超前小導管技術在輕軌淺埋暗挖工程中的應用

摘　要:結合北京輕軌淺埋暗挖工程,介紹小導管注漿技術在軟弱圍巖地層中的應用及施工方法。

關鍵詞:小導管;淺埋暗挖
　　在軟弱圍巖地層中施工,采用小導管超前支護預加固地層技術,通過注漿,使小導管周圍土體固結成一拱形或梁式承載體, 在小導管及承載體的棚架作用下開挖下部土體既安全又穩(wěn)妥, 有效地控制拱頂坍塌和地表沉降,防止出現(xiàn)涌水、流砂等現(xiàn)象。
1 　工程概況
北京市城市快速軌道交通東直門段位于永定河沖積扇的中部,根據(jù)地質(zhì)勘察報告,其結構頂部為粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土,洞身及洞底主要為粉細砂層、中粗砂,局部圍巖為圓礫層。隧道圍巖分類及土石可挖性均為Ⅱ級,結構下部位于潛水層中。
本工程中3 # 風井風道D -D、E-E 均采用淺埋框架結構,E -E 斷面長22. 7m ,位于東直門外東中街下,其開挖斷面較大 (11. 6m) ,地面下有污水管、上水管、電力管、熱力管、電信管,共計23 條,地面以上為高層建筑,施工中要確保這些管線和建筑的安全。因此,擬采用小導管注漿預支護技術對軟弱圍巖地層進行超前支護。
2 　注漿加固范圍及小導管布設
開挖時超前預支護采用?42 小導管注漿加固地層。小導管沿開挖輪廓線從格柵腹部穿過,環(huán)向間距30cm ,單根長3. 5m ,仰角及外插角10° ～15°。布設范圍一般布設于平板梁的頂部、拱形段在拱部120°角范圍內(nèi),縱向每1. 5m 打設一排小導管(每隔3 榀格柵打一次小導管),兩排小導管縱向搭接長度≥1. 0m。3 　小導管加工制作與安裝小導管采用? 42 鋼管加工成花管,以便注漿。小導管前端加工成錐形,以便插打,并防止?jié){液前沖。小導管中間部位鉆中6～8mm 溢漿孔,呈梅花形布置,間距15cm ,尾部0. 8m 范圍內(nèi)不鉆孔以防漏漿,末端焊? 6 環(huán)形箍筋,以防打設小導管時端部開裂,影響注漿管聯(lián)接,小導管加工成形見圖1。

圖1 　注漿花管示意圖

小導管采用電鉆鉆孔,鉆孔成形后用高壓風清孔,然后插孔, 插孔時用氣動錘振入。對于砂類土,也可用?20mm 鋼管制作風管,將吹風管緩緩插入土中,用高壓風射孔,成孔后將小導管插入。
4 　漿液選擇、配制及注漿
4. 1 　漿液的選擇
根據(jù)地下工程注漿施工經(jīng)驗,在礫砂層、中粗砂層,圓礫層中宜選用注水玻璃漿液,礫質(zhì)粘性土及砂質(zhì)粘性土中宜選用注水泥水玻璃漿液。
4. 2 　漿液的配制
水玻璃漿液為硫酸與水玻璃配制而成。首先將98 %的工業(yè)濃硫酸稀釋成18 %～20 %的稀硫酸,盛放在帶標簽的容器內(nèi)待用。將40Be 的水玻璃稀釋成20Be ,水玻璃模數(shù)為2. 0～2. 4 ,盛放在帶標簽的容器內(nèi)待用。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)經(jīng)試驗后按一定比例將稀硫酸與水玻璃配制咸水玻璃溶液,通過雙液注漿泵將水泥 —水玻璃雙漿液注入土層。水泥漿水灰比為1. 25∶1～0. 5∶1 ,根據(jù)實際情況,通過現(xiàn)場試驗具體確定。
4. 3 　注漿參數(shù)的選擇
配比根據(jù)現(xiàn)場試驗情況確定,一般情況下水泥水玻璃= 1∶～1∶0. 8(體積比) 。擴散半徑一般為0. 5～0. 6m ,固結土層厚1. 0 左右。單管注漿量為1. 45m3 。單管注漿量可按下式計算: Q = лRLη 式中:Q 單管注漿量,m3 ; L 導管長度,m ; η———圍巖孔隙率, %。初壓0. 3MPa ,終壓為0. 6hPa。注漿壓力應≤0. 6MPa ,否則漿液損失過大,造成浪費。注漿壓力可按下式計算: P = (0. 4～0. 6)γh 式中:P 注漿壓力,kPa ; γ 砂的重量,kN/ m3 ; h ———被注漿砂體的厚度,m。注漿過程根據(jù)實際情況確定,可以通過加入少量的磷酸氫鈉來控制初凝時間,初凝時間一般控制在8～10min 左右。
原作者：王敦誠,胡方田