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产品知识

复杂地质条件下超浅埋暗挖隧道施工

发布时间:2021-04-09 10:14 人气:

  摘 要:结合广州地铁三号线北段矿山法隧道的施工,重点论述了隧道在通过广汕公路、元岗特大桥的情况下,采用摆喷墙、三管旋喷桩、钢花管桩等超前支护以及特大桥桩基托换的一系列施工技术措施,以保证隧道顺利安全地贯通。

  关键词:摆喷墙;三管旋喷桩;钢花管桩;土体加固

  1、工程概况

  本矿山法工程为天河客运站—华师站区间北段矿山法土建工程(支YDK 645.80~支YDK0 728.118),长度82.318m;地面高程为23.75m~24.83m,隧道埋深7m~7.8m。隧道为双线单洞矿山法隧道,有两种断面,即A型断面、B型断面,其中A型断面长约47.238m,B型断面长约33.776m。A型断面开挖尺寸宽×高=12.900m×9.308m,B型断面开挖尺寸宽×高=14.700m×10.007m,两种断面之间采用错台变换。本段隧道北端与天河客运站连接,南端与盾构始发井连接,地面上方有北环高速公路的元岗特大桥桥墩基础和广汕公路,其中北环高速元岗特大桥第51号桥基有六个桥墩位于隧道斜正上方,穿过桥基的隧道断面毛洞宽为12.9m的暗挖双线单洞隧道,隧道顶至条形基础底距离约为3.82m;广汕公路共12个车道,进出城各6车道,交通繁忙,人车流量大;地下管线较多,埋置深浅不一。

  2、地质情况

  天河客运站至华师站区间北段矿山法隧道穿过花岗岩残积土层,隧道顶部为淤泥质土和砂层。砂层为主要含水层,透水性强。根据地质钻孔资料及始发井开挖揭露的地层情况知,杂填土:厚度3m~3.2m;淤泥质土:厚度为2.1m~2.6m;冲积—洪积砂层:厚度为2m~3m;砂质粘性土:厚度为6.6m~12.8m;砾质粘性土:厚度为6.6m~9.5m;全风化花岗岩:厚度为4.5m~8.3m;强风化花岗岩:厚度为7.5m~13.7m;微风化花岗岩:厚度为1.7m~2.4m。属花岗岩风化残积层区,其主要地层为花岗风化残积土和花岗岩风化带,遇水易软化崩解。地下水位较高,地面下1.5m为常水位,地震烈度为7度。

  3、工程技术、难点分析

  1)地层中因道路施工,管线施工、迁改等原因,遗留许多松散、虚空土体,且长期受水浸泡,已完全呈流态存在,给施工造成极大难度。

  2)该线路段地下水丰富。隧道结构范围内管线渗漏水、居民排水沟内的积水等水源导致地下水补给不断,止水和降水施工难以隔断外来水系和排出上层滞水,且本场地存在深厚的花岗岩风化深槽,花岗岩残积土厚度大,且多为砂质粘性土及砾质粘性土,土质的均匀性较差,为隧道主要穿过地层。花岗岩风化残积土因含砂较多,为相对含水层,且透水性较好,尤其是残积土层遇水易软化,水浸泡易发生崩解和流砂,造成地表下沉,甚至塌方。

  3)隧道为双线隧道,跨度较大,开挖断面大,围岩软弱。隧道拱部处在砂层或软弱土层,整个隧道位于遇水易软化、崩解的花岗岩残积土中,围岩类别为Ⅰ,Ⅱ类。隧道为双线隧道,跨度较大,开挖断面大,围岩软弱,整个隧道采用双侧壁导坑,CRD法工艺施工, 分部多、跨度大,施工中应力转换频繁,对围岩造成多次扰动,对地表路面和特大桥基础影响较大。

  4)该隧道所处地理环境特殊,跨越元岗立交桥、广汕路和十余道给排水、通信及煤气等管线;在施工时容易由于地表沉降而引起路面、桥基础、地下管线的破坏。

  4、主要施工措施和施工工艺

  4.1 总体思路

  1)施工前对地表、元岗特大桥以及地下管线进行加固处理,改良受影响的周围土层,以提高其抵抗不均匀沉降所造成的破坏能力。采取摆喷墙的止水帷幕、采用旋喷桩和钢花管桩对地表进行加固,以及对元岗特大桥做临时加固和基础托换处理。

  2)在隧道开挖工作中采取措施,尽可能控制隧道开挖引起的地表下沉。

  4.2 主要施工工艺

  1)地面摆喷墙加固管线。本区间隧道探明的地下管线较多,走向错综复杂。为保证地表的管线安全,现对管线周边土体进行摆喷墙施工。加固管线下方土体,以防隧道开挖后地表下沉所造成的管线破坏。摆喷孔布置间距1m,各喷射体之间形成120°夹角连接。摆喷墙采用三重管高压定喷,喷射角度120°,喷嘴作25°往复摆动,喷射墙体厚度约200mm,各喷射固结体之间竖向交叉搭接10cm~20cm,形成连续封闭的止水墙体。

  2)地表旋喷桩和钢花管桩加固土体。根据进洞前的开挖表明,该段的围岩自稳能力差,透水力强,施工期间又正值南方多雨季节,地表径流量大,渗透量大,地层软弱,对围岩土体起到较强的软化作用,极易形成坍塌涌流甚至冒顶的恶劣后果,针对此种情况采用地表旋喷桩和钢花管桩注浆加固开挖土体。其施工工艺:在地表设置旋喷桩固结隧道轮廓线部位的砂层,在旋喷桩桩径1m,旋喷范围为自隧道轮廓线外4m到隧道拱顶下1.5m,避开管线加固区,沿隧道开挖轮廓线两侧各设两排间距700mm的旋喷桩,桩长到隧道仰反拱下1m;在隧道轮廓线内设间距纵900mm横900mm的旋喷桩,梅花形布置,每纵向3m向下打设4根,在左右导洞的两根深度伸到仰拱下1m,在中导洞的两根深度伸到临时仰拱下1m。由于本区间隧道A断面横穿整个元岗特大桥,地表被元岗特大桥所占据,无法进行旋喷桩加固。因此,决定在元岗桥下的隧道上方进行地表钢化注浆处理。孔采用地质钻机进行钻孔,安设42注浆导管进行注浆,孔深在隧道两侧导洞深入仰拱下1m,中导洞深入临时仰拱下1m;钢花管尾端做成尖状;除上部5m外均钻花孔,花孔间距10cm,直径5mm,呈梅花形布置。注浆前先用高压水或稀的液浆疏通注浆通道,再压注水泥浆进行固结。

  3)元岗特大桥基础托换。本隧道贯穿条形桥基下部,隧道拱部为砂层、淤泥质土层,当隧道开挖到该桥基时,由于土层应力变化将影响到桥基,造成大桥出现沉降,甚至出现隧道塌方, 大桥塌陷的安全事故。综上确定采用桩基托换工法,经过力系转换,将条基受力通过托换梁传递到桩基上,形成新的大桥支承体系。托换结构体系主要分为永久托换结构和临时托换结构。永久托换结构采用地下两条托换主梁(TL1-2000×3000mm)、6条托换次梁(TL2-2200×1500mm)、6根桩基承载结构。托换桩为冲孔灌注桩,托换桩桩径有1.8m,1.5m,1.2m三种,桩边离暗挖隧道毛洞边0.5m,桩深43m~49m不等。临时托换结构共设24根临时支柱(600mm×500mm),2根一组共12组,每组临时支柱设一根临时转换托梁(500mm×1000mm),每根临时转换托梁上设1台250t千斤顶和2处(600mm×500mm)钢支垫。

  通过临时转换托梁上的若干个千斤顶将桥主梁协调顶起,转换放到钢支垫上,使原桥柱卸载,临时托换结构承载,形成临时支承体系。通过24处钢支垫将梁上荷载转换到托换主梁上,将桥墩柱同条基切断,凿除桥墩柱下部混凝土1.5m,使之露出钢筋并与托换次梁钢筋联合绑扎,重新浇筑混凝土形成新的支承体系,待托换次梁强度达到标准后,千斤顶联合协调复顶,落梁至墩柱上,拆除临时结构整个托换结束。

  5、监控量测

  5.1 监测目的

  由于此处开挖断面变大、建筑物现状差,因此,监控量测及信息反馈是本次施工的关键和必备技术,做到当天采集量测数据,当天数据分析,及时反馈指导第二天的施工。施工期间准确掌握地表、元岗桥、隧道的沉降和收敛情况,及时调整地表及洞内支护参数,保证地表建筑物和隧道施工的安全。

  5.2 监测项目

  监测项目主要以地表建筑物、地表沉降为主,洞内量测为辅。过广汕公路和元岗特大桥段隧道共进行了地表下沉、特大桥桩基础沉降、隧道拱顶下沉、隧道净空收敛、初支护混凝土应变力等五项监测内容。根据前期现场沉降槽监测图,隧道开挖影响地表沉降范围距离开挖中线10m左右,受隧道开挖影响最大的一般是中线位置。地表沉降监测点沿隧道开挖中心线周边布设,沿开挖方向每隔3m~5m布设一个测点,间距5.0m。同时在元岗特大桥桥墩上布设倾斜监测点。

  5.3 监测管理

  因该段区间隧道的特殊性,对监测累计沉降值(最终沉降值)进行阶段性分解,即根据地表及建筑物沉降布点和洞内布点的监测数据,结合注浆检查效果,如发现地表沉降量超出设计阶段限制值时,实施跟踪动态注浆。

  6、结语

  浅埋暗挖矿山法隧道通过摆喷墙止水帷幕、旋喷和钢花管桩地表加固、以及对元岗特大桥做临时加固和基础托换处理等一系列施工技术措施,使特殊条件下浅埋暗挖隧道,施工技术更加丰富、成熟,保证施工生产的顺利进行。

  参考文献:

  [1]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2003.29-30.

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