各種輔助措施在地鐵礦山法隧道中的應(yīng)用

可編輯版/各種輔助措施在地鐵礦山法隧道中的應(yīng)用摘要：隨著我國城市軌道交通的快速發(fā)展,在城市地鐵中按噴錨構(gòu)筑法原理進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的淺埋暗挖礦山法隧道越來越多。本文通過對多個(gè)礦山法隧道的調(diào)查研究,對不同工程及水文地質(zhì)條件下的各項(xiàng)輔助施工措施進(jìn)行分析對比和總結(jié)。在城市地鐵中的礦山法隧道,需根據(jù)工程的周邊環(huán)境、隧道埋置深度、工程及水文地質(zhì)條件、隧道斷面尺寸,結(jié)合隧道施工的基本工法,比選并采取有針對性的、合理的輔助施工措施。對地層及圍巖進(jìn)行必要的加固和止水,不但可以避免較多的施工風(fēng)險(xiǎn),節(jié)約工程投資,而且還可以減少對周邊環(huán)境的影響及破壞,滿足工期的要求。關(guān)鍵詞：地鐵；暗挖隧道；噴錨構(gòu)筑法；礦山法；輔助措施1前言隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,軌道交通在城市交通中占有越來越重要的位置。由于城市軌道交通一般都建在商貿(mào)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)發(fā)達(dá)、人口密集、交通繁忙、建筑物集中的地段,采用高架和地面軌道交通受到了制約,影響城市景觀,并占用較多的地面空間。所以還是較多的采用地鐵,將軌道交通建在地下。由于地下結(jié)構(gòu)的特殊性,采用經(jīng)濟(jì)合理的技術(shù)措施,保證施工安全和降低造價(jià),是地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工的關(guān)鍵之一。本文主要介紹采用礦山法施工的地鐵暗挖隧道中各種輔助施工措施的特點(diǎn)、適用條件及應(yīng)用。2地鐵暗挖隧道施工環(huán)境、特點(diǎn)及要求地鐵礦山法施工的隧道,根據(jù)隧道所處的周邊環(huán)境、工程及水文地質(zhì)條件,均按噴錨構(gòu)筑法原理進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工,采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)型式,即以錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土和鋼架為初期支護(hù),以模筑鋼筋混凝土襯砌為二次襯砌組成。地鐵暗挖隧道由于埋深淺,一般處于第四系各種土層、砂層或巖石的全、強(qiáng)風(fēng)化層中,大部分圍巖軟弱,且部分地段可能存在圍巖"上軟下硬"的情況；一般地下水位較高,地下水豐富,隧道結(jié)構(gòu)基本都處于地下水位之下；一般位于繁華都市區(qū),地面道路縱橫交錯(cuò),交通繁忙,建筑物密集,地下管線眾多,地面沉降控制要求嚴(yán)格。因此,在礦山法隧道設(shè)計(jì)和施工中除了選擇合理的基本工法外,還必須結(jié)合基本工法、工程的周邊環(huán)境、特點(diǎn)、隧道埋置深度、工程及水文地質(zhì)條件、隧道斷面尺寸等,選擇必要的輔助施工措施,對地層及圍巖進(jìn)行必要的加固和止水,以保證隧道施工安全,減少對周邊環(huán)境的影響。3主要輔助施工措施經(jīng)過多年的發(fā)展,城市淺埋礦山法施工的隧道,主要采用的輔助工程措施主要有：洞內(nèi)超前注漿小導(dǎo)管、大管棚、鉆孔注漿、洞內(nèi)水平旋噴注漿、凍結(jié)法、地面降水等眾多輔助工程措施。3.1超前注漿小導(dǎo)管超前注漿小導(dǎo)管是礦山法隧道中常用的一種輔助工程措施。主要用于地下水較少,圍巖為土層、巖石的全、強(qiáng)風(fēng)化層、經(jīng)注漿改良后的砂層等情況下。一般采用Φ32～42mm鋼花管,長度3.0～4.5m,環(huán)向間距20～40cm。當(dāng)?shù)貙榆浫?、地下水較多或?yàn)榱俗{加固地層,設(shè)置雙層注漿小導(dǎo)管。3.2大管棚大管棚主要用于隧道要下穿通過重要建筑物或街道且隧道頂板覆土較薄的情況。它比超前小導(dǎo)管剛度大,能較好地控制地面沉降,較好地保護(hù)建筑物,防止地表塌陷,一般采用Φ89～Φ133鋼管,長度20～40m,環(huán)向間距30～40cm；大管棚在隧道洞口段施工最為方便,在洞內(nèi)施工需要擴(kuò)挖設(shè)置管棚工作室,一般較少使用。當(dāng)在淺埋軟塑狀地層中時(shí),可以將大管棚與超前小導(dǎo)管配合適用,在大管棚中間加小導(dǎo)管,加固地層、止水及控制地表沉降的效果會(huì)更好。3.3鉆孔注漿注漿是地鐵礦山法隧道施工中常用的一種加固地層及止水措施。根據(jù)漿液與土體的相互作用方式,可將注漿分為滲透注漿、劈裂注漿兩大類。當(dāng)?shù)貙訛樯皩?、卵石層、碎石土地層時(shí)或滲透系數(shù)較大〔大于10-4cm/s的第四系地層時(shí),宜采用滲透注漿方式。當(dāng)?shù)貙勇裆钶^大、滲透系數(shù)較小〔小于10-5cm/s的第四系殘積層、以及巖石的全風(fēng)化層時(shí),宜采用劈裂注漿方式。在實(shí)際注漿中,漿液往往是以多種運(yùn)動(dòng)方式作用于土體的,僅以某種單一方式作用于土體的情況幾乎很少。根據(jù)注漿工藝的不同,可分為花管注漿、套管注漿?；ü茏{適用于全孔一次性注漿且注漿段不長的情況。套管注漿也叫袖閥管注漿,適用于注漿段較長需分段注漿的情況,分段長度一般為3～5mm；該工藝的特點(diǎn)是能很好地控制漿液的凝固時(shí)間和擴(kuò)散范圍,對不同地層,可采用不同的注漿壓力、注漿量及漿液類型。漿液類型主要有水泥漿或水泥－水玻璃漿液。純水泥漿的成本較低,流動(dòng)性較好,結(jié)石強(qiáng)度高,可灌性也較好,但析水率較大,穩(wěn)定性較差,結(jié)石率較低,早期強(qiáng)度一般較低,凝結(jié)時(shí)間較長,一般需添加早強(qiáng)劑；水泥－水玻璃漿液除具有水泥漿的全部優(yōu)點(diǎn)外,還可以調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間,較好地控制漿液的擴(kuò)散半徑。一般情況應(yīng)首先選用水泥漿,當(dāng)?shù)叵滤哂幸欢ǖ牧鲃?dòng)性、地層的滲透系數(shù)和孔隙率較小時(shí)可采用水泥-水玻璃漿液；為了提高漿液的可灌性,也可以考慮采用超細(xì)水泥－水玻璃漿液。根據(jù)注漿方式不同,可分為洞內(nèi)深孔注漿、洞內(nèi)淺孔注漿、地面注漿三種形式。3.4洞內(nèi)水平旋噴注漿洞內(nèi)水平旋噴注漿加固地層及止水,是近年興起的一種在軟弱地層中采用的一種輔助工程措施。它是利用專門的水平旋噴機(jī)械,將水泥漿與土顆粒攪拌形成一種具有一定強(qiáng)度的"水泥土",利用水泥土形成對隧道開挖拱部和掌子面的保護(hù),從而達(dá)到加固地層和止水的目的。水平旋噴注漿主要適用于淤泥質(zhì)土、流塑及軟塑狀的粘土、粉土及砂質(zhì)粘土等軟弱地層中；對于含卵石的地層、地下水流速較大的地層不太適用。由于一般要采用20～30Mpa的高壓力,容易造成地面的較大隆起,破壞地下管網(wǎng)和建筑物,在埋深較深、距建筑物較遠(yuǎn)時(shí)比較適用。當(dāng)埋深較淺或距地下管線較近時(shí),應(yīng)控制注漿壓力,防止地面超標(biāo)準(zhǔn)隆起和對管線的破壞。水平旋噴的技術(shù)參數(shù)一般為：樁徑35～50cm；樁長8.0～12.0m,樁心距30～40cm；前后兩排縱向搭接2.0～3.0m,外插角10～15°。作為軟土隧道的超前支護(hù)措施,具有樁體質(zhì)量均勻、穩(wěn)定,加固效果可靠等優(yōu)點(diǎn),具有較好的止水加固效果。當(dāng)然,由于機(jī)械設(shè)備等原因,水平攪拌的施工工藝還應(yīng)進(jìn)一步提高,防止在施工鉆進(jìn)過程中發(fā)生突泥、涌水現(xiàn)象；在樁與樁之間的搭接和咬合可能會(huì)應(yīng)施工工藝問題存在縫隙,在隧道開挖過程中,還應(yīng)根據(jù)實(shí)際的施工情況,在縫隙中設(shè)置超前注漿鋼花管對地層進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)注漿。3.5凍結(jié)法凍結(jié)法在我國已應(yīng)用多年,它是解決淤泥、流砂等不穩(wěn)定含水地層施工的可靠技術(shù)工法。從我國的一些工程實(shí)踐證明,凍結(jié)法施工技術(shù)是一項(xiàng)安全可靠、環(huán)保經(jīng)濟(jì)的特殊技術(shù)措施。凍結(jié)法可以采用水平凍結(jié)和垂直凍結(jié)兩種方式。水平凍結(jié)是在隧道開挖輪廓線以外一定距離〔一般為1.0～2.0m設(shè)置凍結(jié)管,為使隧道凍結(jié)壁受力結(jié)構(gòu)合理,凍結(jié)管上的凍結(jié)孔間距隧道上部一般為80cm,中下部為80～100cm,均勻布置；凍結(jié)壁厚度一般能達(dá)到2.0m左右,凍土抗壓強(qiáng)度3.0～6.0MPa。隧道在凍結(jié)壁的保護(hù)下,進(jìn)行掘進(jìn)施工。垂直凍結(jié)是在隧道周邊垂直地面設(shè)置凍結(jié)管,凍結(jié)孔布置與水平凍結(jié)基本一致。通過凍結(jié)壁在隧道周邊形成凍結(jié)止水帷幕,在帷幕內(nèi)進(jìn)行降水施工,從而保證隧道施工基本處于無水狀態(tài)下。垂直凍結(jié)管應(yīng)伸入不透水地層中。在XX地鐵1號線老大區(qū)間隧道過廣深鐵路和布吉河古河道范圍,縱向長度56m的范圍,成功應(yīng)用此方法,隧道施工較順利地通過了地質(zhì)及周邊環(huán)境均復(fù)雜的區(qū)段。3.6地面降水地面降水是通過降水井引排地層中的地下水,提高地層的部分物理力學(xué)指標(biāo)和自穩(wěn)能力,減少地下水對地層的軟化能力,從而減少地下水對隧道施工的影響,給隧道施工創(chuàng)造較好的施工條件。降水井可以采用φ300mm左右的小口井,也可以采用φ800mm左右的大口井。降水井底應(yīng)低于隧道開挖底線5.0～10.0m,以降低隧道開挖范圍內(nèi)的地下水,使地下水基本降至仰拱以下。降水井間距一般為8.0～12.0m,當(dāng)采用小口井時(shí)取小值,大口井取大值。降水井內(nèi)應(yīng)采用網(wǎng)眼較小的濾網(wǎng),以防止降水帶走了土體中的細(xì)顆粒,從而引起的地面較大的沉降。在砂層及地下水補(bǔ)給較快的地段,應(yīng)慎重；在房屋密集且采用擴(kuò)大基礎(chǔ)的地段,容易造成房屋較大的沉降而發(fā)生危險(xiǎn),不主張采用地面降水措施。在空曠及粘性土地層段,可以采用地面降水措施。采用地面降水措施,工程費(fèi)用省,施工速度快。地面降水措施在北京地鐵中得到較多的使用,在XX地鐵一期工程中也得到了一定的應(yīng)用。4各種措施的比較以上措施,在地層復(fù)雜時(shí),是多種措施的組合,而不是單一實(shí)施。5結(jié)束語在城市地鐵中采用噴錨構(gòu)筑法原理進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的礦山法隧道,根據(jù)工程的周邊環(huán)境、工程及水文地質(zhì)條件選擇有針對性的、經(jīng)濟(jì)、合理的輔助施工措施,不但可以避免較多的施工風(fēng)險(xiǎn),節(jié)約工程投資,而且還可以減少對周邊環(huán)境的影響及破壞,滿足工期的要求。參考文獻(xiàn)：[1]鐵道第二勘察設(shè)計(jì)院主編．鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊――隧道修訂版[M]．中國鐵道出版社,1995．[2]何川．土木工程