)管數(shù)為46個(gè)（見圖1）,單根凍結(jié)管長度為72m（中間彼此搭接5m）。本區(qū)段凍結(jié)孔分為南、北兩段油南、北兩工作井內(nèi)錯(cuò)位對打。凍結(jié)鉆孔施工設(shè)備依照該工程隧道段地層復(fù)雜、巖石破碎嚴(yán)峻、具有必然硬度等特點(diǎn),采納HW-4型可移動(dòng)起落式平臺(tái)，依照國內(nèi)水平孔鉆機(jī)的情形,采納專門為打設(shè)水平孔設(shè)計(jì)的HW-4型水平液壓鉆機(jī)。該鉆機(jī)是一種低轉(zhuǎn)速、大扭矩、能夠鉆進(jìn)大直徑的全液壓鉆機(jī)，可用牙輪鉆頭

5、、潛孔鉆進(jìn)、人造金剛石復(fù)合片等鉆進(jìn)工藝,完全可知足本工程水平孔鉆進(jìn)的工期及質(zhì)量需要。本工程選擇了HW-4型鉆機(jī)4臺(tái),保證了折返線隧道能在同一工作面左右交叉同時(shí)施工。4水平凍結(jié)孔施工及技術(shù)方案和方法2,3水平凍結(jié)孔施工的技術(shù)要求和特點(diǎn)水平凍結(jié)孔施工進(jìn)程中:一要操縱凍結(jié)鉆孔的偏斜;二要確保密封絲堵安裝的密封性能達(dá)到質(zhì)量要求。在常規(guī)豎井凍結(jié)施工標(biāo)準(zhǔn)中，偏率操縱取決于深度和巖性，一樣要求在表土層內(nèi)的垂直鉆孔偏斜率小于3%。,抵達(dá)基巖段的鉆孔偏斜率為5%。本項(xiàng)目依照工期、質(zhì)量和平安要求,結(jié)合國內(nèi)目前水平鉆孔的技術(shù)水平，確信凍結(jié)孔偏斜率操縱在10%。之內(nèi)(并盡可能幸免向內(nèi)偏斜);最大相鄰孔間距2m,必要時(shí)

6、進(jìn)行補(bǔ)孔;凍結(jié)管試壓管內(nèi)壓力不小于IMPa,前3()min壓降小于，后15min壓力無轉(zhuǎn)變?yōu)楹细瘛ｃ@孔偏斜操縱需從鉆機(jī)選型、鉆具組合工藝、凍結(jié)管打設(shè)方式等方面綜合考慮。水平凍結(jié)孔施工有以下特點(diǎn)：水平凍結(jié)孔密集，偏率精度要求高。(2)鉆孔定位空間小。鉆孔均在隧道的邊緣，上下左右操作空間受限。導(dǎo)向孔拉管法難以實(shí)現(xiàn)，采納一次性導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法。(4)應(yīng)利用抗電磁干擾的水平測斜儀和導(dǎo)向儀。本工程利用的水平鉆孔軌跡儀,精準(zhǔn)度較高。技術(shù)方案和方法整體方案是選用HW-4型鉆機(jī)，采納一次性導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)法的技術(shù)方案，鉆桿采納108義8mm無縫鋼管，兼作凍結(jié)管，螺紋加焊接連接，配用110mm的削板鉆頭，泥漿循環(huán)鉆進(jìn)

7、。水平凍結(jié)孔偏斜的緣故取決于:鉆進(jìn)中受鉆具自重阻礙，鉆具前端會(huì)產(chǎn)生下垂冰平鉆具順時(shí)針旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生右旋力;安裝和開孔的誤差。為確保鉆孔精度,采取了以下技術(shù)方法：準(zhǔn)確確信水平孔開孔孔位(誤差&操縱水平孔開孔角度是保證水平孔偏斜的保證。(2)給出水平方位角與仰俯角以合理的糾偏值:鉆孔開孔方位角=凍結(jié)管設(shè)計(jì)方位角土鉆進(jìn)糾偏水平角;鉆孔開孔仰角=設(shè)計(jì)仰(俯)角土鉆進(jìn)糾偏垂直角。(3)采納凍結(jié)管兼作鉆桿，非但增加了鉆桿的鋼度，而且直徑的抗彎鋼度也有所增加。(4)采納螺紋連接確保鉆桿連接的同心度洞時(shí)接口加焊，既確保密封性能又增加接口鋼度。操縱泵壓與泵量、泥漿稠度，以保證巖粉碎渣在強(qiáng)懸浮力的作用下沖出孔外。操縱

8、鉆壓、鉆速;以維持快速鉆進(jìn)為宜。采納低泵壓、小水量、慢轉(zhuǎn)速，并增強(qiáng)孔口密封裝置,盡可能減少地下水和砂流出。(8)通過實(shí)驗(yàn)凍結(jié)孔，回歸分析鉆進(jìn)中技術(shù)參數(shù)和凍結(jié)孔偏斜規(guī)律，為加速打鉆速度，保證鉆孔質(zhì)量提供準(zhǔn)確靠得住的工藝參數(shù)，并依此計(jì)算出精準(zhǔn)的凍結(jié)扎開孔角度。(9)在基坑磴壁上開孔、埋設(shè)孔口管、導(dǎo)向管、密封管等方法，預(yù)防水平孔偏斜。(10)鉆進(jìn)進(jìn)程中采納“有線儀器導(dǎo)向，一次性跟管鉆進(jìn)”這種新工法打設(shè)超長水平凍結(jié)孔。(11)采納削板式鉆頭。5凍結(jié)孔施工中的風(fēng)險(xiǎn)及處置凍結(jié)孔施工中存在的風(fēng)險(xiǎn)要緊有:長距離水平施工;(2)鉆進(jìn)進(jìn)程中涌水和涌沙;(3)開孔時(shí)，地下水或地層泥砂大量涌出;(4)鉆進(jìn)中，地下水和

9、地層泥沙大量涌出。針對以上4個(gè)方面的風(fēng)險(xiǎn),所采取的解決方法及工程技術(shù)方法如下：水平凍結(jié)孔施工是凍結(jié)施工中的技術(shù)關(guān)鍵,也關(guān)系到凍結(jié)工程的成敗。72m長的水平凍結(jié)孔國內(nèi)外沒有先例，可是在工程終止時(shí)，所有凍結(jié)孔均具有所要求的技術(shù)水平，且最大偏斜率均小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)10%oo(2)通過孔口管側(cè)面的卸壓閥觀看孔口處地層壓力的具體情形，判定涌沙、涌泥的可能性。決定是不是進(jìn)行孔口加固注漿,注漿時(shí)用泥漿泵給地層中注入水泥漿或化學(xué)漿液，待地層凝固后二次從頭開孔，下管。(3)當(dāng)即停止開孔，迅速拔出開孔鉆具;將孔口管當(dāng)即打入孔內(nèi),發(fā)覺地下水、砂壓力較大時(shí)，可將回水閥打開卸壓，然后快速將孔口管打設(shè)到位，將孔口管與磴壁相連

10、接，并按好閘閥，然后關(guān)閉閘閥。(4)在鉆頭處安裝單向閥，能夠正向從鉆桿內(nèi)通入泥漿進(jìn)行，在不供泥漿時(shí)，單向閥自動(dòng)關(guān)閉,幸免地層中的水土逆向涌出，從而避免正常鉆進(jìn)涌水、涌泥;依照地層穩(wěn)固情形，在孔口管和密封裝置之間安裝6分閘閥,必要時(shí)關(guān)閉;在軟土層中可實(shí)現(xiàn)不循環(huán)鉆進(jìn)，操縱水土流失;在鉆桿打設(shè)完成后，及時(shí)利用孔口管上的旁通閥注漿，漿液選用單液水泥漿或水泥-水玻璃漿液。其作用可固定凍結(jié)管，堵住孔口的涌泥通道;注漿漿液注入鉆孔環(huán)狀斷面內(nèi)，補(bǔ)充流失的水土,并對地層有壓密作用，起到壓密注漿的作用，減少地面沉降。6水平凍結(jié)孔施工的結(jié)果水平凍結(jié)孔自2004年5月18日5月25日進(jìn)行了水平鉆孔實(shí)驗(yàn),5月26日正式

11、水平凍結(jié)孔的開鉆，到2005年5月13日工程終止,工期歷時(shí)12個(gè)月。半途除去工作井未移交南北銜接不上占用3個(gè)月及和諧所用工期外,純施工速度一樣完成1個(gè)孔，包括鉆機(jī)的定位、一開、二開、鉆進(jìn)、30m前燈光測斜、終孔注漿、孔口注漿、沖孔、密封、打壓試漏、終孔陀螺儀測斜等11道工序。實(shí)際完成了92個(gè)正孔計(jì)6624m,補(bǔ)孔1個(gè)計(jì)72m,8個(gè)水文孔計(jì)60m,8個(gè)測溫孔420m,合計(jì)7176mo本工程第一次采納了孔底注漿和孔口注漿方案，通過兩個(gè)方案的實(shí)施，專門好的操縱了路面沉降，截止2005年5月15日地面最大累計(jì)沉降10mm。采取有效的操縱路面沉降的方式，使施工順利的進(jìn)行并取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,達(dá)到了預(yù)期的成效。7終止語關(guān)于廣州地鐵三號(hào)線水平凍結(jié)孔的打設(shè)，經(jīng)太長時(shí)刻的理論論證，最后決定采納凍結(jié)管代替鉆桿一次性成孔的方案,長距離水平凍結(jié)孔的打設(shè)在折返線斜穿廣汕公路和沙河立交橋的成功應(yīng)用,在國內(nèi)外都尚屬第一次。長距離水平凍結(jié)孔施工工藝及技術(shù)方法通過在廣州地鐵的應(yīng)用，積存了寶貴的體會(huì)，為以后打設(shè)更長距