水平旋噴樁在富水砂層暗挖法中的應(yīng)用

彭仕鳳

(佛山市鐵路投資建設(shè)集團(tuán)有限公司 廣東佛山 528000)

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水平旋噴樁在富水砂層暗挖法中的應(yīng)用

彭仕鳳

(佛山市鐵路投資建設(shè)集團(tuán)有限公司 廣東佛山 528000)

高水位砂質(zhì)地層采用暗挖法施工風(fēng)險極大，必須采取有效的止水措施才能確保施工安全。佛山地鐵1號線世紀(jì)蓮站3號出入口通道的設(shè)計施工實踐證明，在暗挖通道周圍設(shè)置水平旋噴樁止水帷幕，使得富水砂層暗挖施工成功實施，保護(hù)了通道上方的綜合管廊，運行的管線工作正常。提出的方法合理，措施有效，可在類似工程中推廣。

城市軌道交通；水平旋噴樁；砂層；暗挖法

隨著地下空間的加速開發(fā)，新建工程下穿既有工程的情況越來越多，在不影響既有工程正常使用的前提下，如何安全經(jīng)濟(jì)地建好新工程，建設(shè)者們正在進(jìn)行積極探討。對于地質(zhì)條件好，水位低時采用傳統(tǒng)的暗挖法，設(shè)計施工技術(shù)也較為成熟，但對于砂層地質(zhì)且水位較高的工程條件，采用暗挖法鮮有涉及，砂層高水位條件易涌水涌砂，危險性大，砂層中如何止水，也是一大難題。鑒于以上原因，有必要對砂層中暗挖法設(shè)計施工技術(shù)進(jìn)行探討，提出合理的設(shè)計施工方法。

1 工程概況

1.1 周邊環(huán)境

佛出地鐵1號線世紀(jì)蓮站3號出入口通道位于車站南側(cè)橫跨裕和路。裕和路路中綠化帶下有一條綜合管廊沿東西向布置，橫跨3號出入口通道。

綜合管廊寬3.9 m，高4.15 m，覆土埋深1 m，為混凝土箱型結(jié)構(gòu)。綜合管廊內(nèi)管線主要有：10 kV電力電纜17條，110 kV電力電纜6條，其中騰沖甲線一組3條，東平乙線一組3條，移動、電信、聯(lián)通等通信光纖電纜9條，供水管φ600 mm鋼管2條。

1.2 地質(zhì)條件

3號出入口范圍自上而下地層主要有<1>人工填土層、<2-2>細(xì)砂層、<2-4>粉質(zhì)黏土層、<2-1B>淤泥層、<2-3>中粗砂層、<7>強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

根據(jù)勘察報告，砂層地下水穩(wěn)定水位埋深2.10～2.77 m，標(biāo)高1.36～1.69 m，基巖地下水穩(wěn)定水位埋深2.37～2.93 m，標(biāo)高1.14～1.35 m。

2 設(shè)計方案

世紀(jì)蓮站3號出入口長65.78 m，寬7.2 m，底板距路面10.3 m，與綜合管廊結(jié)構(gòu)最近處為0.5 m，綜合管廊距車站外墻6.48 m，通道中心線往東1.25 m處，綜合管廊設(shè)置1條2 cm的變形縫。通道段明挖基底大部分位于<2-4>粉質(zhì)黏土層，局部位于<2-2>粉細(xì)砂層和<2-1B>淤泥質(zhì)土層，采用深層攪拌樁(有效直徑550 mm,雙向樁間距1 100 mm)處理，加固后基底承載力不低于130 kPa。

2.1 管溝改遷方案

原初步設(shè)計方案采用遷改管溝方案，但遷改將影響整個新城核心區(qū)的全部電力供應(yīng)，供電部門要求，110 kV電纜原則上1年只允許停電1次，甲、乙線不能同時停電，另據(jù)供電部門粗略估算，此處遷改費用高達(dá)8 400萬元，工作時間長達(dá)11個月。

2.2 通道暗挖方案

由于初步設(shè)計方案工期得不到保證，造價過于昂貴，擬采用不遷改綜合管溝，而改用通道暗挖法施工車站3號出入口通道。通道暗挖法的工程造價費用為1 464萬元，遠(yuǎn)低于遷改費用。

為降低施工風(fēng)險，管溝南側(cè)出入口通道采用地連墻加支撐的明挖方案。明挖段采用800 mm厚連續(xù)墻，第1道支撐為600 mm×800 mm鋼筋混凝土支撐，第2道支撐為φ600 mm鋼支撐，斜撐為600 mm×800 mm鋼筋混凝土支撐。

管溝至車站間的出入口通道采用暗挖法施工方案，暗挖通道長7.9 m，兩端連續(xù)墻分別采用咬合旋噴樁加固，通道兩側(cè)管溝下部采用注漿加固，如圖1所示。

圖1 暗挖段平面

暗挖通道采用復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)，外圍采用兩排φ500 mm水平旋噴樁止水，拱部及兩側(cè)旋噴樁內(nèi)插鋼管。初襯為300 mm厚噴射混凝土+鋼架格柵，二襯為500 mm厚鋼筋混凝土。

水平旋噴樁布置在隧道開挖線250 mm的輪廓線上，在隧道拱部92.17°范圍內(nèi)采用單排φ500 mm的水平旋噴樁(共計18根，內(nèi)插φ89鋼管)，相鄰樁間距300 mm、相互咬合200 mm；隧道其他范圍采用2排φ500 mm的水平旋噴樁，相鄰樁間距350 mm、相互咬合150 mm，排間距為350 mm。其中,外排水平旋噴樁63根，內(nèi)排56根旋噴樁中有36根內(nèi)插φ89 mm鋼管，長度為8.7m，見圖2。

圖2 水平旋噴樁布置

3 施工技術(shù)

3.1 暗挖段施工方案

暗挖段通道施工嚴(yán)格按照“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”的18字原則。其主要原理就是充分利用土層自承作用，開挖后及時施工初期支護(hù)結(jié)構(gòu)并及時閉合，同時進(jìn)行監(jiān)控量測。為保證施工安全,根據(jù)土質(zhì)情況，在隧道開挖前采取超前支護(hù)水平旋噴樁加固措施，加固土體后再開挖、支護(hù)。土方采用上下臺階開挖法，用小推車水平運土，在明挖段處用吊車提升至卸土場。初期支護(hù)完成并穩(wěn)定后，做施工防水，再進(jìn)行二襯結(jié)構(gòu)施工。暗挖段通道施工工藝流程如圖3所示。

圖3 暗挖段通道施工工藝流程

3.2 水平旋噴樁施工

3.2.1 工藝流程

暗挖隧道水平旋噴施工樁工藝流程如圖4所示。

圖4 水平旋噴樁施工工藝流程

3.2.2 工藝參數(shù)

本通道明挖段內(nèi)地質(zhì)條件與該暗挖段基本一致，在明挖段內(nèi)施作試驗樁，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，試樁6根，旋噴壓力分別選取30、35、40 MPa各2組，漿液要求水：水泥為1∶0.8～1∶1，旋噴樁成樁后插入φ89 mm鋼管。根據(jù)試樁結(jié)果，選擇35 MPa作為旋噴樁施工控制壓力。

3.3 掌子面注漿加固

因暗挖通道較短，掌子面注漿加固一次完成，小導(dǎo)管采用長8.7 m、直徑φ32 mm的無縫鋼管，注漿孔間距1.0 m，呈梅花形錯開布置，水泥標(biāo)號為42.5級，漿液采用水泥和水玻璃雙液(1∶1)注漿進(jìn)行。注漿擴(kuò)散半徑為0.4 m，注漿終壓為0.4～0.6 MPa。注漿孔位置布置詳見圖5所示。

圖5 注漿孔位置布置

4 管廊保護(hù)措施

4.1 變形縫處加固措施

施工期間采用強(qiáng)制回流法來控制注漿壓力，為減少施工期間的管溝變形，在管溝內(nèi)設(shè)置兩榀鋼桁架做支撐，施工完成后拆除支撐前再進(jìn)行補(bǔ)償注漿。

由于暗挖通道位于<2-2>粉細(xì)砂層，除采用兩排φ500 mm@350 mm咬合水平旋噴樁止水外，頂部靠近管溝底部輔以改性水玻璃注漿。

暗挖隧道全斷面采用水平旋噴樁超前支護(hù)加固，拱頂距離管廊墊層底部540 mm。為防止水平旋噴樁施工時壓力過大，水泥漿液沿著變形縫進(jìn)入管廊，污染管廊內(nèi)部結(jié)構(gòu)和管線，在變形縫處設(shè)置1塊寬500 mm、厚2 mm的鋼板，具體加固如圖6所示。

圖6 管廊內(nèi)變形縫加固示意

4.2 管廊內(nèi)部桁架加固措施

為防止通道土方開挖時管廊發(fā)生不均勻沉降導(dǎo)致管廊變形或者位移，連帶內(nèi)部重要管線發(fā)生變形，導(dǎo)致嚴(yán)重后果，施工過程中管廊內(nèi)部采用兩榀鋼桁架跨越變形縫鋼加固。單榀桁架長度為12 m，由4段組成，桁架由L160 mm×10 mm角鋼拼接而成，接口處采用M22的高強(qiáng)螺栓連接，兩榀桁架間距為800 mm。桁架加固縱剖面如圖7所示。

圖7 桁架加固縱剖面

5 監(jiān)控量測

為掌握暗挖施工過程中周圍土壓力的變化規(guī)律和保證土體的穩(wěn)定性，指導(dǎo)施工，保證暗挖的順利完成，及時掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力和變形狀態(tài)，控制和調(diào)整支護(hù)方案，保證了結(jié)構(gòu)安全和施工人員安全，在施工影響范圍內(nèi)進(jìn)行了變形觀測。

5.1 監(jiān)測點布置及要求

所有項目的監(jiān)測范圍應(yīng)滿足圖8中線①到地面包絡(luò)的范圍，對建(構(gòu))筑物的監(jiān)測范圍尚且滿足圖中線②到地面包絡(luò)的范圍，暗挖段通道各監(jiān)測點剖面布置如圖8所示。

圖8 監(jiān)測點布置

監(jiān)測要求：在施工監(jiān)測中，應(yīng)對測量結(jié)果及時進(jìn)行分析與反饋，當(dāng)遇到下列情況時，應(yīng)暫停施工，并根據(jù)具體情況制定加強(qiáng)措施。

即當(dāng)?shù)乇沓两抵党^30 mm或地表隆起值超過10 mm時；當(dāng)房屋傾斜超過3%時；當(dāng)隧道掌子面施工通過一倍洞徑,變位速率超過5 mm/d，仍持續(xù)增加時需要制定加強(qiáng)措施。

5.2 監(jiān)測項目與標(biāo)準(zhǔn)

1) 拱頂沉降。監(jiān)視拱頂絕對下沉值，了解斷面變化情況，判斷拱頂?shù)姆€(wěn)定性，防止塌方。

2) 地表沉降。判斷洞內(nèi)開挖對地表產(chǎn)生的影響及防止沉陷措施的效果，推測作用在隧道上的荷載范圍，判斷地下管線的安全情況。

3) 管廊變形、沉降。判斷水平旋噴樁施工及在洞內(nèi)開挖過程中對管廊的影響程度，確保管廊加固措施有效，保證管廊及內(nèi)部管線安全。

主要控制標(biāo)準(zhǔn)：地表沉降30 mm；建筑物沉降10 mm；地表隆起10 mm；拱頂沉降30 mm；洞內(nèi)收斂20 mm；建筑物的沉降速率不大于0.7 mm/d，地表沉降速率不大于1.5 mm/d。

5.3 監(jiān)測結(jié)果

3號管廊沉降監(jiān)測變化曲線如圖9所示，結(jié)果表明：拱頂沉降最大值為7.9 mm，拱右最大值為6.9 mm，拱左最大值為3.9 mm，均小于控制標(biāo)準(zhǔn)值。

圖9 管廊沉降變化曲線

6 結(jié)語

1) 實踐證明，水平旋噴止水效果較好，整個施工期間通道周壁無滲漏水。

2) 管廊沉降得到有效控制，沉降均小于控制值，說明采用水平旋噴樁加固，適用本地質(zhì)情況。

3) 通過水平旋噴樁的暗挖法設(shè)計施工，避免了綜合管廊的遷改，整個3號出入口造價僅為1 464萬元，遠(yuǎn)低于遷改費用，大大降低了該通道的造價，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

4) 本方法安全有效，造價低，對類似地質(zhì)情況具有借鑒參考價值。

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(編輯：郝京紅)

Application of Horizontal Rotating-jet Grout Piles to Tunneling Construction in Watered Sandy Stratum

Peng Shifeng

(Foshan Railway Investment Construction Group Co., Ltd., Foshan 528000)

Great risks exist in using tunneling construction method in sand layer. Waterproof curtain must be adopted for the safety of excavation. The design and construction application of horizontal rotating-jet grout piles around tunnel in ShiJilian railway station of Foshan Metro Line 1 showed that the project was successfully constructed in watered sandy stratum. Pipe gallery above the tunnel was well protected and all pipelines in it ran regularly. The method of horizontal rotating-jet grout piles waterproof curtain is reasonable and effective, and it can be used in similar projects.

urban rail transit thorizontal rotating-jet grout piles; sandy stratum; tunneling construction method

10.3969/j.issn.1672-6073.2016.05.017

2015-11-23

2016-01-20

彭仕鳳，男，碩士，工程師，主要從事城市軌道交通設(shè)計管理工作，psf2980@sina.com

U231

A

1672-6073(2016)05-0084-04