地鐵暗挖隧道塌陷原因分析及處理措施研究
隨著我國經濟的增長,城市軌道交通建設得到了飛速的發(fā)展,
同時,在地鐵工程建設中,相關的地下工程也不斷增多;暗挖隧道工程對周邊環(huán)境均有不同程度的影響,特別是地表塌陷、鄰近固有建(構)筑物的變形開裂現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)。如何有效的進行技術防范和搶險處理顯得非常重要。
地鐵暗挖隧道 地表塌陷 注漿加固對策
1工程地質及水文地質
某城市地鐵區(qū)間隧道位于主干道下方, 交通繁忙,車流量大。隧道上方覆土厚10. 0~ 11. 0m, 隧道通過圍巖主要有中砂、圓礫、礫(砂)質黏性土、礫(砂)質黏性土、全風化花崗巖、強風化花崗巖6種地層。本區(qū)間范圍地下水主要有四系孔隙水、基巖裂隙水。四系孔隙潛水主要賦存于沖洪積砂層及沿線砂(礫)質黏土層中, 地下水位埋深2. 6~ 5. 3m, 以孔隙潛水為主,主要由大氣降水補給。巖層裂隙水較發(fā)育, 但廣泛分布在花崗巖的中,強風化帶及構造節(jié)理裂隙密集帶中, 主要由大氣降水、孔隙潛水補給, 局部具有承壓性。隧道上方主要有電力管溝、污水管、給水管、雨水箱涵、通信管道等管線。本區(qū)間采用礦山法暗挖施工。
2 隧道地表塌陷概況
2009年6月15日21: 05, 暗挖隧道右線上臺階正在進行拱部噴混凝土作業(yè)。下臺階( ydk 11+ 525)進行仰拱開挖時, 突然下臺階右側側墻腳涌水涌砂。施工單位采取應急措施進行處理, 并派人在涌水點對地表進行觀察。由于涌水量大, 難以控制, 16日5:30地面坍塌形成寬約11m、長約14m、深約6m的深坑。隧道上方dn800污水管斷裂, 污水不斷流入陷坑內, φ 400給水管線和11 kv 高壓電力電纜懸空。隧道內涌水量約2 600m3、涌泥量約450m3。隧道ydk11+ 525處上臺階2 榀鋼架嚴重變形, 下臺階4榀鋼架變形, 上臺階及下臺階洞內現(xiàn)狀見圖1, 2。
3險情控制
險情發(fā)生后, 施工單位本著“防止險情擴大、預防次生災害的發(fā)生”來進行搶險工作。
1)污水管截流。污水管破裂后大量污水灌入隧道會引起塌陷范圍的進一步擴大, 為此, 在上下游采用沙袋封堵, 切斷污水來源。并采用污水泵將污水臨時導排至其附近的雨水管網中, 確保污水不再滲流入隧道。
2)塌坑回填。在污水管截流后立即用砂袋、加氣磚和混凝土進行塌坑回填??紤]到后期管線恢復的便利, 混凝土回填灌注高度至污水管底部, 最后地面剩余寬約11m、長約14m、深約3m 的基坑。
3)塌坑周護。在回填混凝土達到一定強度后, 對基坑邊采取了掛網噴混凝土(厚10
cm )防護, 防止基坑兩側的土體垮塌。并在陷坑周邊修筑30
cm高的擋墻, 防止雨水回灌入塌坑內。
4)管線處理。對懸空的電力管線, 采用2排28m長軍便梁進行懸吊保護。軍便梁兩端架設在塌坑兩側原電力管溝穩(wěn)固的位置上, 對其進行懸吊保護; 用加氣磚墊至dn400的給水管線底部, 并用砂袋填充給水管與加氣磚之間的縫隙, 防止給水管下墜斷裂。
5)接通污水管。將污水重新引入活水管中, 防止污水對雨水管網產生嚴重性的污染。
6)加強地表監(jiān)測?;又苓?span>10m范圍內加密地表沉降觀測點, 并加強周邊建筑物的沉降觀測。
4 地表塌陷原因分析
地表塌陷的原因可歸納為主觀施工因素和客觀外部管線因素。
4. 1 施工因素
1)隧道開挖引起地層沉降值過大
本隧道采用臺階法施工, 涌水點位置距上臺階掌子面距離為8. 5m, 上臺階開挖時涌水點前后5m范圍的對應地表沉降值達50 ~ 85mm, 已遠**過設計控制值30mm。隧道上方土層已產生不均勻沉降, 污水管底部墊層也會隨土層下沉而產生不均勻沉降, 造成污水管相連的承插口逐步脫離, 污水不斷滲入隧道上方土體中, 形成水囊, 隧道開挖時, 使巖壁安全墻厚度減弱, 地層中的水通過薄弱縫隙滲入隧道, 地層的逐漸損失導致縫隙擴大, 從而產生了涌水涌泥險情。
2)隧道**前預注漿工藝不達標
原設計洞內采用全斷面深孔注漿(每循環(huán)20m )進行**前預加固, 注漿加固范圍: 隧道開挖輪廓線外3m(拱部和邊墻)、1. 5m(仰拱) , 而現(xiàn)場施工中, 因下臺階注漿布孔數量不足、注漿壓力偏小, 邊墻和仰拱部位未達到加固效果, 沒有形成足夠的安全墻厚度, 為帶壓
水囊外涌創(chuàng)造了有利條件。
4. 2 客觀因素
地下管溝多為20世紀80年代所施工, 管溝已陳舊, 污水管為承插式預制混凝土管, 接縫不嚴, 且受地層不均勻沉降脫口; 電力管溝為素混凝土結構, 底板厚僅10
cm, 斷裂。
3 坍塌部位橫斷面
據以析, 地表塌陷的原因為: 由于隧道上方管線陳舊, 隧道上臺階開挖引起地層沉降過大, 污水管受地層沉降變形開裂, 污水逐漸滲入隧道上方地層中而形成水囊, 下臺階施工時由于**前注漿未達要求,周邊土體加固效果不好, 行成通道后造成壓力水攜帶土體涌入隧道, 水土流失過多, 從而造成地表塌陷。坍塌部位橫
5洞內外處理技術
按照“先洞內、后洞外”的處理原則, 初期支護加固——上臺階掌子面封閉——坍體加固——地表注漿加固——洞內徑向補充注漿——換拱——臨時支撐拆除——管線及道路恢復施工的總體實施方案。
5. 1 初期支護加固
1)加固范圍。上臺階掌子面后退32m范圍, 下臺階涌水點后退約15m范圍。
2)加固方法。上臺階采用i 18工字鋼臨時橫撐+100 cm ×100
cm 的方木扇形支撐體系。扇形支撐底梁在原有臨時仰拱上加設i 18工字鋼與原初支格柵鋼架連接。扇形支撐縱向間距1m (對應隧道初支鋼架設置)。下臺階采用一排中間豎向φ 100鋼管支撐, 豎向鋼管撐盡量與上臺階豎向木撐在同一斷面。支撐布置形式見圖4, 5所示。 4 隧道初期支護加固縱斷面
5 隧道初期支護加固橫斷面
5. 2 上臺階掌子面封閉
上臺階掌子面土上方采用i 16工字鋼橫向與初支鋼架相連, 兩側拱腳部分用φ 28鋼筋斜向與格柵鋼架和i 16工鋼橫撐連接, 掛φ 8@
150 cm ×150 cm鋼筋網并噴射200mm厚c20混凝土。土部分直接掛φ 8@ 150 cm ×150 cm 鋼筋網并噴射200mm 厚c20混凝土封閉。
5. 3 坍體分割與加固
1)下臺階坍體豎向分割封堵
下臺階ydk 11+ 520處鑿除上臺階臨時仰拱鋼架間噴射混凝土, 通過臨時仰拱間孔隙從上向下打設間距30 cmφ42鋼花管, 并與臨時仰拱焊接作為擋板, 在鋼花管填設砂袋, 對鋼花管進行壓注普通水泥漿,固結其周邊軟弱土體, 以形成封堵墻。
2)對坍體進行注漿加固
對上臺階坍體下部采用砂袋反壓堆砌, 并對整個坍體表面采用網噴混凝土封閉( 300mm 厚c20混凝土+ φ 8@ 100 cm ×100 cm 鋼筋網片) , 然后從上臺階斜插打設2~ 6m 長φ 42鋼花管(見圖6) , 采用間隔注漿方式對坍體進行注漿加固, 注漿壓力以塌體上表面不冒漿為準, 注漿材料采用雙液漿。 6 坍體封閉注漿加固
5. 4 地表注漿加固
為了確保回填料及滑移面以外土體的穩(wěn)定, 坍塌體內不留空洞, 在洞內坍體注漿加固后, 對地表陷坑及周邊土體進行注漿加固, 減少洞內處理的風險, 防止后期災害的發(fā)生。
1)加固范圍及孔位布置
地表注漿加固主要是加固坍穴回填區(qū)以下的坍塌體及坍穴滑移面以外的土體。平面加固范圍為坍陷坑及滑移面以外2m; 豎向加固范圍為右線隧道拱上方及隧道周邊仰拱下2m。注漿孔坍穴內布置2排, 坍穴周邊布置2排, 環(huán)向間距1. 5m, 排距1.
0m。
2)加固方法及工藝參數
主要采用灌漿填充和袖閥管注漿2種方式。
灌漿填充。在坍穴素混凝土回填時, 已經預留了3根φ 108鋼管作為灌漿孔, 采用砂漿泵泥砂漿。水泥砂漿常用的質量配比為水︰水泥︰砂=( 0. 5~ 0. 6)︰ 1︰ 0. 3, 砂粒粒徑一般不大于0. 5mm。注漿壓力可控制在0.
3~ 0. 5mpa。
袖閥管注漿。袖閥管注漿加固采用地質鉆直徑為90~ 110mm, 孔下袖閥管后退式注漿。注漿順序為由外向里, 先周邊后坑內。注漿材料為水泥- 水玻璃雙液漿, 漿液凝結時間控制在35~ 40 s, 注漿壓力控制在0. 8~ 1. 5mpa。
5. 5 洞內清淤
在洞內加固及地面深孔注漿加固結束后開始進行洞內淤泥清理, 由外向內依次清理右線、左線。
5. 6 洞內徑向補充注漿
由于地表坍塌可能對坍塌前后范圍隧道周邊原狀土擾動, 同時地表注漿可能存在盲區(qū), 為確保隧道換拱施工安全, 需通過洞內徑向注漿對隧道開挖輪廓線外3m范圍補充加固。
1)加固范圍
出水點后退5m至掌子面。
2)設計參數
沿隧道環(huán)向設置φ42 注漿錨管, 錨管長3m,間距為0. 8m ( 縱向) × 1m (環(huán)向) , 受洞內空間影響, 錨管位置可適當調整, 但總體布置密度應予。注漿材料選用單液水泥漿, w︰c = ( 0. 8~ 1)︰ 1, 摻加0. 5% 的磷酸氫二鈉減水劑。
3)施工工藝
注漿錨管采用yt - 28 手持式風動鑿巖機成孔,人工推送或風鎬進錨管入孔。注漿順序一般先上后下, 再中間, 以間隔對稱注漿為宜, 注漿壓力控制在1.
5mpa以下。注漿過程中要隨時巡查初期支護結構與臨時支撐, 同時加強隧道監(jiān)測, 確保結構的穩(wěn)定性。
5. 7 換拱
換拱應遵循“先上后下、逐榀換”的原則。
1)上臺階換拱。上臺階坍體清除完后, 開始逐步割除已變形的2榀格柵鋼架, 開挖順序由拱腳向上開挖, 每開挖垂直高度1m, 掛網初噴以后才能繼續(xù)開挖。侵限部分鑿除完成后開始換拱, 拱架連接筋要焊接牢固, 新?lián)Q拱架拱腳處要打入3根3m 長的鎖腳錨管, 打入角度為水平向下450 , 拱架架設完后及時進行噴混凝土, 噴混凝土完成以后恢復上臺階臨時仰拱。
2)下臺階換拱。下臺階換拱主要是換已變形的4榀鋼架, 換方法與上臺階基本一致。
3)上下臺階換拱完成后即開始仰拱開挖施作仰拱格柵, 并噴混凝土及時封閉。
5. 8 臨時支撐拆除
洞內臨時支撐拆除應遵循“先支后拆, 先上后下”的原則, 從兩端向中間進行拆除, 拆除速度根據初支變形的觀測結果是以不大于3~ 5m /d為宜。上臺階拆除后未出現(xiàn)異常即可對下臺階臨時豎撐進行拆除。
5. 9 管線及道路恢復
污水管在原位接通后恢復排污。修筑好電力管溝后拆除原懸吊電力管線的軍便梁, 使高壓電纜復位。道路恢復分期進行, 首先恢復車行道, 然后是人行道。
6 結論與討論
城市暗挖隧道施工環(huán)境復雜, 施工中應本著“嚴查、嚴測、嚴控、嚴防”的“四嚴”指導思想進行施工。
1)嚴格進行地表管線及建(構)物調查
施工前應對隧道上方及附近管線和建(構)物進行調查, 摸清其位置、埋深、材質、產權單位、建設年代等。針對每種管線、每個建(構)物因施工引起變形而產生的風險進行充分評估。
2)嚴格進行監(jiān)控量測
監(jiān)控量測點應按規(guī)范要求布置, 對每一風險點都不能遺漏, 量測數據要真實并及時反饋。技術管理人員要及時掌握監(jiān)測數據的變化情況, 做到及時分析原因, 加強施工措施, 建立良好的反饋機制。
3)嚴控施工工藝
施工工藝是否達標是施工安全控制的關鍵點, 施工中應加強**前預注漿和開挖支護工藝控制, 做到預注漿未達到效果不開挖, 開挖一榀支護一榀, 及時封閉成環(huán)。
4)嚴格落實應急預案
建立應急預防制度后應嚴格落實到位, 應急指揮、聯(lián)絡、物質、救援等措施都要時刻體現(xiàn)在施工現(xiàn)場, 不能只重視演練而不重視落實。
環(huán)氧樹脂修補砂漿 環(huán)氧樹脂膠泥
環(huán)氧砂漿是指環(huán)氧樹脂涂料添加精細石英沙經過人工調配而成的,用于建筑物體,工業(yè)地面,環(huán)氧地面的施工中,
以增加抗壓,抗震,提高耐磨性耐候性的中間聚合體,可以大大提高土層的使用壽命和使用年限。
產品優(yōu)點
1、化學性能穩(wěn)定,耐腐耐候性好。
2、固結體具有高粘結力,高抗壓強度且不受結構形狀限制。
3、具有補強、加固的作用。
4、具有抗?jié)B、抗凍、耐鹽、耐堿、耐弱酸腐蝕的性能,并與多種材料的粘結力很強。
5、熱膨脹系數與混凝土接近,故不易從這些被粘結的基材上脫開,耐久性好。
適應范圍
1、適用于污水處理池、耐酸堿地面、FRP防腐等防腐蝕行業(yè)。
2、可用作海水、鹽堿地區(qū)及廠等腐蝕環(huán)境中的耐腐蝕材料。
3、適用于地下管道、水電站、壩基等接口的密封防腐。
4、適用于建筑物的梁、柱、樁承臺等的裂縫、混凝土構筑物表面的蜂窩、漏洞和露筋等的缺陷處理。
5、適用于鋼結構與混凝土的粘結,并可做成耐磨地坪;粘鋼加固和粘碳纖維加固時做底層找平。
6、用于粘接多種同質或異質材料,如金屬、木材、陶瓷、玻璃、玉石、皮革等。
7、適用于飛機跑道,公路橋梁,隧道礦井及有腐蝕環(huán)境中的混凝土構筑物修補。
北京弘盛瑞達建材有限公司專注于環(huán)氧樹脂砂漿等