CN109296371A - Mjs法与水平冻结法联合加固承压富水砂性地层交叠车站下穿段的体系及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了MJS法与水平冻结法联合加固承压富水砂性地层交叠车站下穿段的体系及其施工方法，所述方法首先采用MJS法对施工土体进行全方位注浆，然后采用水平冻结法对上述土体进行加固止水，形成人工冻结止水帷幕。与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)本发明所述MJS法与水平冻结法联合加固承压富水砂性地层交叠车站下穿段的体系结合了MJS加固法和水平冻结法的优势，具有对施工环境影响小、有效加固深度大、加固效果可靠、止水性好、加固截面形状多变、全方位施工(垂直、水平、倾斜)等优点；(2)所述体系具有较强抗坍塌能力的冻结水泥土，且使得冻结后水泥土承载能力得到进一步提升，同时抑制土体在水平冻结过程中产生的冻胀融沉，避免施工对既有结构的影响。
Description
技术领域
本发明属于地下工程加固技术领域，涉及一种加固交叠车站下穿段土体的方法，具体为MJS法与水平冻结法联合加固承压富水砂性地层交叠车站下穿段的体系及其施工方法。
背景技术
近年来城市现代化建设快速发展，带来轨道交通迅速发展，由此造成城市地铁网中很多线路相互交叉。包括区间与区间交叉，车站与区间交叉，车站与车站交叉等。此类下穿工程不仅对既有隧道的安全和正常运营形成了严峻的考验，而且成为城市地下隧道建设中风险等级最高的工程。
近接穿越工程是一项难度风险系数大，技术要求高，社会影响面广的建设工程。目前在地铁领域中下穿工程主要采取预留后期车站结构接口和破除既有车站侧墙创造接口两种方式进行施工。国内地铁现有的换乘站施工多是既有站预留换乘施工条件或者两期车站同期施工，前者多采用通道换乘，换乘距离较远；后者前期施工成本较高，且需要换乘线路规划基本不变。
目前在加固承压富水砂性地层下穿工程施工时多采用注浆法、冻结法或注浆冻结法等，以上方法加固体强度和质量均有不同程度的不足，甚至难以满足施工需求。MJS工法可以保证在承压富水砂性地层下穿工程施工时加固体的强度和质量，同时辅以水平冻结进一步加固止水，形成具有一定强度的人工冻结止水帷幕，该方案吸取了MJS工法加固体强度高和人工冻结法止水性好的各自独特优势，联合加固后的冻结水泥土不但具有较强的抗坍塌能力，而且冻结后的水泥土承载能力得到进一步的提升，同时土体掺入水泥后能够有效抑制水平冻结过程中产生的冻胀融沉问题，确保周边敏感性建构筑物的安全营运。
发明内容
解决的技术问题：为了克服现有技术的不足，获得具有较强抗坍塌能力的冻结水泥土，且使得冻结后水泥土承载能力得到进一步提升，关键在于抑制土体在水平冻结过程中产生的冻胀融沉，本发明提供了MJS法与水平冻结法联合加固承压富水砂性地层交叠车站下穿段的体系及其施工方法。
技术方案：MJS法与水平冻结法联合加固承压富水砂性地层交叠车站下穿段的施工方法，所述方法首先采用MJS法对施工土体进行全方位注浆，然后采用水平冻结法对上述土体进行加固止水，形成人工冻结止水帷幕。
优选的，所述方法的具体步骤如下：
(1)根据施工土体的各项条件及要求确定MJS法的加固宽度、加固范围、加固体直径、加固体搭接宽度、加固体截面形状，加固体数量；并依此确定MJS法施工参数，包括：提升速度、水泥掺量、喷射压力；
(2)采用全站仪定位放线；
(3)进行水平成孔施工：安装防喷涌装置，钻孔作业，打开阀门，钻杆穿过围护结构进入加固地层，采用水平精度测量仪监控上述施工过程，重复上述步骤直至成孔；
(4)成孔施工作业完成后，通过预安装的注浆孔注浆封堵，进行终孔作业；
(5)MJS法加固至少28天后进行水平冻结施工，水平冻结范围应在MJS法加固区范围内，在此范围内进行冻结帷幕设计；并监测冻结的土体。
优选的，步骤(1)中的各参数范围：提升速度为30-40min/m，水泥参入比45％以上，喷浆压力≥38MPa。
优选的，步骤(5)中冻结帷幕设计包括冻结孔数量，长度，间距。
优选的，步骤(5)中监测的参数包括：冻结器去回路盐水温度、冷却循环水进出水温、冷冻机吸排气温度、盐水泵工作压力、冷冻机吸排气压力、制冷系统汽化压力和冻结帷幕温度场。
以上任一所述MJS法与水平冻结法联合加固承压富水砂性地层交叠车站下穿段的体系，所述承压富水砂性地层交叠车站下穿段设置MJS加固区，加固区深度≤100m，MJS加固区内进一步设置水平冻结区，水平冻结区均匀分布于MJS加固区内。
所述体系包括MJS加固区和水平冻结加固区，MJS加固区位于粉砂层内，且沿下穿隧道左线和下穿隧道右线周围呈“山”字形布置；水平冻结加固区设于MJS加固区内部，为“山”字形结构。
优选的，水平冻结加固区内均匀分布冻结管，冻结管在水平冻结加固区内呈“山”字形结构。
优选的，水平冻结加固区内冻结管周围设有测温孔。
优选的，所述下穿隧道左线和下穿隧道右线外围均设有混凝土衬砌。
优选的，粉砂层上方由上至下依次为地表、人工填土层和钢筋混凝土层，其中钢筋混凝土层为既有车站。
有益效果：(1)本发明所述MJS法与水平冻结法联合加固承压富水砂性地层交叠车站下穿段的体系结合了MJS加固法和水平冻结法的优势，具有对施工环境影响小、有效加固深度大、加固效果可靠、加固截面形状多变、全方位施工(垂直、水平、倾斜)等优点；(2)所述体系具有较强抗坍塌能力的冻结水泥土，且使得冻结后水泥土承载能力得到进一步提升，同时抑制土体在水平冻结过程中产生的冻胀融沉。
附图说明
图1是实施例1中换乘段地质剖面图；
图2是实施例1中加固体几何关系图；
图3是实施例1中MJS法加固平面图；
图4是实施例1中冻结管平面布置图。
其中，1为地表，2为人工填土层，3为钢筋混凝土层，4为粉砂层，5为冻结管，6为混凝土衬砌，7为MJS加固区，8为下穿隧道左线，9为下穿隧道右线，10为测温孔，11为水平冻结加固区。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
某市地铁7号线南北方向布置，既有10号线地铁站东西方向布置，既有车站为十字厅～台换乘的地下二层岛式车站。站厅位于车站地下一层，站台位于车站地下二层，车站总长270.0m，标准段宽21.9m，顶板覆土厚度约3.2m。底板底部埋深20.76m，左右端头井底板底部埋深22.15m。车站东侧为沙洲东河，东南侧为驾校，西南侧为医院，东北侧为高层办公楼，西北侧为空地。沿道路东西两侧布置有高压线和军用光缆。
工程所处场地起伏较为平缓，地面高程为6.6～7.3m。基坑开挖范围内地层分布由上至下分别为①-1层杂填土、②-1d3+c4层粉土粉砂、②-2b4层淤泥质粉质黏土、②-3b3-4+d3层淤泥质粉质黏土(粉质黏土夹稍密粉砂)、②-3d3+c3层粉砂夹粉土、②-4d2层粉细砂。换乘段地质剖面图如图1所示。
工程具有以下重难点：
施工场地地质条件差，为全断面含水层，地下水主要为潜水及承压水，承压水水头埋深在地面下2.60～3.20m，下穿段地层主要为②-3d3+c3(稍密透水粉砂夹粉土)、②-4d2(中密透水粉细砂)。
穿越段地层为承压含水层，其渗透性高，富水性好。处理措施不当，易出现坍塌、涌砂冒水。10号线既有站两线结构净距约0.6m～2.7m，考虑既有车站的累计沉降和支护结构等，需进行零覆土、密贴式下穿并保证既有车站安全运营以及防止地表产生过大沉降造成对建筑物和管线的破坏。根据工程勘察报告和分析显示，工程所处开挖地层处于承压水层中，施工难度大，因此需重点研究在全断面承压水层中的加固止水方案。
本工程下穿段所处地质条件差，软弱土层中含水量高，易产生流砂、冒水现象，造成工程事故，上方又有既有车站穿越，需严格控制沉降量和变形量。基于此，需对多种加固方式和开挖方式进行比选研究，最终选定一套安全性高，可操作性强，成本较经济的一套加固方案。
MJS工法可以保证在承压富水砂性地层下下穿工程施工时加固土体的强度和质量，同时辅以水平冻结进一步加固止水，形成具有一定强度的人工冻结止水帷幕，该方案吸取了MJS工法和人工冻结法各自的独特优势，联合加固后的冻结水泥土不但具有较强的抗坍塌能力，而且冻结后的水泥土承载能力得到进一步的提升，同时土体掺入水泥后能够有效抑制水平冻结过程中产生的冻胀融沉问题。人工冻结利用电能换取冷能，冻结施工期间无污染物进入地下水，冻结形状和尺寸可根据围岩地质条件等具体施工工况灵活布置，施工结束后可根据需要拔出冻结管，不影响后续的施工开挖。MJS工法独特的前端吸浆装置和地内压力监测装置能够有效解决注浆过程中的排泥不畅问题，避免排泥管堵塞造成二次污染或钻孔周边孔隙被封闭导致地内应力偏高引起的地表和既有车站变形，确保既有10号线的正常运营，方案造价和工期也相对合理。因此推荐采用MJS+人工冻结法进行加固。
所述方法包括以下步骤：
1、结合本工程的地质条件、水文条件和支护结构等条件，决定采用MJS法和人工冻结法进行联合加固。MJS水泥土加固区域为下穿车站左右两线开挖区周围2m范围内并沿X轴纵向延伸22m(图2、图3)，形成一个底部宽26m，直立段高10m类似“山”字形加固区。MJS加固体设计直径为2m，间距为1.2m，28d无侧限抗压强度应达1.5MPa。
2、根据本工程特点确定施工参数和确定施工机械(MJS工法钻机)如表1
表1水平MJS施工工艺参数
3、采用全站仪定位放线。
4、水平成孔施工:安装防喷涌装置，钻孔作业，打开阀门，钻杆穿过围护结构进入加固地层，采用水平精度测量仪监控上述施工过程，重复上述步骤直至成孔；施工结束后，对设备进行冲洗和保养。
5、MJS水平加固桩终孔作业:每作业完成后,利用预安装的注浆孔进行注浆封堵。
6、MJS水泥土加固后进行水平冻结施工，水平冻结范围应在MJS水泥土加固区范围内，初步拟定为布设冻结管中心的周围半径1m内，选用Φ89×10mm，20#无缝低碳钢管作为冻结管。依据冻结帷幕设计，共布设冻结孔64个，冻结管纵向长度为22m，沿车站左右两线开挖区周围进行单排布设，由于车站底板底部为冻结薄弱处，易发生涌砂冒水现象，所以在距车站底板0.3m处的直立段各处增加一根冻结管，其余冻结管间距均为800mm,从而形成稳定的“山”字型冻结止水帷幕。同时，在水平冻结区直立段的顶部冻结薄弱处、中部以及冻结转角处埋设测温孔进行温度监测。具体的冻结管平面布置图如图4所示。冻结设计参数如下表2所示。
表2冻结设计参数
7、对冻结的土体进行监测：冻结器去回路盐水温度、冷却循环水进出水温、冷冻机吸排气温度、盐水泵工作压力、冷冻机吸排气压力、制冷系统汽化压力、冻结帷幕温度场等。经此联合加固后的冻结水泥土不但具有较强的抗坍塌能力，而且冻结后的水泥土承载能力得到进一步的提升，满足施工的要求，同时土体掺入水泥后能够有效抑制水平冻结过程中产生的冻胀融沉问题。
Claims (10)
1.MJS法与水平冻结法联合加固承压富水砂性地层交叠车站下穿段的施工方法，其特征在于，所述方法首先采用MJS法对施工土体进行全方位注浆，然后采用水平冻结法对上述土体进行加固止水，形成人工冻结止水帷幕。
2.根据权利要求1所述的MJS法与水平冻结法联合加固承压富水砂性地层交叠车站下穿段的施工方法，其特征在于，所述方法的具体步骤如下：
(1)根据施工土体的各项条件及要求确定MJS法的加固宽度、加固范围、加固体直径、加固体搭接宽度、加固体截面形状，加固体数量；并依此确定MJS法施工参数，包括：提升速度、水泥掺量、喷浆压力；
(2)采用全站仪定位放线；
(3)进行水平成孔施工：安装防喷涌装置，钻孔作业，打开阀门，钻杆穿过围护结构进入加固地层，采用水平精度测量仪监控上述施工过程，重复上述步骤直至成孔；
(4)成孔施工作业完成后，通过预安装的注浆孔注浆封堵，进行终孔作业；
(5)MJS法加固至少28天后进行水平冻结施工，水平冻结范围应在MJS法加固区范围内，在此范围内进行冻结帷幕设计；并监测冻结的土体。
3.根据权利要求2所述的MJS法与水平冻结法联合加固承压富水砂性地层交叠车站下穿段的施工方法，其特征在于，MJS提升速度为30-40min/m，水泥参入比45％以上，喷浆压力≥38MPa。
4.根据权利要求2所述的MJS法与水平冻结法联合加固承压富水砂性地层交叠车站下穿段的施工方法，其特征在于，步骤(5)中冻结帷幕设计包括冻结孔数量，长度，间距。
5.根据权利要求2所述的MJS法与水平冻结法联合加固承压富水砂性地层交叠车站下穿段的施工方法，其特征在于，步骤(5)中监测的参数包括：冻结器去回路盐水温度、冷却循环水进出水温、冷冻机吸排气温度、盐水泵工作压力、冷冻机吸排气压力、制冷系统汽化压力和冻结帷幕温度场。
6.权利要求1-5任一所述MJS法与水平冻结法联合加固承压富水砂性地层交叠车站下穿段的体系，其特征在于，所述承压富水砂性地层交叠车站下穿段设置MJS加固区，加固区深度≤100m，MJS加固区内进一步设置水平冻结区，水平冻结区均匀分布于MJS加固区内。
7.根据权利要求6所述的MJS法与水平冻结法联合加固承压富水砂性地层交叠车站下穿段的体系，其特征在于，所述体系包括MJS加固区(7)和水平冻结加固区(11)，MJS加固区(7)位于粉砂层(4)内，且沿下穿隧道左线(8)和下穿隧道右线(9)周围呈“山”字形布置；水平冻结加固区(11)设于MJS加固区(7)内部，为“山”字形结构。
8.根据权利要求7所述的MJS法与水平冻结法联合加固承压富水砂性地层交叠车站下穿段的体系，其特征在于，水平冻结加固区(11)内均匀分布冻结管(5)，冻结管(5)在水平冻结加固区(11)内呈“山”字形结构。
9.根据权利要求7所述的MJS法与水平冻结法联合加固承压富水砂性地层交叠车站下穿段的体系，其特征在于，水平冻结加固区(11)内冻结管(5)周围设有测温孔(10)。
10.根据权利要求7所述的MJS法与水平冻结法联合加固承压富水砂性地层交叠车站下穿段的体系，其特征在于，所述下穿隧道左线(8)和下穿隧道右线(9)外围均设有混凝土衬砌(6)；粉砂层(4)上方由上至下依次为地表(1)、人工填土层(2)和钢筋混凝土层(3)，其中钢筋混凝土层(3)为既有车站。
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