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妥, 有效地控制拱頂坍塌和地表沉降,防止出現涌水、流砂等現象。
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,根據地質勘察報告,其結構頂部為粉質粘土、粘質粉土,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,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,并防止漿液前沖。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 范圍內不鉆孔以防漏漿,末端焊? 6 環形箍筋,以防打設小導管時端部開裂,影響注漿管聯接,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
根據地下工程注漿施工經驗,在礫砂層、中粗砂層,圓礫層中宜選用注水玻璃漿液,礫質粘性土及砂質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 %的工業濃硫酸稀釋成18 %～20 %的稀硫酸,盛放在帶標簽的容器內待用。將40Be 的水玻璃稀釋成20Be ,水玻璃模數為2. 0～2. 4 ,盛放在帶標簽的容器內待用。根據現場地質經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 ,根據實際情況,通過現場試驗具體確定。
4. 3 　注漿參數的選擇
配比根據現場試驗情況確定,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