论文部分内容阅读
摘要：砂层短导管固砂剂加固技术的施工工艺较特殊，因此在富水砂质地层浅埋暗挖隧道施工中常被使用，本文以沈阳地铁暗挖隧道为例，针对短导管所要解决的技术问题、施工的技术方案和具体的实施方式进行了探讨与研究。
关键词：地铁 暗挖隧道 砂层 短导管 固砂剂 注浆 加固施工
1 工程概况
沈阳地铁一号线一期工程第一合同段张～沈区间属双线双洞隧道，其右线和左线长度分别为1214.40m和1205.18m。进行隧道施工时需运用暗挖法，复合衬砌，断面为马蹄状，平均埋深16.580m的隧道结构底，“V”型坡的线路，13m长的线间距。注浆采用超前小导管进行，通过网喷及格栅钢架完成初期支护，能喷射300mm厚度的混凝土，二衬利用C30S8的300mm厚度的防水混凝土。张～沈区间所有的暗挖隧道断面都在砂层中，粘土层的遂底，较大的滞水存在于粘土层和砂层之间。此类地质较差，掌子面不稳定，塌方随时都可能发生，塌方事故一旦发生，短时间内会引发大面积的塌漏，严重时会对路面结构带来破坏，影响行车。“砂层短导管固砂剂加固技术”被应用于张～沈区间的地铁隧道暗挖施工，多种砂质地层暗挖隧道施工的难题得以解决，如拱脚流砂、拱顶掉砂和隧道塌方等，同时这项施工可作为以后此类施工的借鉴。
2 施工工艺
2.1 短导管加工制作
通过切割机将φ42小导管切割成1.5m的长短导管，注漿孔可采用纵向间距为10cm的短导管上的梅花型钻孔。短导管一端制作成三角锥形，利用棉纱将锥形部位填塞密实。
2.2 小导管设计
小导管外插角为15°，将两根Ф42锁脚锚管设置于拱处的两侧。按照地质状况，通过上述角度进行小导管施工，加固岩体，使地层稳定。
2.2.1 各小导管均有1.0m的纵向间距和1.5m的长度，前后两环间纵向搭接长度应长于0.5m；环间交错布置；小导管环向间距0.3m，15°的外插角,使用Ф42热轧无缝钢管加工制作而成，3.0mm的壁厚，将浆孔钻注在小导管前端，布置成梅花状，6mm的孔径，10cm的孔间距，锥形的小导管前端，尾部不钻孔，但要预留止浆段，长度大于30cm。
2.2.2 小导管采用固砂剂作为注浆材料和约为0.5～1.2Mpa的注浆工作压力，固砂剂和水的配合比为1:4。
2.3 现场原位注入试验
因注浆工程和地下工程包含很多不可知因素，进行施工时，为确保较可靠的注浆效果，现场原位注入试验应在施工前进行。凝胶时间、浆液配比、注入的速度、压力及工法，等均属对注浆效果产生影响的因素。试验的目地是检验最初单位注入量是否适宜。试验时，将3个注浆孔布置为等边三角形状，重复3、4遍，以确定各区效果的差异。
经注浆试验，确认了岩体的强度及渗透性的效果，现场渗水试验得到了渗透系数的方法，并对岩体的渗透性进行了确认，利用开挖进行块状取样，最后对室内强度做试验。
进行试验时，按照确认的注浆效果对注浆参数进行适度调整后可作为施工注浆参数，经现场试验，得出固砂剂和水的最佳配合比为:1:4。
2.4 短导管安装及喷射混凝土施工
完成格栅架立的安装后对短导管进行插打，插打短导管通过高压风枪吹孔。短导管采用约为15°的外插角度，每两根短导管间有30cm环向距离。在钢格栅上采用红色油漆标注定位短导管，再在相应的位置使用高压风枪吹孔，利用风镐顶进插入后的短导管，管口外漏约5cm。混凝土喷射施工时，先用棉纱对短导管管口进行封堵，避免混凝土进入短导管造成导管堵塞对注浆效果产生影响。初支钢格栅喷射混凝土的施工，一定要确保喷混凝土无缝隙及孔洞，且使其内实外平。喷射混凝土时在整个上台阶全部封闭拱部低于格栅30cm处的掌子面范围，避免固砂剂浆液注入时窜孔跑浆，使注浆效果不佳。
2.5 浆液制作
依照掌子面岩层情况，对固砂剂浆液配比进行严格控制，固砂剂浆液配制器具由技术及试验人员制定。对固砂剂进料质量需现场验收，以实验数据为依据进行固砂剂注浆浆液的配制。沈阳地铁张～沈区间按照施工现场围岩的实际状况，通过试验将1:4的比例作为注入固砂剂浆液的配置比例。现场加工制作注浆器具，并利用高压风吹进。以下是这一施工工艺的优点：①便于操作且有很强的实用性；②易控制注浆量，根据规范操作员可直接对注浆量进行控制；③注浆浆液的利用率高。
2.6 短导管注浆施工
利用高压风吹进的方式进行注浆，确保0.5～1.2MPa的风压，自行加工制作注浆器具，钢筋、钢板、钢管和风阀等可作为材料。注浆容器注浆设备及浆液盛放容器的体积是7.5L。
进行注浆的过程中，作业面和注浆器具保持10～15m的距离，避免对注浆效果造成影响。多次试验表明，采用1：4的固砂剂和水的配比最为适宜。注浆步骤为：先将阀门1打开，将固砂剂浆液放入后将阀门关闭1，再依次将阀门3和阀门2打开，完成注浆后将阀门2、3关闭，将阀门4打开使残余气体排净。然后上一环节重复进行，继续注浆。完成注浆后约25～30min即可开挖施工。
3 相关措施
3.1 注浆施工开始时，为确定适宜的注浆参数值，先进行注浆试验。
3.2 隧道施工需做到“强支护、短进尺”，为抵抗土侧压力，隧道闭掌子面需留出充足的核心土。
3.3 对注浆施工时的浆液的注入高压风压力进行严格的控制。注浆记录表主要对注入浆液配比值、浆液消耗量和注浆时间等数据进行记录，必须由专人填写，且应逐级填写，将浆液配比、注浆时间和注浆量绘成线性关系图，记录好过程中的状况和处理步骤，以作为顺利实施后续注浆的参考及依据。
3.4 进行施工时，需按照注浆效果和围岩实际状况对短导管注浆参数进行及时的调整。若有必要，可将小导管环向和纵向的间距加密，对注浆材料做出调整。
3.5 注浆效果:拱部在开挖后基本不出现坍塌和渗漏。施工时需保证注浆效果良好，避免涌泥或涌砂。
3.6 单孔注浆量必须多于每孔平均注浆量的80%，若比偏差大，则及时补管注浆。
3.7 对小导管搭接范围内的注浆效果进行检查，尤其是出现疑点的和注浆量较少的注浆孔，检查记录需仔细填写。
3.8 开挖时观察注浆效果，对测量数据做分析，及时处理出现的问题。
3.9 为避免注浆时出现人员伤亡，注浆前确保接头、管路和机具牢固。
4 结论与思考
4.1 关于砂层浅埋暗挖隧道施工
砂质地层的施工不宜盲目冒进，必须坚持“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。此外，易出现流砂的侧墙和隧道拱部坍塌部位，开挖前需进行超前小导管注浆加固地层施工，短导管施工需根据施工放样方位进行，且必须依照试验数据和设计进行超前短导管注浆施工注浆施工，完成并待其凝固后再进尺，使初支喷射混凝土短时间内封闭成环。
4.2 张～沈区间隧道穿越中粗砂层和粉质粘土，侧墙和拱部运用超前短导管固砂剂加固技术进行超前预加固围岩，施工效果好，且和注水泥-水玻璃双液浆相比，短导管注固砂剂浆液更简便易行、省时省料，对砂层浅埋暗挖隧道超前小导管注入固砂剂加固围岩地层施工，其可作为一个成功实例。
关键词：地铁 暗挖隧道 砂层 短导管 固砂剂 注浆 加固施工
1 工程概况
沈阳地铁一号线一期工程第一合同段张～沈区间属双线双洞隧道，其右线和左线长度分别为1214.40m和1205.18m。进行隧道施工时需运用暗挖法，复合衬砌，断面为马蹄状，平均埋深16.580m的隧道结构底，“V”型坡的线路，13m长的线间距。注浆采用超前小导管进行，通过网喷及格栅钢架完成初期支护，能喷射300mm厚度的混凝土，二衬利用C30S8的300mm厚度的防水混凝土。张～沈区间所有的暗挖隧道断面都在砂层中，粘土层的遂底，较大的滞水存在于粘土层和砂层之间。此类地质较差，掌子面不稳定，塌方随时都可能发生，塌方事故一旦发生，短时间内会引发大面积的塌漏，严重时会对路面结构带来破坏，影响行车。“砂层短导管固砂剂加固技术”被应用于张～沈区间的地铁隧道暗挖施工，多种砂质地层暗挖隧道施工的难题得以解决，如拱脚流砂、拱顶掉砂和隧道塌方等，同时这项施工可作为以后此类施工的借鉴。
2 施工工艺
2.1 短导管加工制作
通过切割机将φ42小导管切割成1.5m的长短导管，注漿孔可采用纵向间距为10cm的短导管上的梅花型钻孔。短导管一端制作成三角锥形，利用棉纱将锥形部位填塞密实。
2.2 小导管设计
小导管外插角为15°，将两根Ф42锁脚锚管设置于拱处的两侧。按照地质状况，通过上述角度进行小导管施工，加固岩体，使地层稳定。
2.2.1 各小导管均有1.0m的纵向间距和1.5m的长度，前后两环间纵向搭接长度应长于0.5m；环间交错布置；小导管环向间距0.3m，15°的外插角,使用Ф42热轧无缝钢管加工制作而成，3.0mm的壁厚，将浆孔钻注在小导管前端，布置成梅花状，6mm的孔径，10cm的孔间距，锥形的小导管前端，尾部不钻孔，但要预留止浆段，长度大于30cm。
2.2.2 小导管采用固砂剂作为注浆材料和约为0.5～1.2Mpa的注浆工作压力，固砂剂和水的配合比为1:4。
2.3 现场原位注入试验
因注浆工程和地下工程包含很多不可知因素，进行施工时，为确保较可靠的注浆效果，现场原位注入试验应在施工前进行。凝胶时间、浆液配比、注入的速度、压力及工法，等均属对注浆效果产生影响的因素。试验的目地是检验最初单位注入量是否适宜。试验时，将3个注浆孔布置为等边三角形状，重复3、4遍，以确定各区效果的差异。
经注浆试验，确认了岩体的强度及渗透性的效果，现场渗水试验得到了渗透系数的方法，并对岩体的渗透性进行了确认，利用开挖进行块状取样，最后对室内强度做试验。
进行试验时，按照确认的注浆效果对注浆参数进行适度调整后可作为施工注浆参数，经现场试验，得出固砂剂和水的最佳配合比为:1:4。
2.4 短导管安装及喷射混凝土施工
完成格栅架立的安装后对短导管进行插打，插打短导管通过高压风枪吹孔。短导管采用约为15°的外插角度，每两根短导管间有30cm环向距离。在钢格栅上采用红色油漆标注定位短导管，再在相应的位置使用高压风枪吹孔，利用风镐顶进插入后的短导管，管口外漏约5cm。混凝土喷射施工时，先用棉纱对短导管管口进行封堵，避免混凝土进入短导管造成导管堵塞对注浆效果产生影响。初支钢格栅喷射混凝土的施工，一定要确保喷混凝土无缝隙及孔洞，且使其内实外平。喷射混凝土时在整个上台阶全部封闭拱部低于格栅30cm处的掌子面范围，避免固砂剂浆液注入时窜孔跑浆，使注浆效果不佳。
2.5 浆液制作
依照掌子面岩层情况，对固砂剂浆液配比进行严格控制，固砂剂浆液配制器具由技术及试验人员制定。对固砂剂进料质量需现场验收，以实验数据为依据进行固砂剂注浆浆液的配制。沈阳地铁张～沈区间按照施工现场围岩的实际状况，通过试验将1:4的比例作为注入固砂剂浆液的配置比例。现场加工制作注浆器具，并利用高压风吹进。以下是这一施工工艺的优点：①便于操作且有很强的实用性；②易控制注浆量，根据规范操作员可直接对注浆量进行控制；③注浆浆液的利用率高。
2.6 短导管注浆施工
利用高压风吹进的方式进行注浆，确保0.5～1.2MPa的风压，自行加工制作注浆器具，钢筋、钢板、钢管和风阀等可作为材料。注浆容器注浆设备及浆液盛放容器的体积是7.5L。
进行注浆的过程中，作业面和注浆器具保持10～15m的距离，避免对注浆效果造成影响。多次试验表明，采用1：4的固砂剂和水的配比最为适宜。注浆步骤为：先将阀门1打开，将固砂剂浆液放入后将阀门关闭1，再依次将阀门3和阀门2打开，完成注浆后将阀门2、3关闭，将阀门4打开使残余气体排净。然后上一环节重复进行，继续注浆。完成注浆后约25～30min即可开挖施工。
3 相关措施
3.1 注浆施工开始时，为确定适宜的注浆参数值，先进行注浆试验。
3.2 隧道施工需做到“强支护、短进尺”，为抵抗土侧压力，隧道闭掌子面需留出充足的核心土。
3.3 对注浆施工时的浆液的注入高压风压力进行严格的控制。注浆记录表主要对注入浆液配比值、浆液消耗量和注浆时间等数据进行记录，必须由专人填写，且应逐级填写，将浆液配比、注浆时间和注浆量绘成线性关系图，记录好过程中的状况和处理步骤，以作为顺利实施后续注浆的参考及依据。
3.4 进行施工时，需按照注浆效果和围岩实际状况对短导管注浆参数进行及时的调整。若有必要，可将小导管环向和纵向的间距加密，对注浆材料做出调整。
3.5 注浆效果:拱部在开挖后基本不出现坍塌和渗漏。施工时需保证注浆效果良好，避免涌泥或涌砂。
3.6 单孔注浆量必须多于每孔平均注浆量的80%，若比偏差大，则及时补管注浆。
3.7 对小导管搭接范围内的注浆效果进行检查，尤其是出现疑点的和注浆量较少的注浆孔，检查记录需仔细填写。
3.8 开挖时观察注浆效果，对测量数据做分析，及时处理出现的问题。
3.9 为避免注浆时出现人员伤亡，注浆前确保接头、管路和机具牢固。
4 结论与思考
4.1 关于砂层浅埋暗挖隧道施工
砂质地层的施工不宜盲目冒进，必须坚持“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。此外，易出现流砂的侧墙和隧道拱部坍塌部位，开挖前需进行超前小导管注浆加固地层施工，短导管施工需根据施工放样方位进行，且必须依照试验数据和设计进行超前短导管注浆施工注浆施工，完成并待其凝固后再进尺，使初支喷射混凝土短时间内封闭成环。
4.2 张～沈区间隧道穿越中粗砂层和粉质粘土，侧墙和拱部运用超前短导管固砂剂加固技术进行超前预加固围岩，施工效果好，且和注水泥-水玻璃双液浆相比，短导管注固砂剂浆液更简便易行、省时省料，对砂层浅埋暗挖隧道超前小导管注入固砂剂加固围岩地层施工，其可作为一个成功实例。