三轴搅拌桩联合降水施工联络通道的工法
2012-08-16 21:48
三轴搅拌桩联合降水施工联络通道的工法
摘 要：杭州地铁1号线8号盾构隧道联络通道埋深浅，周围土质为砂质粉土，含水量高。 考虑到路面情况具备进行加固的条件；场地附近无重要建筑物，具备降水条件；且与冷冻法相比，采用地面加固联合降水的施工方案可节省资金，也不影响隧道施工，决定采用三轴搅拌桩联合降水工法。 施工中解决了降水等技术问题，保证了
联络通道施工期间的土体稳定。
关键词：地铁工程；三轴搅拌桩；降水
杭州地铁1号线全长61.67km，根据地下轨道交通 的设计要求，需在相邻隧道间设联络通道来确保防灾救援及排水要求[1,2]。目前常用的联络通道施工方法有冷冻法加固，洞内开挖；地面加固，洞内开挖；顶管法施工[3]等。冷冻法加固，洞内开挖法因有冻土帷幕止水性好、强度较高、对周围环境无污染的优点，得到广泛应用，如上海地铁联络通道[4~6]、广州地铁联络通道[7]和南京地铁联络通道[8]等；但其施工成本很高，一座联络通道的造价在280~350万元， 且不能达到永久改良土体的目的；冻融引起的后期沉降较大，持续时间较长[6]。 一旦冷冻法失效则后果十分严重，如上海地铁4号线曾发生因管理失误致使冻结失效引起的流沙事故。
红普路站～九堡站区间联络通道所在位置隧道埋深较浅，路面情况具备加固条件，场地附近无重要建筑物，具备降水条件；且与冷冻法施工相比，采用地面加固能节省资金，对土体的加固持久；另外，采用地层加固施工在时间方面不影响盾构隧道的施工。 考虑到已有的搅拌桩土体永久性加固施工的成功案例[9~11]，且相对单轴与双轴搅拌，三轴搅拌更有效率，以及在饱和粉砂地层中单独利用加固无法取得隔水效果， 决定对该联络通道采用三轴搅拌桩联合降水施工方法来保证土体稳定。
1 工程概况
杭州地铁1号线红普路站～九堡站区间（桩号K25+982.83～K27+066.78）, 右线全长1085.26 m， 左线全长1044.55 m，基本呈东西走向 ，为地下双线单圆盾构隧道，隧道外径6.2m，设计使用年限100年。 为防灾救援及排水的要求[1,2]，需在站间桩号K26+500.00处设置联络通道，通道处轴线间距12.064m。 结构覆土厚度8.5～9 m，最深处距地表13.7 m。
1.1 地质概况
根据钻孔揭露的地层结构、岩性特征、埋藏条件及物理力学性质，结合静力触探曲线和详勘地质资料，本工程第四系地层厚约55 m, 勘探深度内主要为第四系冲海相、海相及河流相沉积物。
联络通道周围土质为砂质粉土，含水量高，若处理不当易产生流沙等不良地质灾害。 联络通道自上而下所处土层为：砂质粉土夹粉砂，全场分布，层厚1.90～8.10；砂质粉土，全场分布，层厚0.70～3.40 m；粉砂夹砂质粉土，全场分布，层厚1.4～11.0 m；淤泥质粉质粘土，全场分布，层厚2.90～9.80m（图1）。
1.2 联络通道设计概况
联络通道采用新奥法施工，采用复合式衬砌结构，初期支护与二次衬砌间设置防水层，其工程结构由两个与隧道相交的喇叭口、通道等组成（图2）。
联络通道的设计参数为：（1）初期支护：格栅拱+钢筋网+喷射混凝土 （厚度为300 mm）；（2）二次衬砌 ：C30 模筑防水混凝土（厚度为450 mm）。 为保证施工期间土体稳定， 需事先对通道周围土体进行地层加固和降水。
2 三轴搅拌桩联合降水施工
根据联络通道的设计方案， 先在地面对土体利用三轴搅拌桩加固，根据施工深度布置降水，为联络通道施工创造条件，然后在隧道内以暗挖方式为主体，以新奥法施工理论为指导，应用短段掘衬技术，按工程结构特点分区分层分工序施工建造联络通道。
2.1 三轴搅拌桩加固施工方案
2.1.1 加固方案
为确保施工过程中开挖土体有一定的自承力和自承时间，为新奥法开挖方案的实现创造前提条件，该做法也可减少降水产生的沉降对已建成盾构隧道和周围建筑的影响。
杭州地铁1号线8号盾构隧道联络通道选用三轴搅拌工法加固，根据联络通道上方和周边土体的荷载情况，将联络通道设计位置周边土体分为3个区进行加固。加固区的平面和立面如图3所示，I区（弱加固区）水泥掺量10%；II区（强加固区）水泥掺量20％，无侧限抗压强度qu为1.2～1.5MPa；III区 （强加固区 ） 水泥掺量20％，无侧限抗压强度qu为1.2～1.5MPa，且保证桩底进入⑥1隔水层3.5 m（按设计要求）；桩径850 mm，搭接250 mm。 这样设计既可满足施工需要，又可进一步节省造价。
为确保Ⅲ区形成隔水帷幕， 需使桩之间形成有效搭接，因此应尽可能在Ⅲ区采用套打一孔法施工，由工艺原因不能套打的部位由1排变成3排施工， 以确保桩体的隔渗功能。
2.1.2 施工技术参数
影响搅拌桩强度及抗渗性能的主要因素有地基土层性质、 水泥用量、 搅拌水泥土的均匀性和施工深度等。 对于特定土层条件， 主要是控制水泥用量及水灰比，确保一定的泵送压力，合理选择下沉与提升速度，使形成的桩体满足设计所规定的强度和抗渗要求，从而保证加固后土体的稳定性。施工中须加强以下各主要施工参数的控制。
（1）水泥掺入比：I区（弱加固区）10%，II区及III区（强加固区）20%。
（2）注浆流量：150～250L/min/台，钻杆在下沉和提升时均需注入水泥浆液。
（3）浆液配比：水∶水泥=1.5～2.0。 水泥采用32.5级普通硅酸盐水泥。
（4）泵送压力：1.5～2.5MPa。
（5）速度控制：下沉1.0 m/min，提升1.5～2 m/min。钻杆下沉与提升速度须满足搅拌桩水泥浆设计注入量的必需时间。 在钻杆下沉与提升过程中，应按技术交底要求均匀、连续地注入拌制的水泥浆液 ，钻杆提升完毕时， 设计水泥浆液全部注完， 搅拌桩施工结束。
（6）桩长：I区（弱加固区）4.5 m；II区（强加固区）13 m； III区（强加固区）21.4 m。
2.1.3 主要施工技术措施
（1）选择合理的施工加固顺序， 结合三轴搅拌桩施工工艺，为满足场地要求，先沿隧道纵向施工左线隧道加固区左侧7排，然后沿隧道纵向施工右线隧道加固区右侧5排，最后沿隧道横向施工16排完成整个加固区的加固工作。
（2）为保证三轴搅拌桩加固的连续性和接头质量， 水泥搅拌桩采用单侧挤压式连接的搭接方式，确保搅拌桩间的搭接质量，进一步达到加固的目的。 桩与桩搭接时间不应大于24 h；如超过则在第二根桩施工时增加注浆量20%，同时减慢提升速度。 为确保Ⅲ区的隔水帷幕作用，加固采用跳槽式双孔全套复搅式施工，如图4所示；Ⅰ、Ⅱ区则采用单侧挤压式施工。
2.2 降水措施
2.2.1 降水做法
降水前， 先通过管片上预留的注浆孔进行二次注浆， 以防地下水通过管片壁后的空隙形成渗流通道而影响降水效果。 以右线管片为例，在预留管片所在环和其前后各两环范围内的每片管片（即第441环至第448环 ）采用3个注浆孔注浆 ，而第440环和第449环因距离施工位置较远，只在每片管片中央的注浆孔注浆。注浆总量达50t， 以确保管片背后的密水性。
在壁后注浆后打入1~8号共8个水井进行降水处理。由于场地限制，沿加固区外缘与左右线垂直的方向布置了3对水井，其中沿左、右线内侧分别为7，8号水井和3，4号水井。 因联络通道施工从右线开始，故在右线右侧增加了5，6号水井以确保开挖顺利进行。 同时，沿隧道的平行方向因没有隧道阻隔地下水， 渗流场梯度较平，考虑到抽水机的功率和场地限制，在距加固区较远处布置了降水井，以确保降水深度。 图5为降水井平面布置。
2.2.2 注意事项
降水施工需注意两点， 一是在通道结构强度达75％前不能停止降水，且应保证降水到位；二是考虑对环境影响，即不能引起附近建筑物的过大沉降（或差异沉降）和马路下管道的差异沉降过大。对此采取如下措施：
（1）降水实行现场24h值班制，确保供电，时刻监视水位变化
（2）布置周围环境的观测工作， 包括地面沉降观测（降水区域外30～40m）和建筑物沉降观测（对建筑物东西南北四面均需设观测点）并做记录，发现异常情况及时处理。
3 施工效果
本工程三轴搅拌桩联合降水施工取得了良好的效果，提高了土体加固区的强度和抗渗性，保证了土体的稳定，从而确保了联络通道的开挖、衬砌及工程顺利完工 （图6）。 本工程总造价约100万， 比冻结法施工低20%。
4 结语
杭州地铁是杭州市的特大型市政工程，本联络通道所连通的隧道埋深较浅，路面情况具备进行加固的条件，且场地附近无重要建筑物，具备降水条件，所以采用地面加固联合降水的施工方法。地铁1号线8号盾构隧道联络通道采用三轴搅拌桩对施工区域进行分区加固，符合实际工程特点，但在饱和粉砂地层中单独利用加固无法取得隔水效果。 通过隧道盾构管片中预留的注浆孔注浆，切断地下水渗流通道确保了降水效果。设置水井降水为联络通道施工创造了条件。 由于加固区土体的变形模量增大， 使降水产生的固结沉降能控制在允许范围内。
与冷冻法相比， 采用三轴搅拌桩联合井点降水施工保证土体的稳定性，不但能使土体得到永久性的加固，且节省资金，在时间方面也不会影响盾构隧道的施工，获得了较好的社会与经济效益。
参考文献
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