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燃气管线下穿地铁五号线注浆加固技术
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[摘 要]本文就燃气管线下穿北京地铁五号线区间道床施工过程中采取的注浆加固施工控制线路沉降技术作了简明探讨,并根据具体施工实践,提出一些施工体会和建议。（参考《建筑中文网》）
[关键词]地铁 注浆 控制沉降
1.前言:
本工程为地下天然气管线连接工程,埋深为7.4米,采用机械顶管施工,其中钢筋混凝土套管管径为1870mm,长度为110m,施工时需下穿北京地铁五号线立水桥区间道床,管线顶部距离道床结构仅4.5m,在机械顶管施工过程中如何控制施工沉降,确保地铁道床的安全,是注浆施工所要达到的最主要目的。
2.地质概况
根据现场钻探与原位测试及室内土工实验成果的综合分析,在本次岩土工程勘察最大勘探深度范围内所分布的土层按沉积年代、成因类型可分为人工堆积层、新近沉积层和一般第四沉积层三大类,按地层岩性及工程特性进一步划分为5个大层(如图1),现分述如下:
A、人工堆积层
该层分布于标高32.75~34.75m之间,为人工堆积之房渣土①层。
B、新近沉积层
该层分布于人工堆积层下,标高28.75~32.35m,为新近沉积的细砂②层、卵石③层。
C、第四纪沉积层
该层分布于新近沉积层之下,标高23.50~28.75m,为第四沉积的细砂④层、粘质粉土⑤层、粉细砂⑤1层、粉质粘土⑤2层。
3.注浆施工总体方案
3.1施工方案
为避免机械顶管施工对地层产生大的扰动,造成地铁道床及周边地层沉降,确保地铁道床结构的安全,采取超前注浆加固下穿段土体及地表动态补偿注浆相结合的施工方案。
(1)管线穿越地铁道床段上方土体的注浆加固:增强上方土体的整体性,避免顶管施工过程中土体扰动过大造成土体沉降。
机械顶管的套管管径为1870mm,中心间距为4.5m,按照45°的影响范围计算,需加固的土体断面为上、下底为18.0m、9.7m,高为4.5m的梯形(如图2)。加固长度定为20.7m。
(2)地表跟踪补偿注浆:以控制机械顶管施工过程中造成地铁道床两侧地层土体流失,控制周边地层沉降及补偿地层损失,加固地铁道床两侧及下方土体。
3.2注浆材料的选择
由于本工程具有地下水流动性强、需对土体进行永久加固等特殊要求,施工中选择使用TGRM特种水泥单液浆作为注浆材料,该种浆材主要有以下特性,能满足本注浆加固工程的需要:
A、强度高:7天强度20MPa,28天25.5MPa,90天96MPa。
B、流动性好:材料经过细化处理,保证了有效的可灌性,能充分实现工程要求的注浆扩散半径和充填率(>350mm的流动度)。
C、微膨胀性:材料在固化时有一定的微膨胀性,这可以补偿注浆施工时的土体扰动及地层损失。
D、抗分散性:浆材具有遇水絮凝的特性,能抵抗地下流动水对浆液扩散范围的影响,同时也能起到止水作用。
E、耐久性:该注浆材料为水泥基注浆材料,浆块性能稳定,能满足永久性注浆加固工程的需要。
F、环保性:该材料为无机复合灌浆材料,无毒无污染。
4.管线下穿地铁段土体注浆加固施工工艺
4.1施工工艺
考虑到在砂卵地层钻孔过程中易塌孔、易卡钻杆等困难,为了达到理想的注浆加固效果,在预注浆加固上方土体时采用前进式钻孔注浆的施工工艺。前进式分段注浆工艺具体过程是:首先采用水平地质钻机成孔,开孔后安装孔口管,在孔口管内分段向前钻注施工(如图3)。每一循环进尺控制在2-3m,成孔后退出钻杆,安装法兰盘及注浆管进行注浆,待浆液凝固后拆除法兰盘,再进行钻孔……如此循环,直到钻进深度达到设计要求。
4.2施工步骤
4.2.1确定孔位
根据需加固土体范围以及现场实际作业条件,确定钻孔孔位布置(如图4),其中上、下两排孔中心间距为2.0m,A排孔中心间距为1m,B排孔中心间距为1.2m。
工程测量人员测量出施工现场具体的孔位位置,用竹签或短钢筋插入作为标记,钻孔位置与设计位置的偏差不宜大于50mm。
4.2.2钻孔
根据已经进行的测量定位,使用MK-5S地质钻机成孔,测量人员根据设计要求二次校正钻孔角度,孔径为76mm。要求成孔角度偏差小于±1°。
钻孔要进行分层、分序施工。钻孔顺序为:从上到下,先加固A排孔,再加固B排孔。在每排孔施工时要求采取跳孔施作的原则。
4.2.3制浆
根据工程需要及注浆材料的特性,通过现场实验,TGRM单液浆配合比确定为:W/C=0.8:1。
制浆时使用不小于200转/分钟的制浆机,搅拌时间不低于5分钟,在出浆孔部位设置过滤网。
4.2.4注浆
注浆采取“定压、定量”双控制的原则。每段注浆压力控制在0.3MPa,以保证浆液能充分扩散。在注浆过程中如果出现压力达不到设计要求,跑浆、串浆等严重的问题,可采取换孔作业,待浆液略微初凝后再补注。
注浆过程中应密切注意监测及反馈注浆部位地面的变化情况,若发现地层有串浆或加速形变迹象要及时停止注浆,分析原因。
5.地表跟踪补偿注浆施工
在顶管穿越地铁五号线道床施工过程中必须对道床结构基面以及道床结构周边地表沉降情况进行全程监测,当某一测点的下沉超过警戒值时,就需在该测点附近进行动态跟踪补偿注浆。
根据专家会议的要求,地铁五号线道床的纵向允许的不均匀沉降为8mm,横向允许的不均匀沉降为3mm。需进行补偿注浆的预警值设定为允许量的80%,即如果某点横向下沉6.4mm或纵向下沉2.4mm,就需对该点周围的孔进行动态补偿注浆。
5.1施工工艺
跟踪补偿注浆采用预埋的袖阀管注浆施工工艺。具体过程是:首先采用地质钻机成孔,孔深到设计深度后,埋入注浆管,当周边监测点发生沉降达到预警值时,即可通过预埋注浆管进行补偿注浆。
5.2注浆范围及孔位布置
机械顶管施工在地表影响范围为长20.7m、宽18.0m的长方形地带(如图5),重点需补偿的部位是道床下方土体。因此在道床两侧打斜孔,在道床下方相交(如图6)。
当某一测点的下沉超过警戒值时,应对其对应的60度内的扇形区域内的注浆进行补偿注浆,先施作外排孔在施作内排孔,第一次仅施作奇数孔,偶数孔仍作为发生二次沉降时备用。
5.3施工步骤
5.3.1确定孔位
根据注浆补偿孔位布置图,工程测量人员测量出施工现场具体的孔位位置,用竹签或短钢筋插入作为标记,钻孔位置与设计位置的偏差不宜大于50mm。
5.3.2钻孔
根据已经进行的测量定位,使用DK-200地质钻机成孔,测量人员根据设计要求二次校正钻孔角度及孔深,孔径为50mm。要求成孔角度偏差小于±1°,钻孔要进行分序施工。
5.3.3下管
注浆管选用钢性袖阀注浆管。要求丝扣联结顺畅,密封性好,管内壁光滑,管内无杂物。注浆管末端预留1m无注浆孔部分,外露10cm,管口用丝绵封堵。
5.3.4制浆
根据工程需要及注浆材料的特性,通过现场实验,TGRM单液浆配合比确定为:W/C=0.8:1。
制浆应使用不小于200转/分钟的制浆机,搅拌时间不低于5分钟,在出浆孔部位设置过滤网。
5.3.5注浆
注浆压力控制在0.5MPa,采取低压力缓慢注浆。
注浆过程中应密切注意监测反馈及注浆部位地面的变化情况,当下沉点上升超过1.5mm时,要即刻停止注 浆。
6.施工体会
1、在机械顶管施工前,采用分段前进式钻孔注浆对其影响范围内土体进行注浆加固,分段前进式注浆确保了浆液扩散,有效地对土体进行了加固。
2、在机械顶管施工期间,由于连续强降雨的原因,道床左侧监测点沉降较大,通过地表跟踪补偿注浆,充分补偿了因为土体流失产生的地层损失,有效地防止了进一步的沉降。
3、通过超前注浆加固土体及地表动态补偿注浆相结合施工技术有效地控制了道床沉降和周边地层沉降,确保了道床结构的安全。
4、本工程使用新型的注浆材料完全满足本工程施工的要求,因其具有强度高、流动性好、微膨胀性、耐久性好以及环保的特性,可作为以后注浆施工的首选材料。
5、在砂卵石地层,如何快速成孔是类似工程应该重点讨论的问题。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200810/9079.htm
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