行业要闻

地铁联络通道旋喷桩与素混凝土墙组合加固施工工艺

 

摘要:介绍在软弱地质条件下采用旋喷桩、素混凝土墙组合加固为常压开仓检查刀具换刀和开挖联络通道提供条件的加固施工方法,为同类施工提供参考经验。

关键词:联络通道;软土地层;深层旋喷桩;素混凝土墙;开仓换刀

 

1概述

      地铁联络通道对于整个地铁工程来说,虽微乎其微但又不可缺少,故常被人们所忽视而容易造成事故,如2003年7月上海轨道交通4号线越江隧道联络通道因大量流砂涌入,引起隧道受损及周边地区地面沉降,直接经济损失高达1.5亿元[1],还有不少工程在联络通道开挖中因技术上的失误而造成了重大的损失。现结合实践经验简要介绍旋喷桩结合素混凝土墙加固的施工工艺,它适用于加固软弱土层等,通过地面深层旋喷桩加固,对开挖段进行土体加固,使土体达到要求的防水性和加固强度,然后进行联络通道施工,在加固位置同时考虑为盾构机提供常压开舱条件,检查刀具,如有需要可进行开舱换刀作业。

2工程概况

      深圳市地铁2号线工程某标段1#联络通道,设道位置左右线隧道净距为7.3m,地面为沥青混凝土道路,联络通道设计含废水泵房和检修井,同时考虑为盾构机提供常压开舱条件,可检查刀具并视其磨损程度进行常压开舱换刀作业,同时根据土层对刀具及刀盘的磨损情况确定是否需要再次换刀。

      场地原始地貌为滨海相潮间带(滩涂),场地经过软基处理由填海而成,地表为城市道路,洞身范围为淤泥质粘土层、强透水性的砾砂层,需进行加固才能满足常压开舱及联络通道施工条件。

3加固施工工艺

      深层旋喷桩法组合素混凝土墙加固后开仓换刀、开挖联络通道的施工工艺,大致分为土体加固、开仓换刀、联络通道开挖构筑施工等3个阶段,本文重点介绍土体加固施工工艺。1#联络通道加固施工平、剖面如图1所示。

3.1素连续墙施工工艺流程(如图2)及要点

      ①导墙施工

      导墙的形式为"┓┏"型,如图3,导墙高1.5m,面板厚200mm、长700mm,垂直段厚200mm、高1.3m。首先按地下连续墙轴线位置放线放坡和开挖土方,基底回填粘土100～150mm并铺平夯实,然后绑扎导墙立面钢筋、立模、浇筑导墙混凝土,待其达到强度值后拆模并设内撑和回填夯实,再绑扎导墙面板钢筋、立模、浇捣混凝土;导墙内外回填粘土并夯实。当导墙混凝土强度达设计值的75%即可进行成槽施工。

      ②泥浆的制备和使用

      本工程主要采用原土造浆,若不能满足要求则采用膨润土造浆。

      ③成槽施工

      由于工程量较小,同时受到场地限制,无法使用抓斗成槽,故全部采用冲桩机成槽。成槽过程中用泥浆循环法清渣,将皮管通向孔底并泵进新浆,使泥渣上浮,最后清槽时采用反循环法清孔,同时槽孔上部补充新鲜泥浆,保持所要求的泥浆液面高度。

      本次施工考虑到废浆池的设置,划分槽段时每段长约3.1m,以确保冲桩机快速成槽,且只需设置100m³的废浆池即可满足要求。

      ④水下混凝土灌注

      选用商品混凝土,考虑到盾构始发时刀盘需直接切削经过,故选用C15细石混凝土,用搅拌车通过场内施工道路直接运送至浇筑点,卸入导管顶的漏斗内,要求搅拌站混凝土供应量不少于30m³ h,以确保连续灌注。混凝土导管使用3mm厚的钢板制作成顺直、密封的f 250导管,导管底端段长度大于4m,使用前进行试拼试压,压力为0.6～1.0MPa。水下混凝土灌注时,视槽段实际宽度采用1～2根导管,使用冲桩架悬吊提升,导管底端离槽底0.4m,首批入槽混凝土量应不小于5m3,确保开塞后导管埋管深度不小于0.5m,要求混凝土面上升速度不小于2m h,槽内混凝土面高低差小于0.3m,中途停顿时间不超过30min,导管埋深控制在2～4m,导管距槽段两端不大于1.5m。

3.2旋喷桩加固

      ⑴加固机理

      高压旋喷桩加固地基主要基于喷射流的高能高速集中和连续作用对土体的破坏,以及喷射流不停地脉冲式冲击土体,高度集中的能量冲击某个很小的区域,该区域内周围的土和土结构的组织之间受到很大的压应力作用,使土粒失去平衡,土体遭到破坏,一部分细小的土粒被浆液所置换,其余土粒就与浆液搅拌混合发生一系列的物理化学反应,其次是压力的脉冲变化,在压力差大的部位产生空穴;空穴又受到喷射流的激烈紊流,就把相对软弱的土体掏空,促使土体进一步破坏,使更多土粒得以置换,从而在土体中形成了浆液主体,搅拌混合,压缩和浆液渗透等部分,经过一定龄期就凝固成高强度、低渗透的旋喷固结体,从而提高软土地基的承载力。

      ⑵旋喷桩施工

      素连续墙施工完成后,用砂土回填空桩,整平场地,进行旋喷桩施工,采用钻机钻孔后插入旋喷管进行旋喷,其施工工序主要包括孔位放样、钻孔、浆液配制、旋喷注浆等(如图4),主要技术措施如下:

      ①钻孔

      采用XY-100型地质钻机钻孔,孔径f 130,注意钻机要平衡,开孔孔位准确,控制垂直度偏差≤1%,确保旋喷管能顺利导入孔底。在砂层等不利地层处钻孔时,采用泥浆护壁,主要性能指标控制为:比重1.2～1.3,粘度25～30s,含砂率5%,与设计位置的偏差不得大于50mm。

     ②插管

      当钻孔完成后将旋喷管插至孔底,插管过程中为防止泥砂堵塞喷嘴,可边射水边插管,水压力不超过1MPa。

      ③浆液配制与喷射作业

      施工前应检查高压设备及管路系统,其压力和流量必须满足设计要求,注浆管的接头密封圈必须良好。旋喷桩应按照设计要求的技术参数进行旋喷,提升速度0.15～0.25m min,注浆压力不小于25MPa,采用32.5R普通水泥浆,水灰比1∶0.81,水泥用量为200kg m。

      在旋喷过程中,经常检查水泥浆泵压力、注浆管提升速度及孔口冒浆情况,并随时做好记录,喷射时应先达到预定的喷射压力、喷浆量后再逐渐提升注浆管,由下而上喷射注浆。水泥浆在旋喷前1h内搅拌,旋喷过程的冒浆量控制在10%～25%,相邻两桩施工间隔时间不少于48h。

4结论

      4.1采用旋喷桩和素混凝土墙加固软弱地层在深圳地铁2号线工程联络通道泵房施工中得到成功应用,为类似地下工程和类似地层施工积累了经验。

      4.2软土地层深层旋喷桩法和素混凝土墙加固、矿山法开挖联络通道的施工工艺虽然在不少工程中应用,但在具体施工过程中,常常由于注浆不均匀而造成对土体加固效果的影响,同时开挖时须结合隧道变形测量及地面沉降数据采取相应措施,严格控制每道工序,确保施工质量,以免发生事故。

      4.3联络通道的地表加固要提前进行,待混凝土达到龄期后才进行开仓换刀和开挖联络通道,应先施工素混凝土墙后施工旋喷桩,以确保防水效果。

      4.4地面加固范围宽度根据联络通道开挖和检查刀具外放2m,高度根据联络通道开挖高度向上3m、向下1m,泵房四周旋喷桩加固深度达到泵房以下1m是较安全经济的。