CN113047847B - 一种高水位欠固结回填土区暗挖隧道施工方法 - Google Patents
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Abstract
本专利涉及隧道施工技术领域，具体是一种高水位欠固结回填土区暗挖隧道施工方法，包括以下步骤：S1：袖阀管注浆加固，S1具体包括以下步骤：S1‑1：帷幕注浆，在加固范围左右两侧最外层部分各两排施作帷幕注浆孔，通过两排帷幕注浆孔进行帷幕注浆；S1‑2：设计加固注浆孔；S1‑3：初步充填注浆，按间距三倍横向孔距*三倍纵向孔距梅花型布置施作第一批加固注浆孔，进行初步充填注浆；S1‑4：加固注浆，施作完成剩余加固注浆孔，进行加固注浆；S2：开挖；S3：管片拼装；S4：同步注浆，过盾尾注浆管在掘进的同时进行同步注浆。本方案在对回填土区开挖掘进之前对回填土区进行了加固注浆，解决了欠固结回填土区暗挖隧道开挖施工期间沉降大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体是一种高水位欠固结回填土区暗挖隧道施工方法。
背景技术
目前城市轨道交通迅速向城市周边发展，由于无法避让，城市轨道交通线路有时不得不穿越废旧采砂坑回填地段或废弃河湖回填地段，出于经济因数及施工场地的考虑，回填一般都采用就近取土的原则，回填的材料包括开挖时掘出的土、建筑垃圾、外购砂石等。回填的过程中一般需要分成多次夯实工序，且需要一定的时间来沉降，在沉降后的回填面上再次回填压实，然后才可以进行地面装饰施工。
然而，受限于施工工期的严格要求，回填土缺少或根本没有自然沉降过程，可用于自然沉降的时间越来越少，为了早日交付使用，许多工程不得不提前结束沉降工序。如果不经过加固处理，经过短暂时间的使用后，受新近填土自重固结及场地振动、地面压力、渗水影响，场地地面沉降严重，致使局部已完成的地面装饰、道路开裂，严重影响回填部位的面层使用，有的甚至导致安全隐患，必须加以治理。
对于欠固结回填土区暗挖隧道开挖，现有技术一般是先在洞内施做超前大管棚、超前小导管加固前方土体，采用预留核心土台阶法施工，最后在仰拱上施工洞内管桩。该方法投入大，工效低，施工期间沉降大，安全风险高。
发明内容
本发明意在提供一种高水位欠固结回填土区暗挖隧道施工方法，以解决欠固结回填土区暗挖隧道开挖施工期间沉降大的问题。
为了达到上述目的，本发明的基础方案如下：
一种高水位欠固结回填土区暗挖隧道施工方法，包括以下步骤：
S1：袖阀管注浆加固，加固范围平面范围为隧道左右线结构边线以外1.5m，竖向范围为隧道顶部3m至隧底中风化岩面，所述S1具体包括以下步骤：
S1-1：帷幕注浆，在加固范围左右两侧最外层部分各两排施作帷幕注浆孔，两排所述帷幕注浆孔呈梅花型布置，通过两排帷幕注浆孔进行帷幕注浆，采用水泥、水玻璃混合浆液进行封浆；
S1-2：设计加固注浆孔，隧道右线部分加固注浆孔采用垂直孔，隧道左线部分注浆孔采用倾斜孔，所述加固注浆孔呈梅花型布置；
S1-3：初步充填注浆，按间距三倍横向孔距*三倍纵向孔距梅花型布置施作第一批加固注浆孔，进行初步充填注浆；
S1-4：加固注浆，施作完成剩余加固注浆孔，进行加固注浆；
S2：开挖，盾构机对欠固结回填土区开挖掘进；
S3：管片拼装，利用管片拼装机进行管片拼装；
S4：同步注浆，过盾尾注浆管在掘进的同时进行同步注浆。
进一步，所述加固注浆孔的横向间距和纵向间距均为1.2m。
进一步，所述水泥、水玻璃混合浆液中水玻璃满足模数2.2-3.4，浓度38-43Be'，水玻璃与水1:3混合后，水玻璃混合液与水泥浆按1:1混和成水泥、水玻璃混合浆液，且水泥、水玻璃混合浆液的凝固时间控制在120-150s。
进一步，所述袖阀管注浆采用水泥浆液，水泥浆液水灰比为0.6：0.8，注浆压力不超过1.5Mpa。
进一步，所述管片底部预留有三个注浆孔，管片脱出盾尾后，通过管片上预留的注浆孔进行补强的二次注浆。
进一步，袖阀管采用外径48mm、内径42mmPVC管。
进一步，所述帷幕注浆孔和加固注浆孔采用顶驱机水钻，并跟进套管成孔。
进一步，所述步骤S1还包括S1-5：试验检测，加固注浆结束7d后，进行强度、承载力、扩散范围检验，式样的直径和高度均为50mm，加固体无侧限抗压强度不小于1MPa，加固体28d龄期的无侧限抗压强度的平均值不得低于设计值的90％，加固后土体地基承载力特征值不小于150kPa。
进一步，所述步骤S1还包括S1-6：检验孔封闭，采用M10水泥砂浆填充封闭检验孔。
本方案的有益效果：(1)本方案在对回填土区开挖掘进之前对回填土区进行了加固注浆，能够有效避免回填土区在开挖掘进过程中出现沉降、坍塌的情况。
(2)本方案在管片底部留有三个注浆孔，能够进行补强的二次注浆，有效预防管片沉降。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
一种高水位欠固结回填土区暗挖隧道施工方法，包括以下步骤：
S1：袖阀管注浆加固，加固范围平面范围为隧道左右线结构边线以外1.5m，竖向范围为隧道顶部3m至隧底中风化岩面，袖阀管采用外径48mm、内径42mmPVC管，袖阀管注浆采用水泥浆液，水泥应采用P.O-42.5级普通硅酸盐水泥，水泥浆液水灰比为0.6：0.8，注浆压力不超过1.5Mpa，S1具体包括以下步骤：
S1-1：帷幕注浆，在加固范围左右两侧最外层部分各两排施作帷幕注浆孔，两排帷幕注浆孔呈梅花型布置，通过两排帷幕注浆孔进行帷幕注浆，采用水泥、水玻璃混合浆液进行封浆，水泥、水玻璃混合浆液中水玻璃满足模数2.2-3.4，浓度38-43Be'，水玻璃与水1:3混合后，水玻璃混合液与水泥浆按1:1混和成水泥、水玻璃混合浆液，且水泥、水玻璃混合浆液的凝固时间控制在120-150s。
S1-2：设计加固注浆孔，隧道右线部分加固注浆孔采用垂直孔，隧道左线部分注浆孔采用倾斜孔，加固注浆孔的横向间距和纵向间距均为1.2m，加固注浆孔呈梅花型布置；
S1-3：初步充填注浆，按间距三倍横向孔距*三倍纵向孔距梅花型布置施作第一批加固注浆孔，进行初步充填注浆；
S1-4：加固注浆，施作完成剩余加固注浆孔，进行加固注浆；
S1-5：试验检测，加固注浆结束7d后，进行强度、承载力、扩散范围检验，式样的直径和高度均为50mm，加固体无侧限抗压强度不小于1MPa，加固体28d龄期的无侧限抗压强度的平均值不得低于设计值的90％，加固后土体地基承载力特征值不小于150kPa；
S1-6：检验孔封闭，采用M10水泥砂浆填充封闭检验孔；
钻孔采用顶驱机水钻的工艺，顶驱机水钻施工过程中采取跟进套管成孔的措施，防止塌孔。井架空间上部直接旋转钻柱，并沿专用导轨向下送进，完成钻柱旋转钻进，取出渣土，造成钻孔。采用φ108钻头按设计角度(右线为垂直孔，左线为部分斜孔、部分垂直孔)钻孔注浆范围最外两侧的两排帷幕注浆孔，终孔直径不应小于90mm。成孔后，将钻杆下到孔底，用泥浆泵将拌好的套壳料经钻杆注入孔内注浆段。袖阀管采用外径φ48，内径φ42的PVC管，袖阀管分段长度1m，在插入注浆孔前根据深度要进行连接，在插入时相邻两节袖阀管用长度为20cm的套管连接，采用胶合剂将袖阀管和连接套管粘牢。袖阀管每节连接好后，依次下放到钻孔中，直到孔底，下放时尽量保证袖阀管的中心与钻孔中心重合。注浆管和PVC袖阀管在孔口位置空隙采用闷盖封闭。
S2：开挖，盾构机对欠固结回填土区开挖掘进；根据穿越回填土区域的工程地质条件，采用加气平衡模式进行隧道掘进，根据试验段掘进数据并结合土压力计算，确定合理的土压力参数。该模式的工作原理就是盾构机在气压、土压平衡状态(作业面水土压力与土仓中的气体、泥土压力平衡)下进行隧道掘进。刀盘开挖下来的碴土充填泥土仓一半以上，注入气体、泡沫剂及膨润土进行渣土改良，并被装在切削刀盘后面及隔板上的搅拌臂强制搅拌，借助TBM推进油缸的推力通过隔板进行加压，产生气压和泥土压，这一压力作用于整个作业面，使作业面稳定，刀盘切削下来的碴土量与螺旋输送机向外输送量相平衡，维持泥土仓内压力稳定在预定的范围内。
在盾构机穿越回填土区过程中，匀速、连续、均衡施工。掘进过程中始终保证土仓压力与作业面水土压力的动态平衡，同时利用螺旋输送机进行与盾构机推进量相应的排土作业，掘进过程中始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持正面土体稳定。
S3：管片拼装，利用管片拼装机进行管片拼装；采用通用环管片，管片外径6600mm，内径5900mm，拟合最小转弯半径为250m，管片楔形角20′37.57″，最大楔形量39.6mm，管片底部预留有三个注浆孔。管片堆场沿施工便道设置在车站顶板龙门吊轨道区域范围内。管片堆放应做到排列整齐，按照最大堆放容量设置，管片堆放纵距、横距为0.5m；管片堆放采用专用堆放基座，堆放高度不得高于3块管片，二层、三层管片使用150×150mm枕木进行衬垫；为保证管片防水施工质量，应对管片采取相应的遮阳、防雨措施；管片堆场可设置移动式雨棚；一、二级雨棚高差1m，其余尺寸大小可视现场实际情况确定，雨棚高度应不影响龙门吊行走，宽度视现场管片堆放确定；移动式雨棚采用轻型型钢焊接搭设骨架，下方设置定向滑轮，顶棚采用透明塑料阳光瓦进行铺设；防雨棚立杆采用Φ10钢管，斜撑采用40×40角钢，支架采用40×40角钢背靠背焊接施工。管片防水密封条粘贴：涂刷氯丁酚醛胶结剂，涂刷前，管片应干燥洁净，涂刷应均匀，密封垫沟槽应满涂；粘结剂涂刷后，晾置一段时间(一般10～15min，随气温、湿度而异)，待手指接触不粘时，再将加工好的框形橡胶圈套入密封垫沟槽内；密封垫(框形橡胶圈)粘贴后，管片四个角部不得出现耸肩、塌肩现象，整个密封垫表面应在同一个平面上，严禁歪斜、扭曲。一环管片由一套管片块一步步地由管片拼装机拼装而成。管片块之间由人工插入的螺栓连接在一起。成环管片通过纵向连接螺栓与相邻环连接。最小且最后安装的管片块为封顶块。拼装时，管片拼装机从下向上次序安装管片。待底部管片就位后，依次拼装两侧的标准管片和邻接管片，最后安装封顶管片，封顶块搭接其长度的1/2(进出洞处特殊环衬砌先搭接1/3)，径向推上，然后纵向插入成环。管片就位后立即安装并拧紧管片弯曲螺栓，以固定管片位置，控制接缝张角。管片拼装成环后再拧紧一次，待推出盾尾至10环时再复紧一次。注意：应先穿纵向螺栓，后穿环向螺栓。先紧固环向(同环管片之间)连接螺栓，后紧固轴向(环与环之间)连接螺栓。
S4：同步注浆，过盾尾注浆管在掘进的同时进行同步注浆。在TBM掘进过程中，要尽快在脱出TBM尾部的衬砌管片背后同步注入足量的浆液材料充填盾尾环形建筑空隙。
采用4个注浆孔同时压注，在每个注浆孔出口设置压力检测器，以便对各注浆孔的注浆压力和注浆量进行检测与控制，从而实现对管片背后的对称均匀压注。注浆后，管片间隙是否漏水，如果漏水则表明背后注浆不饱满。则要进行注浆量的控制，加大注浆量，可浆注浆量由120％～150％提高到150％～180％；通过观测注浆后的地表沉降，来检查注浆效果。如果地表下沉比较明显，则表明注浆压力不够或注浆不饱满，浆液的收缩性过大。要及时在0.2～0.4MPa之间调整注浆压力，并监测注浆量，进行双项控制。调整配合比，减小浆液的收缩性。通过观测注浆后的成型隧道位移情况，来检查注浆效果。如果成型隧道上浮严重，则表明注浆注浆不饱满，浆液的收缩性过大。要及时在0.2～0.4MPa之间调整注浆压力，并监测注浆量，进行双项控制。调整配合比，减小浆液的收缩性。注浆后，如果TBM旋转严重，则表明背后注浆不饱满。则要进行注浆量的控制，加大注浆量，可浆注浆量由120％～150％提高到150％～180％。在局部地段，同步浆液凝固过程中，可能存在局部不均匀、浆液的凝固收缩和浆液的稀释流失，为提高背衬注浆层的防水性及密实度，并有效填充管片后的环形间隙，根据监测结果，必要时进行二次补强注浆。
二次注浆采用双液浆作为注浆材料，对同步注浆起到进一步补充和加强作用。同时也是对管片周围的地层起到充填和加固作用。当地下水特别丰富时，需要对地下水封堵。同时为了及早建立起浆液的高粘度，以便在浆液向空隙中充填的同时将地下水疏干(将地下水压入地层深处)，获得最佳充填效果，这时需要将浆液的凝胶时间调整至1～4min，必要时二次注浆可采用水泥-水玻璃双液浆。双液浆的初步配比如下表所示，浆液性能指标如下表所示。水泥采用P.O.42.5级普通硅酸盐水泥。二次补强注浆采用KBY-50/70注浆泵。二次补强注浆的注浆管路自制，能够实现快速接卸以及密封不漏浆的功能，并配有止浆阀。二次补强注浆的注浆压力选定0.3～0.5Mpa。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (8)
1.一种高水位欠固结回填土区暗挖隧道施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：袖阀管注浆加固，加固范围平面范围为隧道左右线结构边线以外1.5m，竖向范围为隧道顶部3m至隧底中风化岩面，所述S1具体包括以下步骤：
S1-1：帷幕注浆，在加固范围左右两侧最外层部分各施作两排帷幕注浆孔，两排所述帷幕注浆孔呈梅花型布置，通过两排帷幕注浆孔进行帷幕注浆，采用水泥、水玻璃混合浆液进行封浆；
S1-2：设计加固注浆孔，隧道右线部分加固注浆孔采用垂直孔，隧道左线部分注浆孔采用倾斜孔，所述加固注浆孔呈梅花型布置；
S1-3：初步充填注浆，按间距三倍横向孔距*三倍纵向孔距梅花型布置施作第一批加固注浆孔，进行初步充填注浆；
S1-4：加固注浆，施作完成剩余加固注浆孔，进行加固注浆；
S2：开挖，盾构机对欠固结回填土区开挖掘进；
S3：管片拼装，利用管片拼装机进行管片拼装，所述管片底部预留有三个注浆孔，管片脱出盾尾后，通过管片上预留的注浆孔进行补强的二次注浆；
S4：同步注浆，过盾尾注浆管在掘进的同时进行同步注浆。
2.根据权利要求1所述的一种高水位欠固结回填土区暗挖隧道施工方法，其特征在于：所述加固注浆孔的横向间距和纵向间距均为1.2m。
3.根据权利要求2所述的一种高水位欠固结回填土区暗挖隧道施工方法，其特征在于：所述水泥、水玻璃混合浆液中水玻璃满足模数2.2-3.4，浓度38-43Be'，水玻璃与水1:3混合后，水玻璃混合液与水泥浆按1:1混和成水泥、水玻璃混合浆液，且水泥、水玻璃混合浆液的凝固时间控制在120-150s。
4.根据权利要求3所述的一种高水位欠固结回填土区暗挖隧道施工方法，其特征在于：所述袖阀管注浆采用水泥浆液，水泥浆液水灰比为0.6：0.8，注浆压力不超过1.5Mpa。
5.根据权利要求4所述的一种高水位欠固结回填土区暗挖隧道施工方法，其特征在于：袖阀管采用外径48mm、内径42mmPVC管。
6.根据权利要求1所述的一种高水位欠固结回填土区暗挖隧道施工方法，其特征在于：所述帷幕注浆孔和加固注浆孔采用顶驱机水钻，并跟进套管成孔。
7.根据权利要求1所述的一种高水位欠固结回填土区暗挖隧道施工方法，其特征在于：所述步骤S1还包括S1-5：试验检测，加固注浆结束7d后，进行强度、承载力、扩散范围检验，试样的直径和高度均为50mm，加固体无侧限抗压强度不小于1MPa，加固体28d龄期的无侧限抗压强度的平均值不得低于设计值的90%，加固后土体地基承载力特征值不小于150kPa。
8.根据权利要求7所述的一种高水位欠固结回填土区暗挖隧道施工方法，其特征在于：所述步骤S1还包括S1-6：检验孔封闭，采用M10水泥砂浆填充封闭检验孔。
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