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軟弱砂層長(zhǎng)距離下穿既有暗渠技術(shù)措施的應(yīng)用

來源:期刊VIP網(wǎng)所屬分類:路橋建設(shè)時(shí)間:瀏覽:

  摘要:文章敘述了沈陽地鐵二號(hào)線第八合同段將既有管線防滲處理和隧道內(nèi)采用的多項(xiàng)技術(shù)措施應(yīng)用與城市地下暗挖隧道初期支護(hù)施工過程中,重點(diǎn)解決既有管線與初支施工之間構(gòu)成的相互影響問題,為今后城市地下暗挖隧道初期支護(hù)中的類似問題提供指導(dǎo)性意義。

  關(guān)鍵詞: 軟弱砂層,長(zhǎng)距離,下穿既有暗渠,措施

  一、工程概況

  沈陽市地鐵二號(hào)線一期土建工程第八合同段市府廣場(chǎng)站-青年大街站區(qū)間(以下簡(jiǎn)稱市-青區(qū)間)全長(zhǎng)1204.555雙線米,采用淺埋暗挖法施工,區(qū)間正線斷面結(jié)構(gòu)形式多達(dá)10種,且斷面變化頻繁。其線路基本位于青年大街下方,道路兩側(cè)為現(xiàn)有企事業(yè)單位、學(xué)校、商鋪和住宅。而青年大街為沈陽主要交通干道,路面交通量大。線路地下管網(wǎng)密集,主要沿青年大街分布,包括給水、電信、電力、熱力、煤氣、排污等。其中包括兩條斷面較大的污水渠,沿線路走向并與線路多次平面交叉,尺寸分別為2.00x1.50m和2.4x1.68m,基底豎直方向距結(jié)構(gòu)拱頂2.4~12m。

  市-青區(qū)間正線地層以砂礫石層為主,在埋深2-12m范圍內(nèi)存在一個(gè)松散的中粗砂層,自穩(wěn)性較差,松散砂層涵蓋整個(gè)市-青區(qū)間所有斷面拱部及其拱頂覆土。

  二、 既有暗渠現(xiàn)狀分析

  東、西暗渠基本位于隧道上方,并與區(qū)間正線多次交叉,根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場(chǎng)踏勘結(jié)果并結(jié)合沈陽市排水處檔案資料,東、西暗渠管底埋深在3米左右位于區(qū)間結(jié)構(gòu)上方2.4~8米處(埋設(shè)最近處為市-青區(qū)間1號(hào)豎井橫通道),污水管渠管底坡度比較平緩在3‰左右;東、西暗渠為1955年沿青年大街修建,流向?yàn)樽员毕蚰稀D壳皷|暗渠在使用過程中,東暗渠中現(xiàn)在水位高度在0.3米左右流速一般,部分已有滲漏水現(xiàn)象存在。西暗渠目前沒有進(jìn)行使用,但是在雨季青年大街西側(cè)的雨水將通過西暗渠進(jìn)行排放。經(jīng)分析軟弱砂層長(zhǎng)距離下穿既有暗渠施工主要存在以下重大風(fēng)險(xiǎn):

  1、軟弱砂卵石地層施工對(duì)超前支護(hù)要求高,超前支護(hù)參數(shù)及漿液控制難度大,稍有疏忽,極易發(fā)生掌子面坍塌現(xiàn)象;

  2、軟弱砂卵石地層施工沉降控制難度大,極易出現(xiàn)隧道上方管線因沉降過大而導(dǎo)致開裂現(xiàn)象,從而造成更大的安全隱患;

  3、既有排水管線使用年限均較長(zhǎng),管線自身強(qiáng)度較低,抗沉降性能較底,均不同程度的存在滲漏水現(xiàn)象,對(duì)隧道的安全施工存在較大影響;

  4、既有排水管線均具有單一性,一旦發(fā)生管線破裂而引起的隧道掌子面坍塌事故,引流或截留極為困難,很可能出現(xiàn)短時(shí)期內(nèi)對(duì)隧道掌子面的連續(xù)沖刷,引起災(zāi)難性事故。

  三、下穿既有暗渠施工技術(shù)措施

  在進(jìn)行市-青區(qū)間正線施工過程中,保證既有東、西暗渠的結(jié)構(gòu)安全是核心目標(biāo),是制定施工方案和技術(shù)措施的出發(fā)點(diǎn)。主要目的在于盡量減少施工沉降對(duì)東暗渠的影響及減少暗渠自身滲漏水對(duì)施工的影響兩個(gè)方面。

  在施工中的主要技術(shù)包括洞內(nèi)及洞外兩個(gè)方面。洞內(nèi)主要技術(shù)措施采用加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、超前支護(hù)及初支背后回填注漿等方面來減少施工沉降對(duì)東暗渠的影響;洞外主要技術(shù)措施采用對(duì)東暗渠進(jìn)行防滲處理和暗渠內(nèi)增設(shè)剛性導(dǎo)流管的方式來減少東暗渠自身滲漏水對(duì)施工的影響和防止災(zāi)難性事故的出現(xiàn)。

  1、處理措施范圍

  既有暗渠內(nèi)處理措施的范圍根據(jù)一般污水管線對(duì)周邊環(huán)境的影響確定如下:位于區(qū)間正線正上方5m范圍以內(nèi)的東暗渠采用隧道內(nèi)+既有暗渠內(nèi)技術(shù)措施進(jìn)行處理;位于區(qū)間正線正上方5m范圍以外的東暗渠只采用隧道內(nèi)技術(shù)措施進(jìn)行處理。根據(jù)此項(xiàng)進(jìn)行劃分,市-青區(qū)間共有880m需要采用隧道內(nèi)+既有暗渠內(nèi)技術(shù)措施進(jìn)行處理。

  2、既有暗渠內(nèi)處理措施

  2.1 既有暗渠防滲處理

  綜合考慮各個(gè)方面因素,本著以減少東暗渠對(duì)區(qū)間暗挖施工影響為主的主導(dǎo)思想,擬對(duì)東暗渠采取防滲處理的方式為采用高強(qiáng)度防腐蝕特種帆布材料+角鋼剛性骨架的形式進(jìn)行。

  由于東暗渠使用時(shí)間長(zhǎng),且主要以污水排放為主,因此在鋪設(shè)帆布前先對(duì)暗渠底部的淤泥進(jìn)行處理,以保證防水帆布的順利施作和工作性能。在淤泥清理和暗渠內(nèi)鋪設(shè)臨時(shí)導(dǎo)流管完畢后,在基本無水作業(yè)的暗渠內(nèi)鋪設(shè)防水帆布,特種防水帆布采用定制長(zhǎng)度、寬度,一次鋪設(shè)成型,帆布的沿暗渠流向方向的兩端采用粘扣+防水膠連接,防水帆布與暗渠壁的連接采用角鋼+膨脹螺栓連接。由于既有暗渠為矩形斷面,為保證特種防水帆布與既有暗渠結(jié)構(gòu)的密貼性,確保既有暗渠內(nèi)的污水通過特種防水帆布形成的排水通道進(jìn)行排放,在特種防水帆布鋪設(shè)完成后采用角鋼骨架對(duì)特種防水帆布進(jìn)行固定。角鋼骨架為矩形斷面,四邊分別位于矩形暗渠的四個(gè)角,沿暗渠流向設(shè)置,每個(gè)角鋼骨架的間距為15-20m,剛性骨架采用洞外制作洞內(nèi)連接的方式固定,角鋼之間采用螺栓連接,角鋼與暗渠的連接采用膨脹螺栓連接。

  2.2 剛性導(dǎo)流管施做

  根據(jù)以上風(fēng)險(xiǎn)分析,既有暗渠的最大的施工風(fēng)險(xiǎn)在于:東暗渠滲漏水引起隧道掌子面失穩(wěn),隧道坍塌造成地層沉降過大會(huì)導(dǎo)致暗渠破裂,污水自破裂口下灌隧道后,便會(huì)造成地面沉陷、管線破裂的災(zāi)難事故。而進(jìn)行防滲處理后的東暗渠自身強(qiáng)度并沒有因?yàn)榉罎B處理而加強(qiáng),一旦東暗渠因掌子面失穩(wěn)出現(xiàn)破裂口,暗渠防滲自身屬于柔性結(jié)構(gòu),其強(qiáng)度不足以抵抗暗渠內(nèi)流水的壓力,防滲特種帆布極易被暗渠內(nèi)流水拉裂,為保證線及道路的正常運(yùn)營(yíng)和通行,我項(xiàng)目部有針對(duì)性的采取如下雙保險(xiǎn)的技術(shù)措施:在暗渠內(nèi)壁鋪設(shè)特種防水帆布對(duì)暗渠進(jìn)行防滲處理后,在隧道掌子面施工范圍內(nèi)根據(jù)暗渠內(nèi)水流量,采用2-3根Φ500鋼管對(duì)暗渠內(nèi)的污水進(jìn)行導(dǎo)流(僅導(dǎo)流區(qū)間隧道正下方穿越的既有暗渠段),以保證東暗渠內(nèi)的污水通過剛性導(dǎo)流管流動(dòng),從而形成一個(gè)剛性通道,防止隧道發(fā)生坍塌事故造成暗渠破裂時(shí)污水下灌。

  導(dǎo)流鋼管采用Φ500鋼管,每節(jié)2.0m長(zhǎng),鋼管的連接方式采用法蘭盤連接,法蘭盤之間加墊橡膠墊片。剛性導(dǎo)流管安裝完畢且并列安裝于底板后,在其前后分別用沙袋砌筑擋水墻,前面的擋墻將污水擋住,強(qiáng)制約束污水自導(dǎo)流管內(nèi)下泄,后面擋墻防止水自導(dǎo)流管流出后回流。這樣在兩道擋墻中間便形成了無水區(qū)域,提高了隧道下穿時(shí)的安全系數(shù)。

  由于東暗渠為雨污水混合渠,在遇到大雨時(shí),暗渠內(nèi)處于滿水狀態(tài);如果擋水墻將暗渠全部封閉,勢(shì)必會(huì)造成雨天泄洪不暢,致使雨水漫溢現(xiàn)象的發(fā)生;但是如果擋墻太矮,又起不到強(qiáng)制擋水約束其從導(dǎo)流管內(nèi)排泄的目的。綜上分析,擋墻的高度以高于剛性導(dǎo)流管20-30cm和不足暗渠凈高一半為宜。因此擋水墻的高度選擇為0.8m,這樣既可以起到平常擋水約束水流自導(dǎo)流管內(nèi)排泄,又盡可能的減小了大雨時(shí)對(duì)泄洪的影響。

  考慮到擋墻的不密實(shí)性,不可避免的會(huì)有部分水滲入擋墻中間;加上和大雨漫過擋墻后,會(huì)有水存在兩個(gè)擋墻之間,采取在后面擋墻附近安裝兩臺(tái)污水泵以抽走殘留水。剛性導(dǎo)流的長(zhǎng)度共計(jì)350m。

  3、洞內(nèi)措施

  3.1加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

  采用打超前小導(dǎo)管和做探孔的方法進(jìn)行超前地質(zhì)探測(cè),超前小導(dǎo)管是按照設(shè)計(jì)要求打設(shè)的注漿導(dǎo)管,目的是注漿加固地層和小范圍探測(cè)前方地質(zhì),超前探孔探測(cè)是通過自制的洛陽鏟在掌子面前方不同位置打孔,通過對(duì)鏟頭帶出的土壤結(jié)構(gòu)和包含物的辨別,判斷前方地質(zhì)情況和有無地下結(jié)構(gòu)物情況;根據(jù)水文地質(zhì)情況及地面調(diào)查判斷附近污水(給水)管有無漏水現(xiàn)象及滲漏水的大小等。常見的洛陽鏟呈半圓筒形,長(zhǎng)20至40厘米,直徑5至20厘米,裝上有韌性的桿。探測(cè)孔呈梅花型布置,空間距為2m,每個(gè)探測(cè)孔深度為5m,每開挖2m對(duì)前方地質(zhì)進(jìn)行一次探測(cè),要始終保持對(duì)前方地質(zhì)3m的探測(cè)長(zhǎng)度。

  3.2 加強(qiáng)超前支護(hù)

  超前支護(hù)對(duì)保證暗挖施工安全具有決定性意義。在進(jìn)行東暗渠段施工時(shí),采用加密超前導(dǎo)管,管長(zhǎng)2.5m,環(huán)線間距由30cm變?yōu)?0cm;每循環(huán)一排設(shè),注液體固沙劑+純水泥漿作加固地層處理。同時(shí)在開挖前全斷面排設(shè)超前注漿管,梅花型布設(shè),注漿管參數(shù)為φ32mm、管長(zhǎng)L=2.5m、間距0.5*0.5m,每1.5米為一循環(huán),注液體固沙劑+純水泥漿加固正洞掌子面土體,防止正面土體遇水滑塌,排管中包含兩根5m長(zhǎng)的超前水囊探察管,每3米排設(shè)一次,注漿時(shí)每榀封閉掌子面,避免漿液從掌子面冒出,同時(shí)避免注漿壓力太大造成掌子面塌方,注漿壓力為0.2~0.3Mpa。拱頂砂層注漿以起到穩(wěn)定拱頂砂層為注漿目的,因此注漿參數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

  3.3 暗渠下方地層補(bǔ)償注漿

  在進(jìn)行暗渠附近的隧道開挖施工過程中,由于隧道距離暗渠較近,滲漏水較為嚴(yán)重,在施工過程中隨著土體的開挖會(huì)引起地層內(nèi)殘留水的流失和土體應(yīng)力釋放,不可避免的會(huì)在土體間產(chǎn)生部分空隙,從而引起暗渠的不均勻沉降,造成暗渠開裂。為保證區(qū)間結(jié)構(gòu)與暗渠施工安全,在區(qū)間結(jié)構(gòu)與暗渠之間的土體徑向打設(shè)打設(shè)2-3m的長(zhǎng)注漿管進(jìn)行地層補(bǔ)償注漿,以補(bǔ)償在開挖過程中暗渠下部土體產(chǎn)生的空隙。地層補(bǔ)償注漿管每榀打設(shè),注純水泥漿。

  3.4 加強(qiáng)初支背后回填注漿

  及時(shí)回填注漿填充初支與土體之間的空隙,對(duì)于控制土體的變形沉降和初支結(jié)構(gòu)由于基礎(chǔ)擾動(dòng)造成整體沉降極為有利。

  初支背后回填注漿采用全方位回填方案,每3m設(shè)置一組回填注漿管,注漿管環(huán)向間距1.5m,采用Φ32鋼管,鋼管長(zhǎng)度在1m~1.2m之間。回填注漿緊跟成環(huán)初支進(jìn)行,每3m回填注漿一次,注漿采用純水泥漿。注漿采用砂漿泵,施工過程中由于回填注漿要求緊跟初支結(jié)構(gòu)進(jìn)行且距離東暗渠較近,注漿時(shí)必須嚴(yán)格控制注漿壓力在0.2~0.5Mpa之間,如漿液擴(kuò)散效果不理想,可采取加密回填管的措施進(jìn)行處理,不得提高注漿壓力,防止結(jié)構(gòu)和東暗渠變形。

  根據(jù)施工沉降監(jiān)測(cè)情況,回填注漿在施工過程中有可能需要反復(fù)進(jìn)行,當(dāng)開挖和回填注漿發(fā)生矛盾時(shí),開挖施工給回填注漿讓路。

  3.5 加強(qiáng)監(jiān)測(cè)量控

  加強(qiáng)洞內(nèi)和地表的監(jiān)控量測(cè)工作,發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)反饋,采取相應(yīng)措施確保施工安全。根據(jù)施工監(jiān)測(cè)情況如發(fā)現(xiàn)地表沉降較大,為保證行車安全和擴(kuò)散地面車輛動(dòng)載沖擊對(duì)掌子面土體的影響,在沉降地面覆蓋2cm厚的鋼板。

  四、結(jié)言

  沈陽市地鐵二號(hào)線一期土建工程第八合同段在施工作業(yè)人員的充分配合和支持下,通過項(xiàng)目部一年來堅(jiān)持不懈的努力,基本解決了軟弱砂層長(zhǎng)距離下穿既有暗渠技術(shù)措施在城市地下暗挖隧道施工中存在的主要問題。超前支護(hù)質(zhì)量得到了明顯加強(qiáng),沉降控制效果明顯,最大累計(jì)沉降值為19mm,既有污水暗渠的滲漏水基本得到根治,施工掌子面穩(wěn)定且基本無帶水作業(yè)現(xiàn)象,區(qū)間隧道內(nèi)初期支護(hù)表面無滴水現(xiàn)象,滲漏水面積占初支總面積的2-3%。通過采取洞內(nèi)及既有暗渠內(nèi)的各項(xiàng)技術(shù)措施,較為成功的解決了既有管線與初支施工之間構(gòu)成的相互影響問題,一些措施和方法值得類似工程借鑒。

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