地鐵施工中的二重管注漿超前支護技術(shù)

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摘要：介紹了二重管注漿原理、漿液配比、注漿參數(shù)和施工工藝。通過在北京地鐵十號線光華路車站暗挖工程應(yīng)用，得出二重管注漿超前支護具有：注漿機械輕小、能適應(yīng)隧道施工的窄小環(huán)境，漿液切換靈活、能根據(jù)不同的地層條件隨時更換漿液類型、可實現(xiàn)復(fù)合式注漿、適應(yīng)各種復(fù)雜地層，加固體強度較高、密實度好、具有良好的止水效果的結(jié)論。

　　關(guān)鍵詞：城市地鐵；淺埋暗挖；超前支護；二重管注漿

　　城市地鐵暗挖在結(jié)構(gòu)頂部較近處（約2～5m），穿越現(xiàn)有地下管線或地質(zhì)條件較差的部位，往往采用超前支護方法增強地層的自穩(wěn)能力以控制沉降和止水。常用的超前支護方法有小導(dǎo)管注漿超前支護、大管棚超前支護等，但實際施工中，這些措施在通過滲漏嚴重的雨、污水管線時由于加固體抗?jié)B性較差，往往起不到良好的支護效果。

　　二重管雙液注漿是一種以改良地層為目的的地基處理技術(shù)，其優(yōu)點在于既可以增加地層的強度又可以達到止水的效果。據(jù)有關(guān)資料表明，二重管注漿加固后的地層強度：卵石層達到2.5～3.0MPa、細中砂層達到1.5～2.0MPa、粘土層達到1.5～2.0MPa.加固后地層的透水系數(shù)：可達到k=10-7～10-8cm/s.這種地基處理技術(shù)，如果能方便地用于地下工程超前支護，將彌補以上工法的不足。

　　基于以上思路，通過對TXU型鉆機進行改型使其具有全方位鉆進功能，采用二重管作為鉆桿使?jié){液在鉆桿端頭完全混合再注入地層，從而實現(xiàn)加固開挖面前方一定范圍內(nèi)的地層。北京地鐵十號線光華路車站東南風(fēng)道穿越D1800雨水管線時，為確保管線和結(jié)構(gòu)施工的安全，將以上思路付諸于實踐，首次采用二重管注漿作為淺埋暗挖工法穿越雨、污水管線的超前支護，取得了很好的效果。

　　1、工程概況

　　光華路車站位于東三環(huán)與規(guī)劃商務(wù)中心交叉口，東側(cè)為中央電視臺新址工地，西側(cè)為財富中心。東南風(fēng)道總長115.434m，東三環(huán)路下部分與道路正交。D1800雨水管位于結(jié)構(gòu)第二次抬高過渡段上方，抬高前風(fēng)道拱頂埋深9.905m，抬高后埋深6.535m，抬高高度為3.4m，坡度約35°，雨水管與結(jié)構(gòu)最小距離為0.85m.為降低施工難度，減小施工風(fēng)險，過渡段由原設(shè)計位置向西平移1.3m，雨水管與結(jié)構(gòu)最小距離為1.6m，如圖1所示。風(fēng)道開挖斷面，寬×高=11m×（15～17m），初支結(jié)構(gòu)施工采用CRD工法，分4～5層、8～10洞開挖。

　　據(jù)資料顯示，D1800雨水管修建于1979年，采用頂管施工，管段之間連接采用麻辮，縫隙填打石棉灰； 頂管坑內(nèi)管道采用混凝土管基，鋼絲網(wǎng)水泥砂漿抹段接口。施工時雨水管中水深1.0m，水流湍急，管線滲漏水的可能性很大。距D1800雨水管僅5.0m處是1800mm×2300mm污水方溝，大約修建于1982年，是東三環(huán)路的主要污水干管，溝內(nèi)水深1.5m，流速較大。D1800雨水管與風(fēng)道結(jié)構(gòu)之間土質(zhì)（由上至下）為粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粉土和細砂。因此，穿越雨水管的施工風(fēng)險很大，為確保施工安全，必須采取可靠的超前支護措施。

　　2、支護方案比選

　　2.1工程特點

　?。?）雨水管距結(jié)構(gòu)開挖面最小處僅為1.6m，結(jié)構(gòu)在該位置大角度（35°）挑高，增大了施工難度和風(fēng)險；

　?。?）雨水管采用頂管法施工，年久失修，水流急、水量大，出現(xiàn)滲漏水的可能性很大；

　?。?）風(fēng)道開挖斷面大，采用CRD工法多層、多導(dǎo)洞施工，對地層的擾動次數(shù)多，沉降量較大，與雨水管相互影響顯著。

　?。?）雨水管位于CBD核心的東三環(huán)主路下方，所處地段非常敏感，施工必須保證萬無一失。

　　2.2方案比選

　　提出3種超前支護方案進行比選，分別為密排小管棚注漿超前支護、大管棚超前支護和二重管注漿+鋼插管超前支護。

　　通過以上分析比較，采用方案3進行超前支護。

　　3、二重管注漿超前支護

　　3.1注漿設(shè)備

　　TXU改型鉆機：旋轉(zhuǎn)二重管及排水處理裝備；

　　SYB-60/50型注漿泵：注漿液混合器及測定器具；

　　SJY-雙層立體式攪拌機：噴頭及凝膠時間測定儀，逆止閥，消音器。

　　3.2施工工藝流程

　　二重管注漿超前支護采用TXU改型鉆機施工。

　　TXU改型鉆機體型較小，適合在較小空間施工，能在360°范圍內(nèi)進行鉆進。二重管鉆桿直徑一般為，端頭安裝管內(nèi)混合器。鉆進采用清水作為循環(huán)液，達到設(shè)計深度或位置時，封閉端點進行橫向噴射切換。然后用注漿泵分別將兩種漿液壓入外管和內(nèi)管，漿液在二重管的端頭混合器內(nèi)混合，通過濾網(wǎng)在水平方向?qū)嵭袊娚?，將漿液注入地層中。注漿采用后退式，一般20～50cm為一個注漿段。

　　3.3注漿漿液和注漿參數(shù)施工時根據(jù)地層情況配制溶液型或懸濁型漿液；通過調(diào)節(jié)漿液配比和注漿壓力來控制漿液的凝結(jié)時間和注入范圍。溶液型或懸濁型漿液均采用雙液，其配比如表2所示，其中A、B雙液組成溶液型漿液，A，C雙液組成懸濁型漿液。懸濁型漿液以水泥為主，摻加注入性強的添加劑，適用于軟弱粘性土、松散砂層、砂礫石層的前處理、裂隙等的填充。溶液型漿液以水玻璃為主，摻加注入性強的添加劑，適用于密實的砂層、砂礫石層改良的后處理等。漿液中的添加劑一方面改良漿液，增強漿液的注入性，另一方面降低漿液凝固后的收縮性，確保注漿和止水效果。針對不同的地層，注漿時可先進行限制性注漿，漿液凝結(jié)速度快，可根據(jù)凝結(jié)時間確定注漿范圍；然后進行滲透注漿，使?jié){液在地層中分布均勻。限制性注漿和滲透注漿可以自由切換，從而適用于各種復(fù)雜的地層。

　　根據(jù)不同地層和工程情況，一般條件下注漿深度在14m以內(nèi)，注漿孔直徑46mm；漿液擴散半徑1m；漿液凝結(jié)時間20s～30min；注漿壓力0.3～1.5MPa。

　　4、實施情況

　　4.1加固范圍綜合考慮各方面的因素，縱向加固范圍為第二次抬高過渡段，立面加固范圍為上層導(dǎo)洞結(jié)構(gòu)內(nèi)0.5m到雨水管底之間的土體，兩側(cè)部位加固厚度為結(jié)構(gòu)外3.0m。

　　4.2土體加固施工

　　（1）1號導(dǎo)洞施工至距抬高段起始點2.0m時，采用150mm厚C25噴射混凝土封閉開挖面，下臺階梅花狀打入2m長？22鋼筋加筋改良土體，保證開挖面的穩(wěn)定性。

　?。?）進行二重管注漿，加固1號導(dǎo)洞拱頂及側(cè)部土體，中隔墻部位向3號洞內(nèi)加固，范圍不小于3.0m.采用洞內(nèi)放射型注漿方式，從外圍到中心進行施工。

　　（3）注漿完成后，距結(jié)構(gòu)開挖線250mm處沿外輪廓以抬高坡度為角度，采用TXU鉆機成孔，然后頂入9.0m長、內(nèi)徑？32的鋼插管并注漿。

　?。?）1號導(dǎo)洞開挖，進行初支結(jié)構(gòu)施工。開挖過程中發(fā)現(xiàn)注漿效果良好，土體明顯改良，沒有出現(xiàn)滲漏水。

　?。?）3號導(dǎo)洞施工至距抬高段起始點2.0m時，加固方法同1號導(dǎo)洞。由于1號導(dǎo)洞已完成初支結(jié)構(gòu)，注漿時必須嚴格控制注漿壓力，靠近注漿一側(cè)需在結(jié)構(gòu)上設(shè)卸壓或卸水孔，并加強巡視，確保結(jié)構(gòu)的安全。

　　從開挖情況看，注漿起到了良好的加固和止水作用，漿液在粉細砂層中擴散性較好，加固體強度高，沒有出現(xiàn)任何坍塌現(xiàn)象。在粘性土中，為劈裂注漿，漿液呈脈狀擴散，在層理好的地段沿層理擴散。

　　5、結(jié)論

　　二重管注漿超前支護注漿，在隧道拱頂形成一定厚度的水泥固結(jié)體，該固結(jié)體具有較高的強度和良好的止水效果。從地鐵光華路車站東南風(fēng)道穿越D1800雨水管施工實踐看，二重管注漿超前支護技術(shù)具有如下優(yōu)勢：

　?。?）TXU改型鉆機機械輕小，施工靈活，能適應(yīng)隧道施工的窄小環(huán)境；

　?。?）注漿原材料主要為水泥、水玻璃，材料來源廣，經(jīng)濟且無污染；

　　（3）漿液切換靈活，能根據(jù)不同地層條件隨時更換漿液類型，可實現(xiàn)復(fù)合式注漿，適應(yīng)各種復(fù)雜地層；

　?。?）漿液在二重管端頭可完全混合，后退式注漿可確保漿液均勻地注入土層中，在特殊地段（如滲漏水嚴重地段）還可采用前進式注漿，連續(xù)可靠；

　　（5）加固體強度較高、密實度好，具有良好的止水效果；在沉降控制嚴格地段，還可插入鋼插管或注漿后再打設(shè)大管棚以提高土層的整體剛度。

　　二重管注漿超前支護作為一種新的支護方法，首次應(yīng)用于地鐵淺埋暗挖穿越大直徑地下管線的施工，并取得了良好的加固土體和止水效果，值得進一步推廣應(yīng)用。