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小导管注浆在北京地铁十号线呼家楼站施工中的应用

日期:2010年7月25日 19:21

闫小南
北京建工京精大房监理公司地铁十号线呼家楼监理部

一、工程概述
呼家楼站是北京地铁十号线的中间站,车站位于东三环与朝阳北路的交叉路口, 呈南北走向,为分离岛式暗挖车站。呼家楼站与规划的东西走向的M6线在本站形成“十”字换乘关系。车站受交叉路口朝阳路立交桥的影响,左右线结构分别位于桥梁两侧的辅路下,左右线两结构之间设联络通道、迂回风道,车站结构西北角和东南角设两座风井,西北风井同时作为施工竖井,立交桥下另设一座临时竖井以满足施工要
求;车站共设四个出入口,并预留与M6线换乘通道接口及M6线站厅预留接口。车站为全埋地下车站,采用暗挖法施工。
二、工程地质与水文地质条件
北京市位于永定河山前冲洪积扇脊部,地铁经过的地层多为冲洪积层,城区地层主要分为(自上而下)人工填土层、粘砂土或砂粘土层、细中粗砂层、砂砾石层和卵石层,层厚不等,特别在亚粘土地层中,常出现透镜体砂层。砂层无胶结,自稳能力很差,干燥时其垂直自稳高度小于0.5m;砂卵层及卵石层粒径自西向东有减小的趋势,城西卵石最大粒径约1.5-2.0cm,城中约10-15cm,城东约5-10cm。北京市地下水一般分为上层滞水、地层孔隙水和承压水。地下水埋置深度呈西深东浅,地下水流向自西向东,最低水位在每年4月份,每年8-9月份为最高水位,水位升降幅度为0.5-3.0m。上层滞水主要赋存于人工填土及亚粘土水,多由雨水及上下水道渗漏补给,水量小、水压低;孔隙水主要赋存于砂质土中,其主要补给源为上层滞水,上层滞水与孔隙水水位受季节影响较大,,水位很不稳定,水量相对较小;承压水主要赋存于砂卵石层或卵石层中,其顶部多有粘土或亚粘土相对隔水层,埋深10-20m,压力0.1-0.3Mpa,补给源主要来自城区水面和西山汇集的雨水下渗,水位相对稳定,水量较丰富。
三、工程难点
根据北京市地质勘察设计研究院提供的该地段地质情况,本工程地处含水地层,且导洞拱顶处于粉细砂层中,围岩自稳性差,如果施工不当
就会出现拱顶土方塌落现象,威胁洞内施工人员安全,并严重影响施工进度,严重的将引起地层
较大的变形,危及地表、管线及房屋的安全,因此将隧道的小导管超前注浆加固作为施工的首要重点。
四、小导管超前注浆加固技术小导管超前注浆加固技术是浅埋暗挖隧道在软弱围岩施工中非常重要的手段之一,小导管不仅起到了超前管棚的作用,而且通过注浆工艺改善了围岩的自稳能力,此技术对于隧道开挖防塌、控制围岩变形及地表沉降明显的作用。
1、小导管制作
超前小导管采用Ф32×3.25mm普通焊接钢管,管长3.0~3.5m,注浆管一端做成尖形,另一端焊上铁箍,在距铁箍端0.5~1.0m处开始钻孔,钻孔沿管壁间隔100~200mm呈梅花形布设,孔位互成90°,孔径6~8mm(图
1)。注浆钢管应沿隧道开挖轮廓线布置,外插角一般取5°~10°,处理坍体时可适当加大。纵向前后相邻两排小导管搭接的水平投影长度一般不宜小于1m。注浆小导管环向间距应按设计要

求或通过试验确定,无试验条件时,视地质条件按0.2~0.4m选用。注浆试验的主要目的是选定注浆压力p、注浆半径r及注浆量。在选定注浆半径r后,可按两圆相交形成厚度等于30cm确定孔距。
2、超前预注浆浆材及配合比选择
粉细砂层颗粒细小,用普通水泥浆只能进行劈裂注浆。对于无水的粉细砂层,可考虑使用改性水玻璃浆液;而对含水粉细砂层来说,应用改性水玻璃效果也不理想。为了应付各种情况,在浆材选择上准备了几种方案,开挖后如果无水,可考虑使用改性水玻璃浆,如果粉细砂层被水浸泡,在拱顶部位考虑使用一部分超细水泥-水玻璃浆液;在中下部位置考虑使用普通水泥-水玻璃浆液,并在水泥浆中加少量膨润土,以增加可灌性。总的原则是浆液要满足固结地层,防止涌水的需要。
浆液材料的特点:其特性对地下水而言,不易溶解,无弥散,吸附现象,水稳定性好。对不同地质条件,可灌性好,其凝结时间可调节。具有早强,止水效果较佳。凝胶体具有微膨胀性。
2.1 水泥-水玻璃浆液
(1)原材料:
水 泥:P•O 32.5
水玻璃:浓度为40Be′
(2)水泥-水玻璃配制方法:
甲液:水泥浆水灰比 1.5:1
配制方法:水:水泥=1.5:1(质量比)
乙液:浓度为20Be′的水玻璃。
配制方法:水玻璃:水=1:1.38(体积比)
甲液与乙液的配比为1:1(体积比),其初凝时间在砂中为2分钟,在空气中为2~3分钟初
凝,终凝时间为7分钟。
(3)优缺点:
① 浆液凝胶时间从数秒至几十分钟均可调
节,对堵水有利;
② 结石率约在90%以上;
③ 结石体强度较高;
④ 结石体后期强度损失大,只能做为临时
堵水加固。
(1)原材料:
浓硫酸:浓度为98%
水玻璃:浓度为40Be′
(2)改性水玻璃配制方法:
甲液:浓度为15%的稀硫酸。
配制方法:浓硫酸:水=1:5.53
(体积比)
乙液:浓度为20Be′的水玻璃。
配制方法:水玻璃:水=1:1.38
(体积比)
甲液与乙液的配比为1:4(体积比),拌和
时无结块,有少量絮状物,PH值3~4,
初凝2分钟,5分钟表面强度很高,破坏时呈
整体破坏。
(3)优缺点:
① 溶液可注入细砂中;
② 胶凝时间短;
③ 固砂强度较低约为0.3-0.5Mpa ;
④ 在有饱和水或流动水情况下不凝胶;
⑤ 配制较困难,特别在接近临界状态时,
稍有不慎就发生凝胶现象。
3、技术参数
主要技术参数及控制
① 导管间距:30cm ;
② 浆液扩散半径20~30cm ;
③ 浆液凝结时间一般控制在1min~2min ,
注浆终压控制在0.4MPa~0.6MPa ;
④ 单孔注浆结束原则:单孔注浆在达到设
计注浆终压;
⑤ 水玻璃稀释的用水量计算:
V原= V配(d配-1)/(d原-1)
V水= V配-V原
式中:d原、d配——分别为原水玻璃和预配水
玻璃的比重,水玻璃比重
与波美度的关系为 d=145
/(145-be′)
V水、V配、V原——分别为加水、原水玻璃
和预配水玻璃的体积
4、施工工艺
(1) 钻孔、打小导管;
(2) 注浆:注浆前先挂网喷混凝土封闭
掌子面以防漏浆,对于强行打入的钢管应先冲净管内积物,然后再注浆,注浆顺序由下向上,浆液用搅拌桶搅拌。注浆时将两种不同的浆液分别放在两个容器内,使用双液注浆泵按配合比分别吸入两种浆液,两种浆液在混合器混合后注入地层。初凝时间可用不同配合比和少量磷酸氢二钠来控制。注浆必须连续作业,不得任意停泵,以防浆液沉淀,堵塞管路,影响注浆效果。
(3)超前预注浆工艺流程图见(图2)
(4)注浆结束标准

每一个注浆段的结束标准主要有两条,一是看注入量,二是看注浆压力,二者兼顾。为此,要根据地层的孔隙率,估算每一个孔、每一段的
吸浆量,作为施工时的参考标准。注浆过程中如果达到或接近预计值,并且压力也有所升高,即可以结束该段注浆。如果进浆量虽然没有达到预
计值,但压力已接近上限,可能因为该段已被上一段注浆时串浆或地层有变化注不进,也就可以结束该段的注浆。
5、关于注浆量问题的说明:
在土体密实,孔隙率小的情况下,浆液的注入量较低,填充率较高;土体疏松,空隙率较大,浆液的注入量会相应的增加。各地的地质不同,就是同一地区的不同地点地质情况也有可能不同。注浆过程中在结合注浆量20-25%的同时,还要依据本地实际情况来控制注浆量,从而保证工程达到设计要求。
6、注浆检查:
注浆成孔后有以下各项中的一项均为不合格
(1) 打孔深度未达到指定深度;
(2) 打孔角度偏离指定角度超过三度;
(3) 注浆区域内空洞率仍超过5% ;
(4) 注浆过程中对原有建筑物、构筑物
破坏;
(5) 下步开挖时未达到有效固结。
五、结束语
小导管注浆是一项隐蔽工程,因为每项工程的自然条件及地质条件各不相同,其注浆方法也不应该是完全相同。本文所述的洞内超前小导管注浆,能较好地适应各种砂层的变化。注浆作为加固围岩的一门学科,必须有科学的施工工艺、材料配方和先进的施工机械作后盾,同时亦必须强调施工经验的重要性。为了保证这一工艺在工程实践中的成功与经济合理,必须依靠既熟悉工艺深知原理又具有丰富实践经验的现场工程技术人员的应变指导。

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