浅埋平顶大跨隧道穿越流沙层暗挖施工技术

赵 菁1

,公宝兴

2

(1.上海隧道工程股份有限公司,上海 200000;2.石家庄铁道学院,石家庄 050043)

摘要:穿越富水砂层一直是浅埋暗挖隧道的难点。以深圳某交通隧道为依托介绍在地质以流砂层和淤泥质砂层为主、隧道结构为大跨度、平顶、浅埋和小曲线半径的情况下,采用一系列措施使隧道顺利贯通、并有效地控制地表沉降的施工实例。关键词:富水砂层;浅埋暗挖隧道;地表沉降中图分类号:U 455.4

文献标志码:B

文章编号:1672-741X (2008)05-0613-03

Excavation Tec hnol ogy of Shallo w Tunnel with Long -s pan

and Flat -top i n Quicksand Stratu m

Z HAO Jing 1

,GONG Baox ing

2

(1.Shanghai Tunnel Engineering C o .,Ltd.,Shanghai 200000,China;

2.Shijiazhuang Ra il w ay Acade m y ,Shijiazhuang 050043,China)

Abst ract :It is d ifficu lt for m i n ed tunne lw ith sha llo w cover to cross w ater -rich sand stratum.Taking a tunnel i n Shenz -hen as an exa m ple ,t h e paper i n troduces t h e constructi o n case of large -span,fla-t top ,sha ll o w buried and s m a ll cur ve ra -di u s tunnel successfully cr ossi n g stratum m ainly consisti n g o f qu icksand and m uddy sand .A series of m easures taken duri n g the tunne l excavation ensured the successf u l t u nne lbreakthrough and effecti v e contro l of the ground surface settle -m en.t K ey w ords :w ater -rich sand stratu m;m i n ed tunnelw it h shallo w cover ;ground surface settle m ent

0引言

浅埋暗挖隧道穿越流砂层和淤泥质砂层时极易产

生涌砂涌水现象[1]

。深圳市会展中心交通配套隧道开挖初期发生涌砂、涌水现象,致使隧道一度不能掘进。通过仔细研究分析后,采用超前排水、立体注浆封堵、快速支护技术和增强支护刚度等措施使隧道顺利贯通,同时有效地将地表沉降控制在一定的范围内,确保滨河路顺利通行,在施工期间未发生任何交通事故,具有显著的经济效益和社会效益。

1工程概况

深圳市会展中心位于深圳市中心区南部,为使会

展中心与市政道路顺利连接,需要兴建2条横穿滨河大道的地下隧道将北边的会展中心与滨河大道南半幅

连接起来,形成一个完整的互通的交通系统。滨河路位于会展中心南侧,是深圳市贯穿东西的交通大动脉,滨河路上下10车道,交通流量很大,车流量高峰期为170~190辆/m in ,平均车速为60~80km /h 。横穿滨河大道的地下隧道平面曲线半径63m ,开挖宽度10.3m,

开挖高度6.75m,采用6步开挖,见图1。暗挖段隧道

的地质情况为,0~0.6m 为混凝土路面及水泥碎石垫层,0.6~4.1m 为棕红色亚黏土,4.1~11.3m 为浅黄色、浅灰色中粗砂,11.3~12.4m 为软塑状态的淤泥质亚黏土,12.4~14.3m 为淤泥质中粗砂,14.3~20.0m 为黄褐色砾质亚黏土。地下水位在地面以下3m 左右,地下水丰富,砂层及淤泥质中粗砂常年处于饱和状态,地质纵断面图见图2

。

图1 开挖横断面图

F ig .1 Excavati on cro ss -secti on of tunne l

收稿日期:2007-09-12;修回日期:2008-10-17

作者简介:赵菁(1974 ),男,1997年毕业于同济大学建筑专业,本科,工程师,主要从事地下工程施工研究工作。

第28卷 第5期

2008年10月

隧道建设

Tunnel Construction

Vo.l 28 N o .5O ct . 2008

F i g.2

G eo l og ica l pro fil e o f Z4t unne l o f Shenzhen Convention&Exhi b iti on Center

2工程难点

2.1富水淤泥质砂层

会展中心隧道工程由于地质软弱且地下水丰富,小导管注浆较难形成止水帷幕,隧道开挖掌子面和洞周土体极易坍塌,形成涌水、涌砂和塌顶等地质灾害,造成掘进困难和地表沉降过大;滨河路交通繁忙禁止施做降水井点,同时为控制地表沉降地下水位不能降至过低,只能采用洞内排水;施工时如何平稳安全穿越砂层是工程的一大难点。

2.2 平顶、大跨、浅埋、小曲线半径

隧道采用平顶结构,开挖跨度达到10.3m,埋深1.8~2.8m,覆跨比为0.17~0.27,为超浅埋大跨平顶结构;隧道平面采用R=63m小曲线半径,大管棚超前支护措施不能使用,埋深很浅的情况下采用小导管超前支护容易发生塌顶现象;工程主体结构的正上方为市区主干道滨河路,路面动载非常大,施工过程中要保证路面的行车安全,因此,控制地表沉降、确保地面道路畅通成为本工程的另一难点。

3施工技术要点

3.1 洞内超前排水

砂层渗透系数大,渗流速度快,隧道开挖造成的降水影响范围较广[2],为使隧道顺利开挖同时又不使地下水位降低过大,在开挖过程中除了要在开挖边线两侧尽量形成止水帷幕,阻止地下水大量涌入外,还要在隧道开挖前方形成一个降水坡度,以减小地下水的压力造成的涌水、涌砂现象,因此,在隧道掌子面方向超前埋设透水管实行洞内超前排水,形成对隧道开挖有利的水力坡度。

3.1.1 超前排水管制作

采用6m长 42无缝钢管,钢管一端封闭,从封闭端在长度5m范围内布 8~10mm透水孔,孔间距5c m,梅花型布置,开孔完毕后在钢管外侧套一层土工布作为防砂透水膜。3.1.2 超前排水管安装

在掌子面底部采用水平地质钻机钻孔(孔间距1 m,孔深6m,1排、 ),倾角8~10 ,成孔后插入排水管,遇到局部塌孔阻力时采用风镐压入,安装到位后封闭孔口土体与钢管的空隙,掌子面及两侧壁的自由水通过透水膜渗入到管内排出,形成一个可控的、合理的降水曲线。

3.2 小导管注浆预加固

3.2.1隧道顶部及边墙小导管注浆施工

小导管注浆可有效地防止坍塌并加强隧道顶部和边墙的稳定,布置于隧道顶部及边墙外缘15c m处。施工参数: 42无缝钢管,长2.5m,搭接长度1.5m,有效施工长度1m;环向间距30c m,外插角10 ;管上布 8~10mm孔,孔间距15c m,梅花型布置。

超前小导管的仰角控制在10 左右,其搭接长度为1.5m,超前小导管的施工采用气腿式风,在风前端加工1块2c m厚的垫块,直接靠风的振动力将小导管顶进[3]。小导管注浆浆液采用水泥-水玻璃双液浆,水玻璃浓度为30~35Be ,水灰比为1︰2。注浆压力根据注浆试验确定,采用0.4~0.6MPa,持续时间在3~8m i n[4]。

3.2.2初期支护背后小导管注浆施工

开挖后要尽快喷射混凝土,将支护体系封闭成环。但喷射混凝土与围岩之间有一定的空隙,尤其是工字钢翼缘部分的阻挡作用,使喷射混凝土不易密实,这是发生沉降的重要原因。在初衬与土体之间预埋注浆导管,多次循环注浆,使隧道初期支护与围岩紧密接触,同时间接提高了初支截面有效刚度,减小路面变形。主体隧道顶部初支背后注浆浆液采用纯水泥浆,水灰比为1︰1。注浆压力根据注浆试验确定,采用0.3~ 0.5MPa。主体隧道顶部的竖向小导管注浆可在主体隧道的顶部形成止水带,有效的止水,改良了隧道顶部结构上面的土体[5]。

3.2.3 稳定掌子面的小导管注浆施工

该工程由于地下水位较高,水量较大,先行施工的

614 隧道建设 第28卷

上导洞处于素填土和砂层之中,掌子面自稳性差。开挖初期上导洞边墙和掌子面多次出现坍塌,下导洞开挖时出现大面积坍塌,掌子面和两侧壁塌方严重,致使无法架设工字钢和继续开挖。为有效防止下导洞的大面积坍塌,在原设计的基础上进行小导管加密注浆,在上导洞进洞后向下施作小导管,与下导洞对掌子面施作的小导管形成网格性加密;为有效防止下导洞两测壁的水和土体涌入掌子面,由上导洞两侧向下倾斜20 施作间距30c m 的小导管,见图3、图4。

由于水位高,砂层水渗透快,给施工安全带来极大的威胁,在隧道开挖线两侧有效地形成止水帷幕和保持掌子面稳定是施工成败的关键。而要有效地形成止水帷幕水泥-水玻璃双浆液的配比是关键,如果浆液凝结过早,将造成堵管现象;如果凝结过晚浆液将随着地下水流失;因此,要根据现场试验决定配比,见表1。3.3

增强初衬支护强度和刚度

由于拆撑后跨度大,为减小地表沉降及增加结构

强度,初衬顶板由原设计I22a 改为I 32b ,采用喷射加劲钢纤维混凝土。为隧道开挖后迅速完成应力转换,及时改善地下结构的受力条件,减少开挖应力释放,减

少地表沉陷[6]

,开挖安装工作面形成后,工字钢要快速安装就位,迅速形成闭合框架,安装完毕并检验合格

后喷射混凝土。

图3隧道纵向小导管布置图

F ig .3 L ayout o f l ong itud i nal s m a ll pi

pes

图4

隧道横向小导管布置图

F ig .4 L ayout o f transverse s m all p i pes

表1

现场配比试验表

T ab l e 1 M ix i ng rati o

序号水泥浆水灰比

水泥浆与水玻璃体积比

水玻璃与水体积比

水玻璃浓度/B e

凝结时间/m i n

缓凝剂掺量/%

11︰11︰11︰2203352

1︰1

1︰1

2.22︰1

25

27

7

4 实施效果

1)采用小导管加密注浆在隧道两侧有效地形成了止水帷幕,稳定了掌子面土体;

2)掌子面采用超前洞内排水措施使降水曲面始终处于可控状态,为初衬的顺利实施创造了有利条件;

3)通过加强初衬强度和刚度,有效地减小了地表沉降,确保了拆撑后结构安全。地表隧道横断面最大沉降见图5

。

图5 隧道横断面地表沉降图

F ig .5 Tunne l c ross -sec ti ona l surface subsi dence

5结语

实践证明,在流砂层和淤泥质砂层中开挖隧道,小

导管加密注浆、超前洞内排水和增强初衬强度的方案是成功的,方案实施后,在隧道开挖过程中各导洞掌子面及侧壁土体稳定,未再出现局部坍方现象,拆撑后初衬结构安全,确保了隧道的顺利贯通。

参考文献:[1]

F l ude r , A.,O tto ,B .P ro ceedings of t he 3rd Internationa l Sy m posiu m on F ield M easure m ents i n

G eo m echanics[M ].A.A.Ba l ke m a ,R otterda m,N e t h ,1991:9-11,809-819.[2]李代军,彭振华.浅埋暗挖法在饱和粉砂地层中的应用技术[J].铁道建筑技术,2005(5):34-36.

[3]黄俊,张顶立,陈来生.富水软弱地层地铁隧道浅埋暗挖施工技术[J].岩土工程技术,2004,18(6).

[4]

吴应明.深圳地铁区间浅埋暗挖隧道施工与沉降控制[J].铁道建筑技术,2005(2):26-29.[5]童志辉.浅埋软弱围岩隧道施工[J].铁道建筑,2002(6):30-33.

[6]

谢红山.软弱围岩富水浅埋隧道病害分析及整治[J].铁道建筑技术,2003(3):33-36.

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第5期 赵 菁,等: 浅埋平顶大跨隧道穿越流沙层暗挖施工技术