上海地铁旁通道冻结法施工壁后预注浆施工技术.pdf

第46卷第5期(总第328期)2009年10月出版Vol.46，No.5，Total.No.328 Oct.2009现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLINGTECHNOLOGY上海地铁旁通道冻结法施工壁后预注浆施工技术崔建军李宁王胜利（北京中煤矿山工程有限公司，北京100013）上海地铁旁通道冻结法施工壁后预注浆施工技术摘要上海地铁某旁通道完全处于砂质粉土中，且该层为微承压含水层，被上海地铁公司定为2008年风险最高的拟建旁通道。为了降低风险，确保工程的安全，进行了二次开孔前的管片壁后预注浆。地层通过预注浆处理后，打钻安装冻结管顺利，没有引发流砂、涌水等现象的发生，取得了很好的效果，为类似工程提供了值得借鉴的方法、措施和经验。关键词旁通道壁后预注浆冻结法施工中图分类号：U455.49文献标识码:A文章编号：1009-6582（2009）05-0082-04修改稿返回日期：2009-09-19作者简介：崔建军（1969-）,男,高级工程师，主要从事与地下工程和建筑物加固工程有关的施工管理及研究工作,E-mail：lining2320382.1引言上海市地铁区间隧道所处地层常常遇到松软含水地层，稳定性差，因此，在旁通道土体开挖前，必须对周围土体进行加固。用冻结法加固土体具有强度提高快、加固所需时间短、整体稳定性能高、隔水性能好等优点，所以目前上海地铁旁通道都是采用冻结法进行施工。在进行冻结法施工的过程中，打钻安装冻结管是其中重要的一个环节，对于地质条件较好的地层而言，打钻安装冻结管相对容易；但是对于地质条件差的地层（含承压水且含水量大的粉质或砂质地层）而言，直接在隧道管片上打钻安装冻结管非常困难，而且容易发生危险，造成工程事故。上海某旁通道完全处于2层砂质粉土中，且该层为微承压含水层，被上海地铁公司定为2008年风险最高的拟建旁通道。为了降低风险，确保工程的顺利进行，打钻安装冻结管之前需要进行管片壁后预注浆。但是在上述不利地层中进行打钻安装冻结管之前的壁后预注浆既没有现成的规范可以套用，也没有已完成的旁通道工程可以借鉴，只能根据多年的注浆经验，借鉴盾构推进过程中管片壁后注浆及其它注浆技术1,8，进行了管片壁后预注浆。这次打钻安装冻结管顺利，没有引发流砂、涌水等现象的发生，取得了很好的效果。2工程及地质概况上海市某隧道旁通道工程位于两站区间隧道之间，区间隧道内径5 500 mm，管片厚度350 mm。旁通道所在位置处于隧道上、下行线的中心标高分别为-14.356 m和-14.355 m，隧道中心距为12.641 m。整个旁通道由与管片相接的喇叭口、水平通道和通道下方的集水井等三个部分组成，其中通道为直墙圆弧拱结构，集水井为矩形结构。拟建旁通道位于2层砂质粉土中，该层为微承压含水层，其下部分别为3、4粉质粘土和1层砂质粉土（图1）。3壁后注浆设计与施工3.1注浆浆液参数壁后预注浆浆液采用水泥-水玻璃双液浆，其浆液配比为：水泥浆与水玻璃溶液体积比为11，其中水泥浆水灰比为11，水玻璃溶液采用B35B40水玻璃加0.5倍体积的水稀释。82第46卷第5期(总第328期)2009年10月出版Vol.46，No.5，Total.No.328 Oct.2009现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLINGTECHNOLOGY上海地铁旁通道冻结法施工壁后预注浆施工技术图1旁通道地层分布示意Fig.1Strata distribution around the cross passage3.2注浆孔布置注浆范围为旁通道中心线左右两侧各五环管片（其中靠近旁通道中心线左右两侧各两环为金属管片），覆盖整个冻结管安装区域，见图2和图3。图2旁通道注浆区域分布正视图Fig.2Elevation of cross passage grouting region distribution图3旁通道注浆区域分布侧视图Fig.3Side view of cross passage grouting region distribution利用管片上预留的注浆孔进行壁后预注浆，其中隧道上行线和下行线注浆方案相同，完全对称；同一隧道内旁通道中心线左右两侧的注浆情况也是完全相同的。以上行线旁通道中心线右侧为例，说明注浆孔的布置情况：紧挨旁通道中心线右侧为两片金属管片，第一块钢管片上没有预留注浆孔，第二块钢管片上有四个预留注浆孔，缺少顶部预留注浆孔。三块混凝土管片上都有5个预留注浆孔，分别为顶部注浆孔、斜上注浆孔、腰线注浆孔、斜下注浆孔和底部注浆孔。3.3注浆方式注浆管采用32的花管，前端带有密封尖头，插入壁后的长度为25 cm，与隧道预留注浆孔连接采用特制的孔口密封装置（图4）。壁后预注浆遵循先外侧后内部的原则，且注浆过程中注浆压力不能超过0.5 MPa。先注旁通道中心线两侧的3#混凝土管片，注浆完毕停止24个小时，然后注隧道底部孔和顶部孔，再停止24个小时，遵循先外侧后内部的原则对剩余的预留注浆孔进行注浆。图4注浆管布设示意Fig.4Lay out of grouting pipes3.4浆液用量根据二次开孔安转冻结管的需要，设计注浆层厚度L=0.11 m，由前文给出的注浆范围可计算理论注浆量Q。Q=(R+D+L2)2-(R+D)2nS（1）式中R隧道内径，R取2.75 m;D管片厚度，D取0.35 m;L设计注浆层厚度，L取0.11 m;S管片宽度，S取1.2 m。由公式（1）计算的最终理论注浆量为26.2 m3，考虑到地层含水量大且为砂质粉土，取2倍的安全系数，注浆总量取为53 m3。根据实际预留注浆孔情83第46卷第5期(总第328期)2009年10月出版Vol.46，No.5，Total.No.328 Oct.2009现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLINGTECHNOLOGY上海地铁旁通道冻结法施工壁后预注浆施工技术况及现场施工方便的需要，设计每一个预留孔的注浆量见表1，实际总注浆量为54 m3。表1各预留孔注浆量Table 1Reservation capacity of each grouting bore4注浆加固效果本次壁后预注浆于2008年12月8日开始，到12月15日停止,12月16日开始打钻安转冻结管，二次开孔安转冻结管过程中没有出现流砂、涌水现象，注浆效果示意图见图5。图5注浆效果示意Fig.5Grouting effect旁通道于2009年1月10日完成打钻工作，1月15日开始进行冻结，2月28日开始拉管片试挖，管片拉开以后，我们获得了壁后注浆的实际效果，见图6和图7。图6为管片拉开后的正视图，在管片拉开之后，可以看到注浆形成的均匀保护层，图中两个洞是人为将注浆保护层凿开后形成的。图7为旁通道开挖之后从侧面观测到的注浆效果，注浆保护层均匀、密实且强度高，与钢管片结合紧密，形成一体。注浆保护层厚度大约在15 cm左右，大于设计值11cm，有效的防止了二次开孔安装冻结管过程中流沙、涌水现象的发生。图6实际注浆效果正视图Fig.6Elevation of practical grouting effect图7实际注浆效果侧视图Fig.7Side view of practical grouting effect5小结（1）通过进行壁后预注浆，有效地防止了二次开孔安装冻结管过程中流沙、涌水现象的发生。（2）由现场开孔打钻效果及开挖旁通道观察到的注浆情况，可以证明本次壁后预注浆选材正确、设计合理。（3）此次壁后预注浆在旁通道冻结工程中的成功应用，为类似特殊地质条件下的工程施工提供了值得借鉴的方法、措施和经验。管片孔位2#钢管片/m31#混凝土管片/m32#混凝土管片/m33#混凝土管片/m3顶部孔00.90.90.9斜上孔0.90.450.450.45腰线孔0.90.450.450.45斜下孔0.90.450.450.45底部孔0.90.90.90.984第46卷第5期(总第328期)2009年10月出版Vol.46，No.5，Total.No.328 Oct.2009现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLINGTECHNOLOGY上海地铁旁通道冻结法施工壁后预注浆施工技术参考文献References1岳丰田，张水宾，李文勇，黄海滨.地铁联络通道冻结加固融沉注浆研究J.岩土力学,2008,29(8):22832286Yue Fengtian,Zhang Shuibin,Li Wenyong,Huang Haibin.Study on thaw settlement grouting applied to connected aisleconstruction with artificial ground freezing method in metro tunnelJ.Rock and Soil Mechanics,2008,29(8):228322862郭志超,丁庆军,田焜.盾构隧道新型水玻璃注浆材料的研究J.施工技术,2008,37(10):2528Guo Zhichao,Ding Qingjun,Tian Kun.Research on sodium silicate grouting materials in shield tunnelJ.Construction Technology,2008,37(10):25283杨晓华,俞永华.水泥-水玻璃双液注浆在黄土隧道施工中的应用J.中国公路学报,2004,17(2):6872Yang Xiaohua,Yu Yonghua.Application of 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