建筑物下软流塑地层浅埋暗挖隧道施工技术.doc

建筑物下软流塑地层浅埋暗挖隧道施工技术
【摘要】为解决地铁隧道在软土中矿山法暗挖掘进的技术难题,结合南京地铁鼓玄区间软流塑地层的工程特点和难点,阐述国内首次在城市建筑物下的地铁软流塑暗挖隧道施工的具体措施:大管棚+小导管超前支护,掌子面超前注浆加固,并通过监测信息反馈施工结果。总结分析其成功经验,供以后类似工程借鉴。【关键词】隧道; 软流塑地层; 大管棚; 小导管; 注浆; 台阶法; 监测
此前,国内在处于软土的地铁暗挖隧道施工环境中,均采用冰冻法或盾构法。在隧道断面尺寸小、隧道长度短和地质变化大的隧道施工环境中,盾构法不适应,而冰冻法却存在着较大的施工风险。因此,采用何种措施,使操作灵活方便而技术成熟的矿山法应用于软土地层,是一个急待攻克的难关。南京地铁鼓楼至玄武门区间隧道胜利贯通,这标志着国内首例软流塑淤泥粉质粘土层隧道矿山法技术难关完全被攻克。其施工难度和风险在世界地铁施工史上也极为罕见。中国工程院院士王梦恕评价说:“中铁十三局集团在南京地铁开创了人类先河!”。
1 工程概述
工程概况
南京地铁南北线一期工程鼓楼站~玄武门站区间为矿山法施工双洞单线隧道,,,起止里程K10+~K11+,鼓楼站北端与玄武门站南端在道路两侧的房屋下穿过,其余地段在道路下方穿过;地面上3~7层的楼房有21幢,房屋基础为条基。有给水、雨水、污水、电力、电信等多种管线。~流塑状淤泥质粉粘土地层,该地层具有“三高一低”特性(高含水量、高压缩性、高灵敏度、强度低)。此段位于玄武湖西侧, 历史上曾经是玄武湖的一部分,覆土厚度约8m,地面上有2幢2层楼房、3幢5层楼房和一条Φ900污水管,如此复杂的施工条件在国内地铁史上实属罕见。
地质概况
区间地下水主要为浅层孔隙潜水,基岩孔隙、裂隙水,浅层孔隙水由大气降水和地表水渗入补给。软~流塑状淤泥质粉质粘土地层情况和土体物理力学指标:
①-2b3-4粉质粘土~淤泥质粉质粘土:灰色、软~流塑,~,~。
②-2b4淤泥质粉质粘土~粉质粘土:灰色、流塑,局部软塑,夹薄层粉土及少量腐植物。该层分布于河床两侧,具有高压缩性,高灵敏度,低强度,易变形等特性,厚度变化显著,~。
2 施工难点分析
软~流塑状淤泥质粉质粘土具有高压缩性、高灵敏度、强度低,易产生蠕动等特性,开挖后自稳能力极差,易坍塌,地面沉降难以控制。软流塑地层暗挖隧道施工难点主要表现在:
(1)地质条件差,隧道上层覆土薄(仅8m),不能形成有效的承载拱,自稳能力极差,严重时可能发生涌泥现象,使施工无法进行;
(2)土体中的地下水丰富,施工过程中,地下水极易流失,易引起地层收缩固结;
(3)地面沉降难以控制,在道路区,过大沉降易引起路面开裂,甚至坍陷, 影响交通安全;在管线和建筑物区,地面沉降过大,易造成地下管线破坏和建筑物开裂,危及建筑物安全。
3 软流塑地层隧道施工方案的选择
软流塑地层隧道施工拟采用台阶分步开挖法,但必须采用适当的辅助工法加固地层。常用的辅助工法有注浆加固(大管棚+小导管超前预注浆+掌子面注浆加固)、软弱围岩仰拱超前法、旋喷或搅拌加固、冻结加固等。各种工法简述如下。
大管棚+小导管超前预注浆
长管棚结合小导管注浆和掌子面超前预注浆法,是在隧道拱部打设长管棚和小导管注浆,对拱部进行加固和超前支护,并对隧道掌子面的地层进行注浆改良,然后在管棚和加固拱圈的保护下进行开挖、支护与衬砌。该方法在浅埋隧道施工中也能有效地控制地面沉降,技术成熟。
软弱围岩仰拱超前法
软弱围岩仰拱超前法是先开挖隧道的下部,在隧道中部打设长管棚和小导管注浆,对下导坑拱部进行加固和超前支护,并对隧道掌子面的地层进行注浆改良,开挖、施作下部初期支护;然后在隧道拱部打设长管棚和小导管注浆,开挖、支护隧道上部,主要是为了避免初期支护拱脚落拱产生的沉降。
水平旋喷法
采用水平旋喷桩加固,以改善地层物性。水平旋喷的原理同竖直旋喷,只是将钻杆水平钻进进行旋喷注浆。它利用钻机钻孔,然后把带有喷头的喷浆管放至地层预定的位置,用从喷水口喷出的射流冲击和破坏地层。剥离的土颗粒的细小部分随着浆液排除,其余土粒在喷射流的冲击力、离心力和重力作用下,与注入的浆液掺搅混合,并按一定的浆土比例和质量大小有规律地重新排列,在土体中形成固结体。加固方法为:施作Φ600mm水平旋喷桩加固,并插入Φ42mm钢管作为超前支护。
冻结法
冻结法是在洞周上层中降温,形成一个封闭的具有一定强度和稳定性的冻土帷幕,然后在冻土帷幕保护下进行隧道开挖