软流塑地层暗挖隧道超前支护施工技术

1软流塑地层暗挖隧道超前支护施工技术摘要：关键词：1简述某地铁区间隧道为双洞单线，采用矿山法施工，单线全长1301.396m，隧道顶部覆土9～11.5m，区间隧道通过地段地面上3～7层楼房9栋，基础为条基或筏基，有给水、雨水、污水、电力、电信等多种管线，区间隧道穿越Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ类围岩，其中Ⅰ类围岩段全长648.4m，占区间隧道总长的49.8%，Ⅰ类围岩穿越软～流塑状粉质粘土层、淤泥质粉质粘土层及硬～软塑状粉质粘土层，该地层具有高压缩性、高灵敏度、强度低，易产生蠕动现象，开挖后土体自稳能力差，易坍塌，地面沉降难以控制，施工极为困难。2地层预加固施工方法和注浆材料性能简述2.1地层预加固施工方法为确保施工安全和地面房屋、管线和道路行车安全，顺利通过该段地层施工，关键就在于对地层进行超前预加固，将需要开挖的土体进行加固处理，以提高其强度和抗剪切能力，有效控制地表沉降。按照“注浆加固、挤压排水、提高强度、控制沉降”的总体思路，我们在具体施工中采用大管棚（花管）加超前小导管注浆，注浆材料选用HC—T凝结时间可调注浆材料，注浆2方法为劈裂注浆，以提高地层的稳定性，减少地面沉降。掌子面则采用硬质PVC注浆管进行全断面注浆加固，采用分段注浆，以加固开挖轮廓线以内的软土。2.2材料性能简述2.2.1HC—T凝结时间可调注浆材料HC—T可调超细注浆材料渗透性强，直径在4μ以下的颗粒为总量的50%以上，可灌入很细的裂岩缝隙，具有微膨胀性、结石强度高、渗透能力强，具有如下特性：⑴使用方便，使用于大面积高富水渗漏、高压漏水、环境水腐蚀等环境下施工。⑵渗透系数：可灌入渗透系数10-4—10-5的粉砂，砾砂层及淤泥。⑶补偿收缩：一天膨胀系数0.02～0.04%，14天≤0.05%。⑷凝结时间：可根据使用环境，初凝在几分钟到几十分钟内任意调节，终凝不大于3h。2.2.2硬质PVC注浆管硬质PVC注浆管内径为φ42，每隔33.3cm钻一组射浆孔（即每米3组），外包橡皮套，注浆时通过加大压力，使浆液顶开橡皮套，挤破套壳料，在土体产生劈裂，并沿着裂缝扩散，达到加固土体的目的。3超前支护施工3.1大管棚施工工艺33.1.1开挖管棚工作室⑴管棚工作室长6m，跨度约为8m,在软弱围岩中开挖,必须及时施作初期支护。为便于架设钻机,安设钢管，工作室应挖至区间隧道开挖轮廓线以外0.8m。⑵导向管是控制成孔方向使之不偏斜的主要手段，导向管长度不小于2.0m，采用ф127mm无缝钢管加工，经精确测量后焊接在钢拱架上并喷混凝土固定。⑶由于I类围岩段隧道较长且为弧线，根据现有水平孔钻进技术条件，隧道分段施作管棚。每排大管棚长度为40m，首先施工第一段管棚工作室，施作第一段管棚，注浆后进行隧道掘进。第一段管棚段开挖30.6m后，进行第二段管棚工作室施工及钻孔，管棚搭接长度3.0m。以此类推，完成管棚超前支护施工。3.1.2搭设平台、安装钻机、测定孔位⑴钻机平台采用枕木搭建，平台满铺松木板。根据管棚孔的位置，分层加高钻机平台。钻机平台搭设好以后进行钻孔,钻孔顺序由高孔位向低孔位进行,可缩短移动钻机与搭设平台时间,便于钻机定位、定向。⑵安装钻机。进钻前，以坐标法在掌子面标定管棚孔位。钻机平台要稳固，钻机要安装牢固，防止施钻时钻机不均匀下沉、移动而影响钻孔质量。4长管棚施工工艺流程图退机否合格钻机就位测量布孔钻机大臂矫正钻机固定钻孔及接长钻杆钻孔接长准备管棚跟进钻杆分节退下撤管棚机加工管棚及管节注浆材料准备注浆机准备清孔注浆效果检查注浆固结围岩开挖管棚工作室5⑶钻机定位。钻孔方位要求根据线路中线与管棚工作室的位置确定，必须精确核定钻机位置。架立钻机时用罗盘、挂线相结合的方法，确保钻机轴线与管棚设计轴线相吻合。3.1.3管棚孔钻进⑴管棚孔开孔：开孔前必须检查设备，保证设备状况良好，对组合好的钻具要检查丝扣联接是否紧密。由于考虑到钻孔时钻具下沉、线路曲线的影响及为后续管棚工作室预留出空间，必须计算管棚打设的仰角及外插角，具体计算图如上图所示。α外插=X/Lβ仰=Y/LL—为线路纵向相邻管棚工作室中心距离在架好钻机、调整好孔位的水平偏角及仰角后，用翼片式螺旋钻进法钻进。⑵管棚孔钻进a.为了保证钻孔精度，开孔段钻进是关键。钻进前10～20m时，要反复校核钻杆方向，调整钻机位置，并用罗盘及挂线管棚仰角及外插角计算图区间标准断面管棚终孔位置管棚开孔位置管棚工作室开挖断面6检测偏斜无问题后方可继续钻进。b.管棚管下入孔内前要先配管，保证管棚管的同心度。c.加接钻杆和钢套管：当跟管钻进至钢套末端导向墙孔口管棚施工示意图约30cm时停钻，然后钻机反转收偏退钻、卸杆，动力头后退至末端加接钻杆或钢套管，此时应先拧紧钻杆，然后再拧紧联接套管。3.2掌子面加固施工3.2.1掌子面加固采用L=13m长硬质PVC管，注浆孔的布置采用等边三角形全断面布置，注浆的先后顺序：先四周，后中间，中间布置一排水孔，以利于软土地层中的滞水在注浆过程中受到挤压时顺利排出。导向管方木垛方木垛Mk-5水平钻机管棚工作室拱部抬高80cm墙底线掌子面管棚钢管拱顶线73.2.2掌子面加固施工主要施工步骤为：（1）采用潜孔钻机钻孔，钻孔的垂直度误差控制在1%以内。（2）孔内灌封闭泥浆，待钻孔到设计深度后从孔内灌入封闭水泥浆，其作用是封闭单向阀管和钻孔壁之间的孔隙，迫使从管浆孔内开环，压出的浆液挤破套壳料注入四周土层。（3）在封闭泥浆达到一定的强度后，在单向阀管内插入双向密封注浆芯管进行分层注浆。3.3注浆施工3.3.1大管棚及小导管注浆施工⑴注浆参数的选取注浆扩散半径：0.3～0.4m；注浆速度：30～50L／min；凝结时间：30～5；注浆终压：0.7～1.5MPa；W／C：1：1；注浆材料：HC-T凝结时间可调注浆材料单孔注浆量：Q=π×R2×L×v×η×n式中：Q—单孔注浆量（m3）；L—注浆段长（m）；R—浆液扩散半径（m）；v—注浆段土层孔隙率；8η—浆液损失率；n—浆液有效填充率。⑵注浆采用分段后退式注浆，利用自制的注浆套管与管棚用套丝连接，注浆套管上准备由出气管与进浆管，由阀门来控制开关，如图所示。然后安装20mm塑料管作为排气管，连接注浆管等各种管路，利用锚固剂封闭掌子面与管棚间的孔隙，防止漏浆。⑶关闭孔口阀门，开启注浆泵进行管路压水试验，如有泄漏及时检修，试验压力等于注浆终压。⑷注浆时，采取低压力中流量注入，注浆过程中压力逐步上升，流量逐渐减少，当压力升至注浆终压时，继续压注10分钟，才结束注浆。3.3.2掌子面加固注浆施工在硬质PVC管内插入双向密封注浆芯管进行后退式注浆。首先增大压力使浆液顶开橡皮套，挤破套壳料，在土体产生劈裂，并沿着裂缝扩散，扩散范围受注浆压力、时间、浆液配比、土层特征等因素的影响。一般由里向外注浆，达到一定压力后，后退一排气管进浆管20塑料管阀门套管9段再注浆，这样重复进行。注浆完成后，清洗管内残留浆液，以便于第二次重复注浆（PVC管即留在注浆后的土层中）。3.3.3注浆结束标准及效果检查⑴单孔注浆结束标准：每段注浆都正常进行，注浆终压达到设计终压，注浆量达到设计注浆量的80％，或虽未达到设计终压，但注浆量已达到设计注浆量，即可结束本孔注浆。⑵全段结束标准：设计的所有注浆孔均达到结束标准，无漏注现象。⑶注浆效果检查：采用分析法，注(压)水试验，开挖取样等方法进行。⑷达不到结束标准，应补充重新注浆直到满足要求为止。3.4安全保证措施3.4.1垫高钻机所使用的方木一定要稳固，防止产生沉降、位移及塌落。3.4.2施工中使用的电力线(注意有否老化，漏电现象)、风管线、水管线要布置整齐，有条理。3.4.3施钻时，按机械操作规程操作，严防机械伤人。3.4.4注浆前严格检查机具、管路及接头处的牢靠程度，以防压力过大爆破伤人。3.4.5要注意及时排水，防止作业面泥泞。3.4.6注浆时，操作人员必须戴好口罩、胶皮手套等防护用品。104.7必须具备良好的照明条件。4.8施工时注意观察掌子面的情况。5质量要求5.1根据施工基准点，按管棚施工图布置管棚孔；孔位偏差不应大于100mm；管棚孔钻进深度误差为-0.2～+0.3m；钻孔偏斜率控制在0.8%以内。5.2钻孔应由高孔位向低孔位进行。5.3钻孔孔径应比钢管直径大30~40mm。5.4遇卡钻、坍孔时应注浆后重钻。5.5钻孔合格后及时安装钢管，其接长时连接必须牢固。5.6注浆浆液必须充满钢管及周围空隙，其注浆量和压力应根据试验确定。