趙高亮

(中鐵二局股份有限公司,成都 610031)

WSS工法在下穿京密引水渠暗挖地鐵施工中的應(yīng)用

趙高亮

(中鐵二局股份有限公司,成都 610031)

隨著北京軌道交通昌平線建設(shè)的快速推進(jìn),在下穿京密引水渠暗挖隧道施工時(shí),遇到飽和動(dòng)態(tài)含水砂層,在該種地層中開(kāi)挖施工隧道極易發(fā)生涌水和流砂等工程災(zāi)害。目前,在該種地層中施工隧道,通常采用明挖法、盾構(gòu)法或凍結(jié)法等施工方法,施工效果一般,施工成本較高。而北京地鐵昌平線下穿京密引水渠段采用暗挖法施工,地下水位高,如何有效止水并保證京密引水渠安全是工程順利施工的關(guān)鍵,也是整條地鐵線的一大技術(shù)攻關(guān)難題?；诖藢?duì)止水工藝進(jìn)行比選,結(jié)合昌平地鐵下穿京密引水渠暗挖隧道施工情況,對(duì)飽和動(dòng)態(tài)含水砂層中止水工藝進(jìn)行對(duì)比研究,結(jié)論為：WSS二重管注漿 +超前小導(dǎo)管注漿結(jié)合的注漿止水加固法可滿足工程需要,實(shí)踐證明施工效果良好。

地鐵;WSS工法;淺埋暗挖法;施工

1 工程概況

1.1 概況

北京地鐵昌平線城南站—高教園站區(qū)間下穿京密引水渠暗挖段起始里程為 K12+500～K12+900,總長(zhǎng)400m,本段暗挖地下結(jié)構(gòu)為分離式雙線隧道,采用淺埋暗挖法施工。分別在 K12+670和 K12+770設(shè)施工豎井用于該段隧道施工,兩豎井間的距離為 100m。

1.2 工程地質(zhì)水文情況

下穿京密引水渠暗挖隧道范圍內(nèi)的土層主要有：粉土填土、雜填土、粉細(xì)砂土、中粗砂、圓礫卵石、粉土、粉質(zhì)黏土等。河底下結(jié)構(gòu)范圍飽和動(dòng)態(tài)含水砂層較厚,形成流砂的可能性較大,砂層分布較亂,無(wú)明顯規(guī)律。見(jiàn)圖1。

圖1 暗挖段地質(zhì)剖面

下穿京密引水渠暗挖隧道范圍內(nèi)的水文情況為在下穿京密引水渠段,結(jié)構(gòu)底板埋置較深,約 16～17.2m,影響結(jié)構(gòu)施工的主要為層間水,該段需降水其中層間水：含水層巖性為圓礫卵石⑤層、粉細(xì)砂⑤層和粉土⑤3層,水位高程為 35.48～39.24m,水位埋深為 13.4～15.8m。該層透水性好,主要接受大氣降水及側(cè)向徑流補(bǔ)給,以側(cè)向徑流、向下越流補(bǔ)給的方式排泄。5年內(nèi)最高水位線在區(qū)間隧道拱頂約 1.5處,水位線在結(jié)構(gòu)底板上 1.4～2.6m處。見(jiàn)圖2。

1.3 暗挖結(jié)構(gòu)與京密引水渠的位置關(guān)系

下穿京密引水渠暗挖區(qū)間作為北京軌道交通昌平線的施工重點(diǎn)和難點(diǎn)之一,是昌平線僅有的兩個(gè)一級(jí)環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)源工程之一,引水渠水面寬度約 20 m,水深約 1m,區(qū)間隧道頂部距渠底高度僅 4.8m,地質(zhì)情況多為砂層和卵石層,極易發(fā)生塌方。見(jiàn)圖3、圖4

圖4 過(guò)京密引水渠暗挖段與京密引水渠位置關(guān)系斷面(單位：m)

2 止水工藝比選

2.1 各種止水工藝分析

參考以往類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)結(jié)合相關(guān)資料,分別對(duì)前進(jìn)式孔口管注漿、袖閥管注漿、WSS工法、TS工法幾種止水工藝分析,詳細(xì)概括了各種工藝的優(yōu)、缺點(diǎn),以期為類似施工提供決策參考。見(jiàn)表1。

2.2 止水工藝的選定

經(jīng)過(guò)對(duì)各種工法問(wèn)題評(píng)價(jià),前進(jìn)式孔口管及袖閥管施工速度太慢且成本太高,不滿足該工程工期及成本控制要求,不予考慮;TSS工法工藝較為復(fù)雜、施工速度慢且成本高,不滿足該工程工期及成本控制要求,不予考慮。綜合考慮安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)、工期壓力、注漿效果、施工成本及現(xiàn)有技術(shù)能力,通過(guò)比選分析認(rèn)為,WSS二重管注漿 +超前小導(dǎo)管注漿結(jié)合的注漿止水加固地層法可滿足本工程需要,注漿材料以“超細(xì)水泥 +水玻璃 +無(wú)收縮劑”雙液漿,對(duì)止水及土體加固效果較好,最終確定 WSS工法為下穿京密引水渠暗挖地鐵隧道止水的主要施工方案。

2.3 WSS工法的難點(diǎn)及對(duì)策

(1)WSS二重管注漿工藝流程(圖5)

(2)難點(diǎn)

WSS工法注漿施工時(shí)現(xiàn)場(chǎng)注漿材料配比實(shí)際可控性較差,具有該專業(yè)操作經(jīng)驗(yàn)的人員較少,現(xiàn)場(chǎng)如何控制注漿施工質(zhì)量是面臨的一大難題。

工程特點(diǎn)主要是砂卵石層中機(jī)械成孔較為困難,機(jī)械成孔特別是 TXU-75A鉆孔機(jī)成孔難度較大,主要存在以下影響：

①砂卵石層對(duì)鉆頭磨損較大;

②大粒徑漂石影響鉆機(jī)施工,漂石粒徑超過(guò) 0.2 m施工極為困難;

③砂卵石層中成孔容易塌孔。

(3)對(duì)策

針對(duì) TXU-75A鉆孔機(jī)成孔的幾個(gè)困難因素?cái)M采取以下措施：

①采用增加鉆頭儲(chǔ)備;

②漂石粒徑較大時(shí)調(diào)整鉆孔位置;

圖5 工藝流程

③增加漿液濃度。

2.4 施工情況

(1)注漿機(jī)械設(shè)備配選

根據(jù)工程地質(zhì)水文情況,本項(xiàng)目注漿施工主要機(jī)械設(shè)備如表2所示。

(2)注漿參數(shù)

施工前首先做注漿試驗(yàn),根據(jù)注漿試驗(yàn)確定注漿參數(shù),擬采用的注漿參數(shù)如下。

表2 注漿施工主要機(jī)械設(shè)備

①注漿布孔間距：1m×1m梅花形布孔;

②注漿擴(kuò)散直徑：R=1 000～1 500mm;

③注漿壓力：0.15～0.75MPa;

④初凝時(shí)間：0.5～2min,為速凝注漿;

⑤鉆桿回抽幅度：約 10～20 cm。

(3)漿液選擇(表3)

表3 漿液選擇

采用無(wú)公害無(wú)收縮雙液注漿漿液,即超細(xì)水泥-水玻璃漿液(CS漿液)。

水玻璃漿液配比為：硅酸鈉∶稀釋劑 =330 kg∶350 kg=1∶1.061;水泥漿液配比為：超細(xì)水泥∶稀釋劑 =341 kg∶350 kg=1∶1.026。施工中根據(jù)注漿試驗(yàn)結(jié)果可調(diào)整注漿配合比。(4)注漿后擬達(dá)到的結(jié)果注漿加固后強(qiáng)度：

卵石層達(dá)到 2.5～3.0 MPa,止水系數(shù)：10.7～10.8 cm/s;

中砂層達(dá)到 1.5～2.0 MPa,止水系數(shù)：10.7～10.8 cm/s;

黏土層達(dá)到 1.0～1.5 MPa,止水系數(shù)：10.8～10.9 cm/s。

2.5 注漿效果檢查

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)記錄分析結(jié)果如下。

(1)通過(guò)注漿體內(nèi)鉆孔,往檢查孔內(nèi)壓水,測(cè)定地基的流量及滲透系數(shù),結(jié)果顯示注漿效果良好;

(2)觀察結(jié)果顯示檢查孔內(nèi)流水較清,注漿效果良好;

(3)經(jīng)工地試驗(yàn)室及第三方試驗(yàn)室鉆孔取樣,檢測(cè)樣品的密實(shí)度、結(jié)石性質(zhì)、漿液充填率和剩余空隙率等,結(jié)果顯示各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)標(biāo),注漿效果良好;

采用以上 3種注漿效果檢查方法,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)注漿情況進(jìn)行了綜合分析評(píng)價(jià),各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期目標(biāo),注漿效果良好,能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)無(wú)水作業(yè)施工需要。

3 結(jié)論

就暗挖隧道如何安全下穿引水渠,并保證引水渠安全,先后對(duì)多種施工方案進(jìn)行比選,最終確定了目前施工的這種最安全、最有效的下穿方案,即地下洞內(nèi)進(jìn)行 WSS工法深孔注漿加固土體。2009年 11月 24日上午 9時(shí)下穿京密引水渠河底段左線 91.86m成功貫通的事實(shí)證明該方案是成功的。

通過(guò) WSS工法在地鐵昌平線下穿京密引水渠暗挖施工中的應(yīng)用,筆者認(rèn)為,WSS二重管注漿 +超前小導(dǎo)管注漿結(jié)合的注漿止水加固地層法可滿足本工程需要,注漿材料以“超細(xì)水泥 +水玻璃 +無(wú)收縮劑”雙液漿,對(duì)飽和動(dòng)態(tài)含水砂層中止水及土體加固效果較好。

[1]GB50299—1999,地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2]劉百成.北京地鐵 10號(hào)線二重管無(wú)收縮雙液注漿 WSS工法施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù),2008(3).

[3]王志德,惠麗萍,王榮權(quán).旋噴樁墻 WSS工法注漿加固頂升[J]施工技術(shù),2005(S1).

[4]GB50119—2003,混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].

[5]靳占峰,肖雙全,汪國(guó)鋒.北京地鐵 10號(hào)線農(nóng)業(yè)展覽館站—團(tuán)結(jié)湖站區(qū)間隧道WSS注漿加固技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2008(12)207-208.

[6]張 旭,李國(guó)強(qiáng),崔承武,等.二重管注漿技術(shù)在淺埋暗挖法過(guò)雨污水管線施工中的應(yīng)用[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2008(12)：214-216.

[7]曾德光,謝保良,肖雙泉,等.WSS工法灌漿技術(shù)的應(yīng)用研究[J]市政技術(shù),2006,24(4).

U 455.4

B

1004-2954(2010)03-0095-03

2009-11-23;

2009-11-26

趙高亮(1984—),男,助理工程師,2005年畢業(yè)于南京林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,工學(xué)學(xué)士。