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宁夏十一选五:城市軌道交通區間隧道巖溶處理施工技術探討

時間:2012-07-20 11:17:11  來源:  

宁夏十一选五 www.dfigg.com 摘  要:為解決盾構在地鐵隧道掘進過程穿越巖溶區域技術難題,結合武漢市地鐵2號線洪山廣場—中南路區間巖溶地質分布情況及在盾構推進對巖溶區域的處理方法、盾構機性能改進及掘進采取的技術措施等方面進行探討,為武漢地區類似工程提供參考和借鑒。
關鍵詞:地鐵隧道、巖溶處理、盾構機性能改進
一、工程概況
1、設計概況
武漢地鐵二號線一期工程洪山廣場站~中南路站區間基本沿中南路道路中心布置,洪山廣場站與中南路站均為二號線和四號線換乘站。二號線區間線路總長705m(雙線),四號線區間線路總長709m(雙線)。區間采用盾構法施工。

洪山廣場站~中南路站區間線路平面圖
2、地質條件
(1)主要地層分布情況:
洪山廣場站~中南路站區間二號線右線主要穿越(10-2)層碎石粘土、(11-1) 粉砂、(11-2a) 粉質粘土、(16a-3)石灰巖、(18b-2)泥灰巖、(18c-2)泥巖、(18d-2)石灰巖、(18b-4)溶洞,四號線右線主要穿越(7-2) 粉質粘土、(10-2)層碎石粘土、(11-1) 粉砂、(18b-2)泥灰巖、(18c-2)泥巖、(18d-2)石灰巖層、(18b-4)溶洞。


洪山廣場—中南路隧道區間地質斷面圖
(2)巖溶分布情況:
在洪山廣場北面100m的炭質灰巖(地層代號17c)及廣場南面400m范圍內的灰巖、泥質灰巖(地層代號16a、18d、18b)中存在巖溶。從廣場南、北遇見可溶性碳酸鹽類巖石的18個鉆孔中,有8個鉆孔遇到溶洞,見洞率占44.4%,洞高范圍為0.70~3.30m。其中,廣場以北的溶洞標高一般在11.74~5.84m之間,基本為全充填,鉆探時未見漏水現象;廣場以南的溶洞標高一般在7.78~-2.02m之間,為半充填或空洞,鉆探時有漏水現象,巖溶水水量較大。
二、巖溶處理必要性
 1、盡量避免盾構機突陷等事故及隧道結構后期沉降過大。盾構機本體重320t,長12m,其重心約在前3.2m處。掘進時隧道底部若突現大于3.2m以上的空洞或極軟弱地層可能致使盾構機栽頭或陷落。     
2、防止地表塌陷和過大沉降。隧道洞身周圍3m范圍內的溶洞要密實充填并注漿固結,有利于建立土壓平衡,防止坍塌,要對處理區與外界開放連通的主要地下水裂隙通道進行封閉,防止大量失水以減少地表沉降。
3、滿足永久隧道結構的承載力、變形、防水要求。溶洞填充物和灰巖承載力有很大的差別。通過對地層進行處理,提高填充物的承載力,減小不同地層之間的差異沉降,減少管片滲漏,以滿足地鐵正常運營。   
三、補充勘察
在溶洞的地段區域進行地鐵隧道施工時,應綜合考慮該地區的溶洞類型、分布、所屬巖層的穩定性、以及地下水文情況等各種相關因素[1],為確保探明溶洞的分布與填充狀況,在工程初勘和詳勘工作成果基礎上,采用以鉆探為主,多種方法聯合運用相互驗證的綜合探測方案。
首先采用高密度電阻率法進行地面物探,總體探查溶洞分布情況。然后在地面物探工作基礎上,利用部分加密鉆孔,采用電磁波深孔CT剖切面勘查,判斷溶洞邊界。然后結合溶洞注漿孔布置,進行加密鉆孔,直觀掌握溶洞及充填物狀況。
1、補勘范圍:二號線起點里程ZK18+705.210—ZK19+055.210)350m范圍,四號線起點里程ZK18 + 775.375—ZK19 + 282.394)350m范圍,即洪山廣場至中南二路之間。
2、補勘點數為17個,位置均在中南路面上,具體點位見下圖(考慮到中南路交通情況補充勘察孔發現溶洞,將該勘察孔作為底面注漿孔,避免二次鉆孔)。


 
洪中隧道區間線路補勘布點圖
3、巖溶發育情況具體如下表:

鉆孔

編號

溶洞發育

深度( m

標高( m

洞高( m

充填情況

Jz4- 06 -XH-15

21.50-22.80

11.7-10.44

1.30

全充填可塑粘性土夾碎石

26.40-27.40

6.84-5.84

1.00

全充填流塑粘性土夾碎石

Jc4- 06 -XH-15t

23.70-24.80

9.52-8.42

1.10

全充填可塑粘性土夾碎石

Jz4- 06 -HZ-03

26.80-28.80

5.51-3.51

2.00

半充填可塑粘性土夾碎石,漏水

Jz4- 06 -HZ-04

23.50-24.00

9.12-8.62

0.50

半充填可塑粘性土夾碎石,漏水

Jz4- 06 -HZ-05

32.00-32.70

0.78-0.08

0.70

空洞,鉆探漏水

Jc4- 06 -HZ-05t

25.00-28.30

7.78-4.48

3.30

半充填流塑粘性土夾碎石,漏水

Jz4- 06 -HZ-06

23.10-24.80

9.24-7.54

1.70

全充填硬塑粘性土夾碎石

Jc4- 06 -HZ-07t

26.50-28.30

5.50-3.70

1.80

半充填可塑粘性土夾碎石,漏水

Jz4- 06 -HZ-08

31.10-34.00

0.88--2.02

2.90

半充填軟塑粘性土夾碎石,漏水


四、 巖溶處理范圍
隧道底板以下5m內且位于隧道投影范圍的溶土洞必須處理。對高風險區5m 外的溶洞按照后跨比(硬殼厚度/洞口高度)大于等于0.5可判定為安全不處理,否則處理。對隧道平面投影外的,在隧道范圍3m外根據計算模型,按填充處理 [2] 。
 

盾構隧道地層加固示意圖(單位:mm)
1、巖溶處理重點
巖溶處理重點為隧道下部填充物為淤泥、松散砂層、軟塑狀泥炭質粘土(承載力40~80kPa)的溶洞和無填充溶洞及半填充溶洞,處理深度為隧底5m。對隧道中線底部,采用袖閥管水泥漿注漿加固。隧道洞身周圍3m范圍內的溶洞要密實充填并注漿固結,有利于建立土壓平衡,防止坍塌。
2、全填充溶洞注漿擴散半徑
當填充物為粘土、粉質粘土和泥炭質土時按照1~1.5m設計,填充物為砂、碎塊時按照3m設計,利用補充鉆探孔并將注漿孔間距加密至2.5m。
 五、溶洞處理施工順序
1、全區先對周圈開放連通的裂隙通道封閉注漿,然后處理中間區域,以確保注漿效果,減少注漿損失。
2、先加固水源一側,添加速凝劑,以確保注漿效果。     
3、中間區域補充孔跳躍施工,以防止跑漿、竄漿現象。     
4、先對無填充、半填充溶洞填砂處理,然后再進行其它溶洞注漿填充處理。    
六、巖溶處理施工方法及工藝
1、巖溶注漿
(1)無填充溶洞和半填充溶洞處理
對大于2m以上的無填充溶洞和半填充溶洞,在原鉆孔附近(約0.6m)補鉆一個ф127的投砂孔,填砂處理,后采用注漿加固的方法,對小于2m的無填充溶洞和半填充溶洞,直接注漿填充。     
(2)全填充溶洞處理
采用壓力注漿的方法進行填充加固,注漿壓力從低到高,間歇、反復壓漿。主要采用PVC袖閥管注漿工藝。
(3)注漿材料
周邊孔:純水泥漿+速凝劑;中央孔:純水泥漿。     
(4)注漿終止標準。
注漿終止采用了雙重標準:注漿終壓達到設計終壓,注漿量達到設計注漿量的80%;或雖未達到設計終壓,但注漿量已達到設計注漿量,即可結束注漿。
(5)注漿加固效果檢查
①檢測方法:采用鉆孔取芯,作抗壓試驗為主,抽水試驗為輔(左右線各作1個,盡量設在換刀位置),溶洞填充物為砂層,作滲透系數試驗。     
②檢測標淮:隧道周邊加固范圍:試塊無側限抗壓強度≥0.3MPa;隧道中心加固范圍:試塊無側限抗壓強度≥0.5MPa;滲透系數≤1.0×10-7cm/s。
2、盾構機性能的改進與掘進技術措施
(1)對盾構機設計的重要改進
為適應區間巖層復雜的地質條件(中風化、弱風化灰巖、炭質灰巖,強度特征值達到96.8MPa),對盾構機設計作了重要改進,使用國內性能最好的盾構機施工,刀盤驅動功率由945kW增至1200kW,并改善了扭矩特性曲線,使盾構機在較高轉速下扭矩得到較大提高。
采用重型刀座及刀具,滾刀配置到40刃,減小刀間距增強了破巖能力。
在盾構機正面區設置了4個鉆探注漿孔,配置30m自動鉆探鉆機,可對隧道斷面內實施超前地質鉆探預報與注漿加固。
(2)盾構掘進技術措施:
①嚴格控制盾構機掘進姿態
盾構機刀盤切削面地層軟硬不均,方向不容易控制。按照給定的容許偏差值進行控制,當接近偏差值時及時調整。減緩掘進速度,使刀盤上下部位掘進的瞬間受力盡量相同,減少盾構機的仰俯現象。
②做好碴樣分析和管理
溶洞段掌子面及圍巖自穩性較差和可能出現涌水,掘進中密切觀察出土排碴量、碴土成分和含水量等,分析判斷前方地層異常,做好盾構超前鉆探和雙液注漿加固溶洞地層準備。另外,嚴格控制出碴量,維持掘進速度與出碴量的相對平衡。
③管片背襯注漿
足量同步注漿,并及時進行二次雙液注漿,對地下水通道進行封堵,穩固管片。
④確保鉸接密封和盾尾密封的防水效果
進入溶洞段前,對鉸接密封和盾尾密封進行認真的檢查、維護和調整。掘進時,嚴格控制各鉸接油缸的行程差,確保鉸接密封效果。加強對盾尾刷密封油脂的注入檢查,確保其密封的防滲漏效果。
3、施工注意事項
在場地地質勘查階段揭示的溶、土洞及在高風險區內的溶洞必須進行相應的填充加固處理。但在進行洞體的填充加固處理之前,必須探明周圍待處理區域范圍內的市政管線等的具體分布情況,并進行拆除、遷改、懸吊?;さ卻澩朧?,盡量避免在巖溶處理加固施工期間施工受阻或正在使用的管線遭到施工破壞。
應急措施:
(1)在地鐵隧道開挖施工前,應對各種現場施工事故發生的可能性進行預計和評估,做好充分準備,以便事故發生時進行及時的搶險和加固措施;
(2)儲備回填、封堵的必要器材和材料,以備鉆孔塌陷或突水事故發生時能第一時間進行處理。
 ?。?)在進行注漿施工過程中,為防止孔口漿液溢出,應采取經濟合理的技術措施進行封孔。地面注漿施工結束后,注漿孔應進行充分的封填和密實,確保隧道中施工的安全。
七、結束語
武漢地鐵二號線洪山廣場至中南路區間隧道2、4號線溶洞處理在借鑒廣州地鐵5號線、廣州地鐵三號線北延伸段巖溶注漿處理技術成功經驗的基礎上根據本場區實際情況在地面注漿結合盾構機性能改進,盾構推進過程中揭示總體充填加固效果良好,目前盾構掘進已安全穿越巖溶地段。
地鐵隧道施工中受周邊諸多因素影響,鑒于目前對巖溶范圍確定手段相對單一,補充勘察、地質雷達均較難準確判別溶洞范圍,巖溶處理難度相對較大,應綜合考慮該地區的溶洞類型、分布范圍、深度、大小及溶洞填充狀態,制定科學、經濟合理處理方案并精心組織施工,保證隧道施工及運行階段使用安全。
參考文獻:
[1]黃繼勇、何現啟.淺談巖溶地段隧道處理措施[J].巖土工程界.2008(1):57-59
[2]廣州市軌道交通三號線北延伸施工階段巖溶及孤石補勘總體原則及技術要求.[S].廣州地下鐵道設計研究院.2008
[3]羅俊成、史海鷗.多種地質構造交匯帶巖溶發育區的地鐵隧道設計[J].廣東土木與建筑.2002(2):20-22

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武漢市堤角至漢口北地方鐵路第三標段
漢口北停車場項目部
付曉陽
二O一一年十二月

 

 

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