CRD法在大跨度隧道掘進中的應用摘要:結合深圳地鐵工程實例,介紹暗挖大跨度區(qū)間隧道采用CRD“四步法”、“六步法”的具體施工步驟,以“分步開挖,化整為零,各自封閉成環(huán)”的原則,是合理可行的。施工后地表沉降最大僅為24mm,能最大限度地降低隧道施工對周邊環(huán)境的影響。關鍵詞:地鐵大跨度隧道四步法六步法施工 深圳地鐵大劇院—科學館站區(qū)間隧道全長2290.41m(單線),為左右兩條單線隧道,暗挖法施工。 洞內設置一處縮短單渡線和一處地鐵2號線聯(lián)絡預留接口(見圖1)。隧道結構類型有單孔單線、雙孔雙線、三孔三線,喇叭口單孔雙線四種結構類型。設計開挖斷面由33.75m2逐漸增大到112m2,結構形式復雜,斷面變化多達11種,斷面變化點有22處,斷面開挖最大高度10m,最大寬度19.901m。施工方法為:單孔單線到單孔雙線根據(jù)開挖斷面逐漸增大,采取上、下臺階法、CRD“四步法”、CRD“六步法”開挖;雙孔雙線采用中洞法施工;三孔三線采用雙中洞法施工。工法和施工工序轉換頻繁,施工難度大,技術要求高。本文介紹大跨度區(qū)間暗挖隧道施工的CRD“四步法”、CRD“六步法”。
1超前預加固 施工中,開挖前對圍巖采取了預支護等輔助施工措施,一般地段在隧道拱部150°范圍內采用小導管注漿加固;對流塑狀黏性土地段拱部采用水平旋噴樁加固;在邊墻和底部采用小導管注漿加固;掌子面采用封閉小導管注漿加固。從而確保了區(qū)間隧道掘進的施工安全。 1)小導管注漿超前預加固參數(shù):小導管為熱軋無縫鋼管,外徑42mm,壁厚4mm,長度3.5m,制成鋼花管。環(huán)向間距為30cm,縱向間距為2.0m。施工時超前小導管緊靠開挖面的格柵鋼架為支點打入,然后注漿,形成超前支護環(huán)后進行開挖,每開挖50cm后立即架立格柵鋼架,噴錨支護。小導管搭接長度不小于1m,外插角采用18°。注漿漿液:一般地段采用425號普通硅酸鹽水泥漿液,水灰比為0.6~1,漿液里添加2%的氯化鈣;流塑狀黏性土地段,采用水泥水玻璃雙液漿,水泥漿與水玻璃的體積比為1：1,水灰比采用0.6~1,水玻璃濃度為35波美度,添加5%的氫氧化鈣速凝劑、3%的磷酸氫二鈉緩凝劑,注漿壓力0.5~1.0MPa。 2)水平旋噴樁預加固及掌子面封閉注漿參數(shù): (1)水平旋噴樁:加固長度10.5m;鉆孔填充長度3.5m;循環(huán)長度4.9m;水平旋噴樁直徑Φ500mm;外插角5°;環(huán)向間距開孔0.30m、終孔0.35m。 (2)掌子面注漿管采用Φ42mm;袖閥管長7m;循環(huán)加固長度4.9m;掌子面采用C20網(wǎng)噴混凝土封閉厚300mm;采用后退式注漿,后退長度0.6m;漿液擴散半徑0.6m;注漿量0.54m/m3;注漿壓力0.5~1.2MPa。 3)水平旋噴樁施工時,先用水平鉆機鉆孔。橫向高壓旋噴鉆機就位時,機座要平穩(wěn),孔位誤差不得大于50mm,傾角與設計誤差一般不得大于0.5°。鉆進過程中,在鉆孔前端加設限位卡,嚴格控制水平旋噴加固體外插角和分叉偏差,以確保每根加固體的準確定位和加固體之間的咬合厚度。一旦發(fā)現(xiàn)偏斜,特別是向下偏斜,應及時糾偏。采用水泥漿回灌鉆孔,然后重新開孔的方法進行糾偏。2CRD“四步法” 喇叭口單孔雙線段的SK3+449~+424段、SK3+341.29~+366.29段,地質為強風化花崗巖,褐紅色,中粗粒斑狀結構、塊狀構造,屬III類圍巖。施工時,采用小導管超前注漿加固。2號線接口喇叭SK3+278～+303.66段地質為流塑狀黏性土,褐紅色、褐黃色,含水飽和、呈流塑狀,為中高壓縮性土,屬II類圍巖。施工時,采用水平旋噴樁和小導管注漿超前預加固。該三段區(qū)間隧道開挖寬度小于10m,開挖高度小于8m,采用CRD“四步法"掘進初支。 開挖施工時,各開挖部位掌子面間要錯開一定的距離,一般為5~8m,以減小同步開挖相互間的影響及引起地表較大沉降。具體施工步驟見表1。3CRD“六步法” 喇叭口單孔雙線段的SK3+424~+399.145段、SK3+366.29~+391.145段,地質為強風化花崗巖,褐紅色,中粗粒斑狀結構、塊狀構造,屬III類圍巖。施工時,采用小導管超前注漿加固。 2號線接口喇叭SK3+238.66～+278段地質為流塑狀黏性土,褐紅色、褐黃色,含水飽和、呈流塑狀,為中高壓縮性土,屬II類圍巖。施工時,采用水平旋噴樁和小導管注漿超前預加固。該三段區(qū)間隧道開挖寬度大于10m,開挖高度大于8m,采用CRD“六步法”掘進初支。 具體施工步驟見表2。4結語 1)圍巖材料的結構模式采用Druber-Pnagen(D-P)模型,隧道結構與地層在開挖過程中發(fā)生非線形變形特性。計算程序采用ANSYSV5.5版分析軟件。計算中土體和隧道結構采用六面體8節(jié)點實體單元。根據(jù)計算結果分析得出:通過對各部開挖施工錯開距離的模擬計算,在確定的錯開距離范圍內,可有效地將地表沉降控制在30mm以內;因仰拱二襯施工,需拆除中隔墻和橫隔墻,通過計算,一次拆除最大長度不超過8m,否則會發(fā)生較大變形。 2)大跨度區(qū)間暗挖隧道一般地段采用超前小導管注漿加固;軟弱圍巖地段采用水平旋噴樁,小導管注漿和掌子面封閉注漿超前預加固;洞室采用“CRD”工法,采用“分步開挖,化整為零,各自封閉成環(huán)”的原則。分步開挖、襯砌是合理可行的。施工實踐表明,依據(jù)模擬計算所確定的施工參數(shù)進行施工,可使施工后地表沉降最大僅為24mm,能最大限度地降低隧道施工對周邊環(huán)境的影響,有效地保證了隧道施工及周圍建筑的安全。 3)新奧法施工初噴混凝土厚度一般在30cm左右,基本與二次襯砌混凝土數(shù)量不相上下。提高混凝土濕噴工藝水平極其重要,不僅關系到施工進度,更重要的是關系到施工安全。常規(guī)的方法一次噴射混凝土厚度只能達到6cm;如摻入微量硅粉,一次噴射混凝土厚度可達10cm以上。
1超前預加固 施工中,開挖前對圍巖采取了預支護等輔助施工措施,一般地段在隧道拱部150°范圍內采用小導管注漿加固;對流塑狀黏性土地段拱部采用水平旋噴樁加固;在邊墻和底部采用小導管注漿加固;掌子面采用封閉小導管注漿加固。從而確保了區(qū)間隧道掘進的施工安全。 1)小導管注漿超前預加固參數(shù):小導管為熱軋無縫鋼管,外徑42mm,壁厚4mm,長度3.5m,制成鋼花管。環(huán)向間距為30cm,縱向間距為2.0m。施工時超前小導管緊靠開挖面的格柵鋼架為支點打入,然后注漿,形成超前支護環(huán)后進行開挖,每開挖50cm后立即架立格柵鋼架,噴錨支護。小導管搭接長度不小于1m,外插角采用18°。注漿漿液:一般地段采用425號普通硅酸鹽水泥漿液,水灰比為0.6~1,漿液里添加2%的氯化鈣;流塑狀黏性土地段,采用水泥水玻璃雙液漿,水泥漿與水玻璃的體積比為1：1,水灰比采用0.6~1,水玻璃濃度為35波美度,添加5%的氫氧化鈣速凝劑、3%的磷酸氫二鈉緩凝劑,注漿壓力0.5~1.0MPa。 2)水平旋噴樁預加固及掌子面封閉注漿參數(shù): (1)水平旋噴樁:加固長度10.5m;鉆孔填充長度3.5m;循環(huán)長度4.9m;水平旋噴樁直徑Φ500mm;外插角5°;環(huán)向間距開孔0.30m、終孔0.35m。 (2)掌子面注漿管采用Φ42mm;袖閥管長7m;循環(huán)加固長度4.9m;掌子面采用C20網(wǎng)噴混凝土封閉厚300mm;采用后退式注漿,后退長度0.6m;漿液擴散半徑0.6m;注漿量0.54m/m3;注漿壓力0.5~1.2MPa。 3)水平旋噴樁施工時,先用水平鉆機鉆孔。橫向高壓旋噴鉆機就位時,機座要平穩(wěn),孔位誤差不得大于50mm,傾角與設計誤差一般不得大于0.5°。鉆進過程中,在鉆孔前端加設限位卡,嚴格控制水平旋噴加固體外插角和分叉偏差,以確保每根加固體的準確定位和加固體之間的咬合厚度。一旦發(fā)現(xiàn)偏斜,特別是向下偏斜,應及時糾偏。采用水泥漿回灌鉆孔,然后重新開孔的方法進行糾偏。2CRD“四步法” 喇叭口單孔雙線段的SK3+449~+424段、SK3+341.29~+366.29段,地質為強風化花崗巖,褐紅色,中粗粒斑狀結構、塊狀構造,屬III類圍巖。施工時,采用小導管超前注漿加固。2號線接口喇叭SK3+278～+303.66段地質為流塑狀黏性土,褐紅色、褐黃色,含水飽和、呈流塑狀,為中高壓縮性土,屬II類圍巖。施工時,采用水平旋噴樁和小導管注漿超前預加固。該三段區(qū)間隧道開挖寬度小于10m,開挖高度小于8m,采用CRD“四步法"掘進初支。 開挖施工時,各開挖部位掌子面間要錯開一定的距離,一般為5~8m,以減小同步開挖相互間的影響及引起地表較大沉降。具體施工步驟見表1。3CRD“六步法” 喇叭口單孔雙線段的SK3+424~+399.145段、SK3+366.29~+391.145段,地質為強風化花崗巖,褐紅色,中粗粒斑狀結構、塊狀構造,屬III類圍巖。施工時,采用小導管超前注漿加固。 2號線接口喇叭SK3+238.66～+278段地質為流塑狀黏性土,褐紅色、褐黃色,含水飽和、呈流塑狀,為中高壓縮性土,屬II類圍巖。施工時,采用水平旋噴樁和小導管注漿超前預加固。該三段區(qū)間隧道開挖寬度大于10m,開挖高度大于8m,采用CRD“六步法”掘進初支。 具體施工步驟見表2。4結語 1)圍巖材料的結構模式采用Druber-Pnagen(D-P)模型,隧道結構與地層在開挖過程中發(fā)生非線形變形特性。計算程序采用ANSYSV5.5版分析軟件。計算中土體和隧道結構采用六面體8節(jié)點實體單元。根據(jù)計算結果分析得出:通過對各部開挖施工錯開距離的模擬計算,在確定的錯開距離范圍內,可有效地將地表沉降控制在30mm以內;因仰拱二襯施工,需拆除中隔墻和橫隔墻,通過計算,一次拆除最大長度不超過8m,否則會發(fā)生較大變形。 2)大跨度區(qū)間暗挖隧道一般地段采用超前小導管注漿加固;軟弱圍巖地段采用水平旋噴樁,小導管注漿和掌子面封閉注漿超前預加固;洞室采用“CRD”工法,采用“分步開挖,化整為零,各自封閉成環(huán)”的原則。分步開挖、襯砌是合理可行的。施工實踐表明,依據(jù)模擬計算所確定的施工參數(shù)進行施工,可使施工后地表沉降最大僅為24mm,能最大限度地降低隧道施工對周邊環(huán)境的影響,有效地保證了隧道施工及周圍建筑的安全。 3)新奧法施工初噴混凝土厚度一般在30cm左右,基本與二次襯砌混凝土數(shù)量不相上下。提高混凝土濕噴工藝水平極其重要,不僅關系到施工進度,更重要的是關系到施工安全。常規(guī)的方法一次噴射混凝土厚度只能達到6cm;如摻入微量硅粉,一次噴射混凝土厚度可達10cm以上。