地铁施工中的二重管注浆超前支护技术

地铁施工中的二重管注浆超前支护技术城市地铁暗挖在结构顶部较近处(约2～5m),穿越现有地下管线或地质条件较差的部位,往往采用超前支护方法增强地层的自稳能力以控制沉降和止水。常用的超前支护方法有小导管注浆超前支护、大管棚超前支护等,但实际施工中,这些措施在通过渗漏严重的雨、污水管线时由于加固体抗渗性较差,往往起不到良好的支护效果。二重管双液注浆是一种以改良地层为目的的地基处理技术,其优点在于既可以增加地层的强度又可以达到止水的效果。据有关资料表明,二重管注浆加固后的地层强度:卵石层达到2.5～3.0MPa、细中砂层达到1.5～2.0MPa、粘土层达到1.5～2.0MPa。加固后地层的透水系数:可达到k=10-7～10-8cm/s。这种地基处理技术,如果能方便地用于地下工程超前支护,将弥补以上工法的不足。基于以上思路,通过对TXU型钻机进行改型使其具有全方位钻进功能,采用二重管作为钻杆使浆液在钻杆端头完全混合再注入地层,从而实现加固开挖面前方一定范围内的地层。北京地铁十号线光华路车站东南风道穿越D1800雨水管线时,为确保管线和结构施工的安全,将以上思路付诸于实践,首次采用二重管注浆作为浅埋暗挖工法穿越雨、污水管线的超前支护,取得了很好的效果。1工程概况光华路车站位于东三环与规划商务中心交叉口,东侧为中央电视台新址工地,西侧为财富中心。东南风道总长115.434m,东三环路下部分与道路正交。D1800雨水管位于结构第二次抬高过渡段上方,抬高前风道拱顶埋深9.905m,抬高后埋深6.535m,抬高高度为3.4m,坡度约35°,雨水管与结构最小距离为0.85m。为降低施工难度,减小施工风险,过渡段由原设计位置向西平移1.3m,雨水管与结构最小距离为1.6m,如图1所示。风道开挖断面,宽×高=11m×(15～17m),初支结构施工采用CRD工法,分4～5层、8～10洞开挖。据资料显示,D1800雨水管修建于1979年,采用顶管施工,管段之间连接采用麻辫,缝隙填打石棉灰;顶管坑内管道采用混凝土管基,钢丝网水泥砂浆抹段接口。施工时雨水管中水深1.0m,水流湍急,管线渗漏水的可能性很大。距D1800雨水管仅5.0m处是1800mm×2300mm污水方沟,大约修建于1982年,是东三环路的主要污水干管,沟内水深1.5m,流速较大。D1800雨水管与风道结构之间土质(由上至下)为粉质粘土、砂质粉土和细砂。因此,穿越雨水管的施工风险很大,为确保施工安全,必须采取可靠的超前支护措施。2支护方案比选2.1工程特点(1)雨水管距结构开挖面最小处仅为1.6m,结构在该位置大角度(35°)挑高,增大了施工难度和风险;(2)雨水管采用顶管法施工,年久失修,水流急、水量大,出现渗漏水的可能性很大;(3)风道开挖断面大,采用CRD工法多层、多导洞施工,对地层的扰动次数多,沉降量较大,与雨水管相互影响显著。(4)雨水管位于CBD核心的东三环主路下方,所处地段非常敏感,施工必须保证万无一失。2.2方案比选提出3种超前支护方案进行比选,分别为密排小管棚注浆超前支护、大管棚超前支护和二重管注浆+钢插管超前支护。比选情况详见表1。通过以上分析比较,采用方案3进行超前支护。3二重管注浆超前支护3.1注浆设备TXU改型钻机:旋转二重管及排水处理装备;SYB-60/50型注浆泵:注浆液混合器及测定器具;SJY-双层立体式搅拌机:喷头及凝胶时间测定仪,逆止阀,消音器。3.2施工工艺流程二重管注浆超前支护采用TXU改型钻机施工,注浆施工工艺流程如图2所示。TXU改型钻机体型较小,适合在较小空间施工,能在360°范围内进行钻进,如图3所示。二重管钻杆直径一般为?42,端头安装管内混合器。钻进采用清水作为循环液,达到设计深度或位置时,封闭端点进行横向喷射切换。然后用注浆泵分别将两种浆液压入外管和内管,浆液在二重管的端头混合器内混合,通过滤网在水平方向实行喷射,将浆液注入地层中。注浆采用后退式,一般20～50cm为一个注浆段。3.3注浆浆液和注浆参数施工时根据地层情况配制溶液型或悬浊型浆液;通过调节浆液配比和注浆压力来控制浆液的凝结时间和注入范围。溶液型或悬浊型浆液均采用双液,其配比如表2所示,其中A、B双液组成溶液型浆液,A,C双液组成悬浊型浆液。悬浊型浆液以水泥为主,掺加注入性强的添加剂,适用于软弱粘性土、松散砂层、砂砾石层的前处理、裂隙等的填充。溶液型浆液以水玻璃为主,掺加注入性强的添加剂,适用于密实的砂层、砂砾石层改良的后处理等。浆液中的添加剂一方面改良浆液,增强浆液的注入性,另一方面降低浆液凝固后的收缩性,确保注浆和止水效果。针对不同的地层,注浆时可先进行限制性注浆,浆液凝结速度快,可根据凝结时间确定注浆范围;然后进行渗透注浆,使浆液在地层中分布均匀。限制性注浆和渗透注浆可以自由切换,从而适用于各种复杂的地层。根据不同地层和工程情况,一般条件下注浆深度在14m以内,注浆孔直径?46mm;浆液扩散半径1m;浆液凝结时间20s～30min;注浆压力0.3～1.5MPa。4实施情况4.1加固范围综合考虑各方面的因素,纵向加固范围为第二次抬高过渡段,立面加固范围为上层导洞结构内0.5m到雨水管底之间的土体,两侧部位加固厚度为结构外3.0m,详见图4和图5。4.2土体加固施工(1)1号导洞施工至距抬高段起始点2.0m时,采用150mm厚C25喷射混凝土封闭开挖面,下台阶梅花状打入2m长?22钢筋加筋改良土体,保证开挖面的稳定性。(2)进行二重管注浆,加固1号导洞拱顶及侧部土体,中隔墙部位向3号洞内加固,范围不小于3.0m。采用洞内放射型注浆方式,从外围到中心进行施工。(3)注浆完成后,距结构开挖线250mm处沿外轮廓以抬高坡度为角度,采用TXU钻机成孔,然后顶入9.0m长、内径?32的钢插管并注浆。(4)1号导洞开挖,进行初支结构施工。开挖过程中发现注浆效果良好,土体明显改良,没有出现渗漏水。(5)3号导洞施工至距抬高段起始点2.0m时,加固方法同1号导洞。由于1号导洞已完成初支结构,注浆时必须严格控制注浆压力,靠近注浆一侧需在结构上设卸压或卸水孔,并加强巡视,确保结构的安全。从开挖情况看,注浆起到了良好的加固和止水作用,浆液在粉细砂层中扩散性较好,加固体强度高,没有出现任何坍塌现象。在粘性土中,为劈裂注浆,浆液呈脉状扩散,在层理好的地段沿层理扩散,如图6所示。5结论二重管注浆超前支护注浆,在隧道拱顶形成一定厚度的水泥固结体,该固结体具有较高的强度和良好的止水效果。从地铁光华路车站东南风道穿越D1800雨水管施工实践看,二重管注浆超前支护技术具有如下优势:(1)TXU改型钻机机械轻小,施工灵活,能适应隧道施工的窄小环境;(2)注浆原材料主要为水泥、水玻璃,材料来源广,经济且无污染;(3)浆液切换灵活,能根据不同地层条件随时更换浆液类型,可实现复合式注浆,适应各种复杂地层;(4)浆液在二重管端头可完全混合,后退式注浆可确保浆液均匀地注入土层中,在特殊地段(如渗漏水严重地段)还可采用前进式注浆,连续可靠;(5)加固体强度较高、密实度好,具有良好的止水效果;在沉降控制严格地段,还可插入钢插管或注浆后再打设大管棚以提高土层的整体刚度。二重管注浆超前支护作为一种新的支护方法,首次应用于地铁浅埋暗挖穿越大直径地下管线的施工,并取得了良好的加固土体和止水效果,值得进一步推广应用。